2.3. Методика проведения эксперимента и обработка результатов

В качестве бинарных смесей используют системы А-В: четыреххлористый углерод—хлороформ CCl₄ - CHCl₃; ацетонCH₃COCH₃ – хлороформ CHCl₃, или другие (по заданию преподавателя) обладающие неограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии. Состав смесей выражен в объемных процентах и указан на этикетках по одному из веществ. Например, 70 % одного вещества (А) соответствуют 30 % другого (В). Для построения калибровочного графика измеряют - показатели преломления всех исходных растворов, включая и индивидуальные ве­щества. Измерения должны проводиться по возможности быстро, чтобы состав проб не менялся вследствие испарения. Названия веществ, составы исходных смесей и их показатели преломления заносят в табл.1.

Таблица 1

Состав исходной жидкой смеси, об%		Показатель преломления nД		Температура ки­пения смеси,С			Состав дистил­лата (пара), об%
по веществу А( )	по веществу В( )	жидкая смесь	дистил- лат	до от- бора	после от- бора	средняя	по веществу А( )	по веществу В( )
100 90 80 . . 10 0	0 10 20 . . 90 100

2.3.1. Построение калибровочного графика

Для построения калибровочного графика по оси ординат отклады­вают показатель преломления смесей, а по оси абцисс - их состав. График строят на миллиметровой бумаге и выбирают для показателей преломления такой масштаб, чтобы угол между калибровочной кривой и осью абцисс составлял около 45. Пользуясь этой зависимостью можно по показателю преломления раствора неизвестной концентрации определить его состав в объемных процентах.

2.3.2. Измерение температур кипения жидких смесей

Далее переходят к измерению температур кипения исходных жид­ких смесей на установке, схема которой приведена на рис. 15. В сосуд для кипения 1 помещают кипятильные камешки (2-3 кусочка пемзы или фарфора), а затем заливают исследуемую жидкость в таком количестве, чтобы уровень ее был примерно на 2-3 мм ниже ртутного резервуара термометра 2. Присоединяют обратный холодильник 3, в рубашку которого должна подаваться холодная вода из водопроводной сети. Холодильник можно поворачивать на шлифе таким образом, чтобы в вертикальном его положении сконденсированный пар (дистиллат) стекал в сосуд для кипения, а при повороте вниз из него может быть отобрана проба дистиллата.

После подготовки установки и проверки герметичности соединений производят нагрев сосуда с жидкостью на воздушной бане с помощью электроплитки 4 (плитка не должна касаться дна сосуда).

Растворы нагревают при вертикально поставленном холодильнике до установления постоянной температуры кипения, которую отмечают и заносят в таблицу. После этого поворачивают холодильник и отбирают в небольшой сосуд (пробирку) 5 несколько капель раствора. Этот сосуд сразу закрывают пробкой. Температуру кипения снова отмечают. Если температура кипения при отборе пробы изменится, следует вычислить ее среднее значение. После отбора пробы дистиллата плитку отставляют в сторону от сосуда, а холодильник переводят в вертикальное положение. Оставшуюся жидкость после охлаждения сосуда с раствором до комнатной температуры сливают в специальную емкость. При переходе от одного раствора к другому сосуд и холодильник установки следует продуть воздухом (с по­мощью резиновой груши) для удаления остатков веществ.

Использование обратного холодильника позволяет получить равновесную систему из кипящей жидкости и насыщенного пара без потери компонентов исходной сме­си. Отбор небольшой порции конденсата (дистиллата) проводят после установления температуры кипения. При таком порядке работы изме­нения состава жидкости во время опыта доводится до минимума. Если отобрать больше дистиллата, то меняется состав раствора и резко изменяется температура кипения.

Проводят нагревание жидких исходных смесей различных составов с отбором небольшой порции дистиллата температуру кипения до и после отбора отмечают и заносят в таблицу 1. Дистиллат используют для определения состава пара. С этой целью измеряют показатели преломления собранного дистиллата и, пользуясь калибровочным гра­фиком, находят состав пара. Данные по показателям преломления п_Ди составу пара также вносят в таблицу 1.

2.3.3. Построение диаграммы фазового равновесия: температура кипения - состав пара – состав жидкости (Р = const)

Опытные данные, полученные при исследовании бинарной системы жидкость - пар (табл.1) используют для построения диаграммы фазового равновесия T_кип. - состав (Р = const). Для этого по оси ординат откладывают среднюю температуру кипения (если она нес­колько изменилась до и после отбора пробы). На оси абцисс откла­дывают составы жидкости и пара (в об. %). Каждой температуре (кроме чистых компонентов) будут соответствовать две точки, опре­деляющие состав жидкости и состав равновесного с ней пара. Соеди­няя соответствующие точки, получают две кривые: 1)Т_кип- состав жидкости (кривая жидкости) и 2)Т_кип- состав пара (кривая пара).

При построении диаграммы нужно помнить, что составы пара и жидкости будут совпадать (а кривые жидкости и пара сливаться) не только для чистых компонентов, но и для азеотропных смесей, если таковые имеются в исследуемой системе.

На основании диаграммы состояния сделайте выводы о подчинении или неподчинении системы закону Рауля. Оцените знак отклонений, если они есть в системе. Определите наличие азеотропной смеси и найдите ее состав.