一种快速调整双液系溶液的方法*

李会荣 程时劲 江阳 安从俊 宋昭华

(武汉东湖学院生命科学与化学学院 湖北武汉430212)

一种快速调整双液系溶液的方法*

李会荣 程时劲 江阳 安从俊 宋昭华*

(武汉东湖学院生命科学与化学学院 湖北武汉430212)

物理化学实验中的双液系相图绘制实验需要测定一系列浓度的环己烷-乙醇溶液,实验结束后,被测溶液的浓度均发生较大变化。提出一个简便调整这些溶液的方法,并对该方法进行了验证。结果表明该方法可快速方便地将实验后的溶液浓度调整为实验前起始状态,以便于溶液的循环使用,既可避免环境污染,也减少了试剂的浪费。

双液系溶液 乙醇 环己烷 溶液调整

双液系气-液相图的绘制是物理化学实验中的一个基础实验。通常选用的双液系有环己烷-乙醇体系[1]及环己烷-异丙醇体系[2]。实验方法是配制一系列两种液体组成不同的溶液。如选环己烷-乙醇体系体系,则配制含乙醇体积分数为2%、3%、5%、10%、15%、20%、40%、60%、80%、90%、95%的溶液。若每个体积分数的溶液是100mL,则对于每一套实验设备都要配制11个被测溶液,需乙醇420mL,环己烷680mL;对于n套实验设备,则需乙醇420 n mL,环己烷680 n mL。在实验时,新配制的混合液经过多次实验使用后,各组分的体积分数会发生较大变化,致使测出来的实验数据无法绘制相图,必须重新配置溶液。实际上,此实验使用的溶液经过实验测定后,溶液中的成分并不变,仍然是环己烷和乙醇,仅仅是浓度发生了变化。只要将变化了的溶液调整回原始状态,则此溶液就可以继续使用而不必丢弃,从而可以节约试剂,既能避免浪费,也可减少对环境的污染。有文献报道用蒸馏的方法回收环己烷和异丙醇,但这种方法耗能、耗时,如有不慎还会着火[3]。刘生昆[4]等人提出了一种调整双液系溶液的方法,该方法需要测定实验后溶液的折光率,称取实验后溶液的质量,再通过计算得到向实验后的溶液中加入纯乙醇或环己烷的量。本文提出了一种调整双液系溶液的新方法,该方法不需要称量实验后溶液的质量,只要测定被调整溶液的体积,就能快速有效地将溶液调整到所要求的浓度,达到继续使用的目的。

1 调整方法与步骤

1)在相同温度下,分别测定实验后的乙醇-环己烷溶液(即待调整的溶液)的折光率以及纯乙醇及纯环己烷的折光率。

根据式(1)计算待调整溶液的体积分数。

式中Φ废为待调整溶液中乙醇的体积分数;η(环己烷)为纯环己烷的折光率;η(乙醇)为纯乙醇的折光率;η溶液为待调整溶液的折光率。

2)测量出待调整溶液中乙醇的体积分数,根据待调整溶液的实际浓度计算出待调整溶液中所含环己烷的体积V(环己烷)及乙醇的体积V(乙醇)。

3)根据式(2)或式(3)计算出向待调整溶液中需加入的乙醇或环己烷的量。

下面分两种情况讨论:一种是要增加待调整溶液中乙醇的体积分数,则根据式(2)向待调整溶液中加入乙醇。

式中ΔV(乙醇)为向待调整溶液中加入的乙醇的体积;V(环己烷)为待调整溶液中环己烷的体积; V(乙醇)为待调整溶液乙醇的体积;Φ目标为调整后的目标(乙醇的体积分数)。

另一种情况是要减少被调整溶液中乙醇的体积分数,则根据式(3),应向待调整溶液中加入环己烷。

式中ΔV(环己烷)为向待调整溶液中加入的环己烷的体积,V(乙醇)、V(环己烷)、Φ目标表示的含义同式(2)。

2 废液调整结果验证

调整后溶液的浓度是否符合要求,可以进行验证。

例如有82.0mL实验后待调整的环己烷-乙醇溶液,实验测得,在25℃时,η(环己烷)=1.4230, η(乙醇)=1.3590,η溶液=1.3882。将数据代入式(1),求出溶液中乙醇的体积分数:

根据此结果计算出82mL溶液中,V(环己烷)=37.7mL,V(乙醇)=44.3mL。

如果要把此溶液调整为含40%乙醇的目标溶液(Φ目标=40%),就要在此溶液中增加环己烷的量。

根据式(3)计算出增加环己烷的量ΔV(环己烷):

即在此溶液中增加28.7mL的环己烷,可得到含乙醇40%的调整后的溶液。

测定调整溶液的折光率,得η调整后=1.3972,代入式(1),得:

原来此溶液含乙醇为54%,经过简便的调整方法可得到所要求的溶液(含乙醇40%)。按照同样的方法对一系列的溶液进行了调整及验证。结果见表1。

验证结果表明,此调整方法简便快速,可以对实验用过的溶液进行调整,重新给学生做实验用,既节省了药品又达到环保的目的,是可以推广的一个好方法。

表1 对系列乙醇-环己烷废液的调整及验证结果

[1] 武汉大学化学与分子科学学院实验中心.物理化学实验.武汉:武汉大学出版社,2004

[2] 孙尔康,徐维清,邱金恒.物理化学实验.南京:南京大学出版社,1998

[3] 刘晓林,魏雨,刘进梅.河北师范大学学报(自然科学版),1997(2):174

[4] 刘生昆,史振民,张祝莲.大学化学,1995,10(5):41

武汉东湖学院教学研究项目(No.110007)