（1）溶液沸点介于两纯组分沸点之间，如苯与甲苯：（2）溶液有最高恒沸点，如丙酮与氯仿：（3）溶液有最低恒沸点，如苯与乙醇，环已烷与乙醇。图19-1表示具有最低恒沸点体系的T-X相图。220V1/10温度计A冷凝管AL支管TD气相冷凝液A好电阻丝B+yy'XX→图19-2图19-1具有最低恒沸点体系的T-X相图沸点测定仪
（１） 溶液沸点介于两纯组分沸点之间，如苯与甲苯； （２） 溶液有最高恒沸点，如丙酮与氯仿； （３） 溶液有最低恒沸点，如苯与乙醇，环己烷与乙醇。 图 19-１表示具有最低恒沸点体系的Ｔ-Ｘ相图。 220V y B′ A′ L V B A y′ x x ′ X → T/K T1 T2 1/10 温度计 冷凝管 支管 气相冷凝液 电阻丝 图 19-1 具有最低恒沸点体系的 T-X 相图 图 19-2 沸点测定仪 7
图19-1中AVB'代表气相线，A'LB'代表液相线。等温的水平线段和气液相线的交点表示在该温度时互成平衡的两相的组成。相图中的L点为恒沸点，该点组成的双液系在蒸馏时气相组成和液相组成完全一样，在整个蒸留过程中沸点也恒定不变，对应于该点组成的溶液称为恒沸混合物。压力不同时，同一双液系的相图也不尽相同，所以恒沸点和恒沸混合物的组成与外压有关。绘制沸点-组成图的简单原理如下：若溶液的组成为x，加热到T，时开始沸腾，此时共存气相的组成为y，若气相量很少，x、y二点即代表互成平衡的液、气二相成分，继续蒸馏，气相量逐渐增多，温度到达T2，平衡的液、气二相成分变为x、y，，而二相的物质数量按杠杆原理分配。根据相律，对二组分体系，当压力一定时，在气、液二相共存区域中，自由度为1，若温度一定，则气、液二相成分也就确定，当总成分一定时，由杠杆原理可知，二相的相对量也一定。通常在实验中，利用回流的方法保持气、液二相的相对量一定，则体系的温度也恒定，待二相平衡后，分析气、液相的成分，就得到相图上该温度下的一对气、液二相平衡成分的坐标点。改变体系的总成分，依上述相同方法可找到另一对坐标点，这样测得一系列不同配比溶液的沸点及气、液两相的组成，就可绘制出气-液体系的T-X相图。压力不同时，双液系相图略有差异。2.沸点测定仪各种沸点仪的具体结构虽各有特点，但其设计思想都集中于如何正确测定沸点、便于取样分析、防止过热及避免分馏等方面。本实验所用沸点仪如图19-2。这是一支带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下来的气相样品。电流经变压器和粗导线通过浸于溶液中的电热丝。这样既可减少溶液沸腾时的过热现象，还能防止暴沸。3.组成分析本实验选用的环已烷和乙醇，两者折光率相差颇大，而折光率测定又只需少量样品，所以，可用折光率一组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成，折光率用Abbe折光仪测定。仪器、试剂和材料沸点测定仪；Abbe折光仪；超级恒温槽；调节变压器；温度计（50-100℃；最小分度0.1℃）；50mL量筒：长滴管；洗耳球；10mL移液管：5mL移液管；竹镊子；丙酮棉球；擦镜纸：无水乙醇（分析纯）：环己烷（分析纯）。实验内容1.工作曲线的绘制（1）配制环已烷摩尔分数为0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80和0.90的环已烷一乙醇溶液各10mL。计算所需环已烷和乙醇的质量，并用分析天平准确称取为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能迅速，各个溶液的确切组成可按实际称样结果准确计算。（2）调节超级恒温水浴温度，使Abbe折光仪的温度计读数保持在某一定值，测量上述九个溶液以及乙醇和环己烷的折光率。（3）用较大的坐标纸绘制若干条不同的温度下的折光率一组成工作曲线。2.安装沸点仪如图19-2所示，将干燥的沸点仪安装好。电热丝要靠近烧瓶底部的中心，温度计的水银球位置应在支管之下，但至少要高于电热丝2cm。3.取环已烷40mL置于沸点仪中，接通冷却水，加热（电压约14伏），使液体沸腾时能自8
图 19-1 中 A'VB'代表气相线，A'LB'代表液相线。等温的水平线段和气液相线的交点表 示在该温度时互成平衡的两相的组成。相图中的Ｌ点为恒沸点，该点组成的双液系在蒸馏时 气相组成和液相组成完全一样，在整个蒸馏过程中沸点也恒定不变，对应于该点组成的溶液 称为恒沸混合物。压力不同时，同一双液系的相图也不尽相同，所以恒沸点和恒沸混合物的 组成与外压有关。 绘制沸点-组成图的简单原理如下：若溶液的组成为x，加热到T1时开始沸腾，此时共存 气相的组成为y，若气相量很少，x、y二点即代表互成平衡的液、气二相成分，继续蒸馏， 气相量逐渐增多，温度到达T2，平衡的液、气二相成分变为x′、y ′，而二相的物质数量 按杠杆原理分配。 根据相律，对二组分体系，当压力一定时，在气、液二相共存区域中，自由度为 1，若 温度一定，则气、液二相成分也就确定，当总成分一定时，由杠杆原理可知，二相的相对量 也一定。通常在实验中，利用回流的方法保持气、液二相的相对量一定，则体系的温度也恒 定，待二相平衡后，分析气、液相的成分，就得到相图上该温度下的一对气、液二相平衡成 分的坐标点。改变体系的总成分，依上述相同方法可找到另一对坐标点，这样测得一系列不 同配比溶液的沸点及气、液两相的组成，就可绘制出气-液体系的Ｔ-Ｘ相图。压力不同时， 双液系相图略有差异。 2. 沸点测定仪 各种沸点仪的具体结构虽各有特点，但其设计思想都集中于如何正确测定沸点、便于取 样分析、防止过热及避免分馏等方面。本实验所用沸点仪如图 19-2。 这是一支带回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下 来的气相样品。电流经变压器和粗导线通过浸于溶液中的电热丝。这样既可减少溶液沸腾时 的过热现象，还能防止暴沸。 3. 组成分析 本实验选用的环己烷和乙醇，两者折光率相差颇大，而折光率测定又只需少量样品，所 以，可用折光率－组成工作曲线来测得平衡体系的两相组成，折光率用 Abbe 折光仪测定。 仪器、试剂和材料 沸点测定仪；Abbe 折光仪；超级恒温槽；调节变压器；温度计（50-100℃；最小分度 0.1℃）；50mL 量筒；长滴管；洗耳球；10mL 移液管；5mL 移液管；竹镊子；丙酮棉球； 擦镜纸；无水乙醇（分析纯）；环己烷（分析纯）。 实验内容 1. 工作曲线的绘制 （1）配制环己烷摩尔分数为 0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80 和 0.90 的环 己烷－乙醇溶液各 10mL。计算所需环己烷和乙醇的质量，并用分析天平准确称取， 为避免样品挥发带来的误差，称量应尽可能迅速,各个溶液的确切组成可按实际称样结 果准确计算。 （2）调节超级恒温水浴温度，使 Abbe 折光仪的温度计读数保持在某一定值，测量上述九 个溶液以及乙醇和环己烷的折光率。 （3）用较大的坐标纸绘制若干条不同的温度下的折光率－组成工作曲线。 2. 安装沸点仪 如图 19-2 所示，将干燥的沸点仪安装好。电热丝要靠近烧瓶底部的中心，温度计的水 银球位置应在支管之下，但至少要高于电热丝 2cm。 3. 取环己烷 40mL 置于沸点仪中，接通冷却水，加热（电压约 14 伏），使液体沸腾时能自 8
小玻璃管向外喷溢，且蒸气能在冷凝管中完全冷凝，蒸气的回流高度以冷凝管高度的1/3为合适。如此沸腾一段时间，直到温度计上的读数稳定为止（一般达到平衡需5-8min），记录温度计的读数。切断电源，停止加热，用两只细长的干燥滴管，分别对气液相取样，然后立即在Abbe折光仪上测定其折光率。在这一测量前应详细了解Abbe折光仪的工作原理及操作。4.步骤3完成后，分别向沸点仪中加入无水乙醇0.6，0.7，0.8，1.5，3.5，6.5和10.0mL，重复上述步骤，即测定各溶液的沸点和平衡时气相与液相组成。5.上述实验结束后，将沸点仪中液体倒掉，然后用无水乙醇清洗沸点仪三次，再取40.0mL无水乙醇置于其中，测定其沸点，然后依次加入环己烷3.0，5.0，6.0和10.0mL，分别测定其沸点及气液两相样品的折光率。实验数据及结果处理1.将气相和液相样品的折光率从折光率一组成的工作曲线上查得相应组成。2，将由工作曲线查得的溶液组成及沸点列表，并绘制环已烷一乙醇的气液平衡相图，由图确定最低恒沸点及恒沸混合物的组成。思考题1.在测定沸点时，溶液过热或出现分馏现象，将使绘制的相图图形发生什么变化？2.为什么工业上常生产95%酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精？3．沸点仪中的小球体积过大或过小，对测量有何影响？4.按所得相图，讨论此溶液蒸馏时的分离情况，实验讨论依实验结果，讨论影响双液系相图形状的各种因素。参考文献1北京大学化学学院物理化学实验教学组编，物理化学实验（第4版），北京大学出版社,20022傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（上）（第四版），高等教育出版社，19903顾菌珍，叶于浦，相平衡和相图基础，北京：北京大学出版社，19919
小玻璃管向外喷溢，且蒸气能在冷凝管中完全冷凝，蒸气的回流高度以冷凝管高度的 1/3 为合适。如此沸腾一段时间，直到温度计上的读数稳定为止（一般达到平衡需 5-8min），记录温度计的读数。 切断电源，停止加热，用两只细长的干燥滴管，分别对气液相取样，然后立即在 Abbe 折光仪上测定其折光率。在这一测量前应详细了解 Abbe 折光仪的工作原理及操作。 4. 步骤 3 完成后，分别向沸点仪中加入无水乙醇 0.6，0.7，0.8，1.5，3.5，6.5 和 10.0mL， 重复上述步骤，即测定各溶液的沸点和平衡时气相与液相组成。 5. 上述实验结束后，将沸点仪中液体倒掉，然后用无水乙醇清洗沸点仪三次，再取 40.0mL 无水乙醇置于其中，测定其沸点，然后依次加入环己烷 3.0，5.0，6.0 和 10.0mL，分别 测定其沸点及气液两相样品的折光率。 实验数据及结果处理 1. 将气相和液相样品的折光率从折光率－组成的工作曲线上查得相应组成。 2. 将由工作曲线查得的溶液组成及沸点列表，并绘制环己烷－乙醇的气液平衡相图，由图 确定最低恒沸点及恒沸混合物的组成。 思考题 1. 在测定沸点时，溶液过热或出现分馏现象，将使绘制的相图图形发生什么变化？ 2. 为什么工业上常生产 95%酒精？只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精？ 3. 沸点仪中的小球体积过大或过小，对测量有何影响？ 4. 按所得相图，讨论此溶液蒸馏时的分离情况。 实验讨论 依实验结果，讨论影响双液系相图形状的各种因素。 参考文献 1 北京大学化学学院物理化学实验教学组编，物理化学实验（第 4 版），北京大学出版社,2002 2 傅献彩，沈文霞，姚天扬，物理化学（上）（第四版），高等教育出版社，1990 3 顾菡珍，叶于浦，相平衡和相图基础，北京：北京大学出版社，1991 9
实验二十液体粘度的测定实验目的掌握用旋转粘度计测量液体粘度的方法。实验原理粘度（n）为粘滞系数（或内摩擦系数）的习用名称，它由液体内部的粘滞力产生，是液体内部阻碍其相对流动的一种特性，它与液体的组成及温度有关，所以粘度的测量必须在严格的恒温条件下进行。当液体受到外力作用产生流动时，在流动着的液体层之间存在着切向的内部摩擦力。如果要使液体通过管子，必须消耗一部分功来克服这种流动的阻力。在流速低的管子中的液体沿着与管壁平行的直线方向前进，最靠近管壁的液体实际上是静止的。与管壁距离愈远，流动的速度也愈大。流层之间的切向力f与两层间的接触面积A和速度差△V成正比，而与两层间的距离△X成反比AVF=nA(201)AX其中n是比例系数，称为液体的粘度系数，简称粘度。粘度系数的单位在c.g.s制单位中用“泊”表示，在国际单位制中用（Pa·s）表示，1泊=10-Pa·S。液体粘度的测量方法有：毛细管法，落球法，转筒法。毛细管法可用手液体绝对粘度和相对粘度测量，适合于测量高温熔体的粘度。落球法可用于10～10*泊的液体粘度的测量。转筒法也称旋转柱体法，该法测量粘度的范围很广，为10-～10°泊。化学实验室经常使用旋转粘度计测量液体的粘滞同步电机子阻力与液体的绝对粘度，广泛适用于测定油脂、油漆、刻度圆盘食品、药物、胶粘剂等各种流体的粘度，其结构原理如指针图20一1所示。粘度计工作时，同步电机以稳定的速度游丝旋转，连接刻度圆盘，再通过游丝和转轴带动转子旋转。被测液体如果转子未受到液体的阻力，指针在刻度盘上指出的读=数为“0”；反之，如果转子受到液体的粘滞阻力，则游转子丝产生扭矩，与粘滞阻力抗衡最后达到平衡，这时与游1丝连接的指针在刻度圆盘上指示一定的读数（即游丝的图20-1旋转粘度计扭转角）。将读数乘上特定的系数即得到液体的粘度(mPa·s)，即n=K.α(20—2)式中=绝对粘度：K=系数：α三指针所指读数（偏转角度）由于温度T对液体粘度的影响特别大，本实验中用恒温水浴对被测量体系进行恒温控制。仪器、试剂和材料NDJ一1A型旋转粘度计1台，恒温槽，烧杯，蒸馏水，丙三醇（A.R），三乙醇胺（A.R）。实验内容1、准备被测液体，置手直径不小手70mm的烧杯或直筒形容器中，准确地控制被测液体温度。10
实验二十 液体粘度的测定 实验目的 掌握用旋转粘度计测量液体粘度的方法。 实验原理 粘度（η）为粘滞系数（或内摩擦系数）的习用名称，它由液体内部的粘滞力产生，是 液体内部阻碍其相对流动的一种特性，它与液体的组成及温度有关，所以粘度的测量必须在 严格的恒温条件下进行。当液体受到外力作用产生流动时，在流动着的液体层之间存在着切 向的内部摩擦力。如果要使液体通过管子，必须消耗一部分功来克服这种流动的阻力。在流 速低的管子中的液体沿着与管壁平行的直线方向前进，最靠近管壁的液体实际上是静止的。 与管壁距离愈远，流动的速度也愈大。流层之间的切向力 f 与两层间的接触面积 A 和速度 差ΔV 成正比，而与两层间的距离ΔX 成反比 X V AF Δ Δ =η (20－1) 其中η是比例系数，称为液体的粘度系数，简称粘度。粘度系数的单位在c.g.s制单位中 用“泊”表示，在国际单位制中用（Pa·s）表示，1 泊＝10－1 Pa·s。 液体粘度的测量方法有：毛细管法，落球法，转筒法。毛细管法可用于液体绝对粘度和 相对粘度测量，适合于测量高温熔体的粘度。落球法可用于 10～104 泊的液体粘度的测量。 转筒法也称旋转柱体法，该法测量粘度的范围很广，为 化学实验室 10-1～108 泊。 经常使用旋转粘度计测量液体的粘滞 阻力 同步电机 刻度圆盘 指针 游丝 被测液体 转子 图 20-1 旋转粘度计 与液体的绝对粘度，广泛适用于测定油脂、油漆、 食品、药物、胶粘剂等各种流体的粘度，其结构原理如 图 20－1 所示。粘度计工作时，同步电机以稳定的速度 旋转，连接刻度圆盘，再通过游丝和转轴带动转子旋转。 如果转子未受到液体的阻力，指针在刻度盘上指出的读 数为“0”；反之，如果转子受到液体的粘滞阻力，则游 丝产生扭矩，与粘滞阻力抗衡最后达到平衡，这时与游 丝连接的指针在刻度圆盘上指示一定的读数（即游丝的 扭转角）。将读数乘上特定的系数即得到液体的粘度 （mPa·s），即 η = K ⋅α (20－2) 式中η＝绝对粘度；K＝系数；α ＝指针所指读数（偏转角度） 由于温度 T 对液体粘度的影响特别大，本实验中用恒温水浴对被测量体系进行恒温控 制。 仪器、试剂和材料 NDJ－1A 型旋转粘度计 1 台，恒温槽，烧杯，蒸馏水，丙三醇（A.R），三乙醇胺（A.R）。 实验内容 1、准备被测液体，置于直径不小于 70mm 的烧杯或直筒形容器中，准确地控制被测液 体温度。 10
2、将保护架装在仪器中（向右旋入装上，向左旋出卸下）。3、先大约估计被测液体的粘度范围，然后根据量程表选择适当的转子和转速。4、当估计不出被测液体的大致粘度时，应假定为较高的粘度，试用由小到大的转子由慢到快的转速。原则是高粘度的液体选用小的转子，慢的转速，低粘度的液体选用大的转子和快的转速。5、将选配好的转子旋入连接螺杆（向左旋入装上，向右旋出卸下）。旋转升降旋钮，使仪器缓慢地下降，转子逐渐浸入被测液体中，直至转子液面标志和液面相平为止，调整仪器水平。按下指针控制杆，开启电机开关，转动变速旋钮，使所需转速数向上，对准速度指示点，放松指针控制杆，使转子在液体中旋转，经过多次旋转（一般3~4分钟）待指针趋于稳定（或按规定时间进行读数）。按下指针控制杆（注意：不得用力过猛，转速慢时可不利用控制杆，直接读数）使读数固定下来，再关闭电机，使指针停在读数窗内，读取读数。当电机关停后如指针不处于读数窗内时，可继续按住指针控制杆，反复开启和关闭电机，经几次练习即能熟练掌握，使指针停于读数窗内，读取读数。6、当指针所指的数值过高或过低时，要变换转子和转速，使读数约在30~90格之间为佳。表20-1量程表量程转/分mPa's60306转子1I2510252550103204010020041002005001000实验数据及结果处理测量实验时的室温，计算所测液体的粘度，与文献值比较并讨论。思考题1、影响旋转法测定粘度的因素有哪些？2、如何选取适当的转子和转速？实验讨论温度对粘度的影响很大，因此同种液体在不同实验温度下粘度不同。参考文献1叶大陆，物理化学实验，北京：冶金工业出版社，19862罗澄源，物理化学实验，北京：高等教育出版社，198411
2、将保护架装在仪器中（向右旋入装上，向左旋出卸下）。 3、先大约估计被测液体的粘度范围，然后根据量程表选择适当的转子和转速。 4、当估计不出被测液体的大致粘度时，应假定为较高的粘度，试用由小到大的转子由 慢到快的转速。原则是高粘度的液体选用小的转子，慢的转速，低粘度的液体选用大的转子 和快的转速。 5、将选配好的转子旋入连接螺杆（向左旋入装上，向右旋出卸下）。旋转升降旋钮，使 仪器缓慢地下降，转子逐渐浸入被测液体中，直至转子液面标志和液面相平为止，调整仪器 水平。按下指针控制杆，开启电机开关，转动变速旋钮，使所需转速数向上，对准速度指示 点，放松指针控制杆，使转子在液体中旋转，经过多次旋转（一般 3~4 分钟）待指针趋于稳 定（或按规定时间进行读数）。按下指针控制杆（注意：不得用力过猛，转速慢时可不利用 控制杆，直接读数）使读数固定下来，再关闭电机，使指针停在读数窗内，读取读数。当电 机关停后如指针不处于读数窗内时，可继续按住指针控制杆，反复开启和关闭电机，经几次 练习即能熟练掌握，使指针停于读数窗内，读取读数。 6、当指针所指的数值过高或过低时，要变换转子和转速，使读数约在 30~90 格之间为 佳。 表 20-1 量程表 mPa·s 量程 转/分 转子 60 30 12 6 1 1 2 5 10 2 5 10 25 50 3 20 40 100 200 4 100 200 500 1000 实验数据及结果处理 测量实验时的室温，计算所测液体的粘度，与文献值比较并讨论。 思考题 1、影响旋转法测定粘度的因素有哪些？ 2、如何选取适当的转子和转速？ 实验讨论 温度对粘度的影响很大，因此同种液体在不同实验温度下粘度不同。 参考文献 1 叶大陆，物理化学实验，北京：冶金工业出版社，1986 2 罗澄源，物理化学实验，北京：高等教育出版社，1984 11