李會榮 程時勁 江陽 安從俊 宋昭華
(武漢東湖學院生命科學與化學學院 湖北武漢430212)
一種快速調整雙液系溶液的方法*
李會榮 程時勁 江陽 安從俊 宋昭華*
(武漢東湖學院生命科學與化學學院 湖北武漢430212)
物理化學實驗中的雙液系相圖繪制實驗需要測定一系列濃度的環己烷-乙醇溶液,實驗結束后,被測溶液的濃度均發生較大變化。提出一個簡便調整這些溶液的方法,并對該方法進行了驗證。結果表明該方法可快速方便地將實驗后的溶液濃度調整為實驗前起始狀態,以便于溶液的循環使用,既可避免環境污染,也減少了試劑的浪費。
雙液系溶液 乙醇 環己烷 溶液調整
雙液系氣-液相圖的繪制是物理化學實驗中的一個基礎實驗。通常選用的雙液系有環己烷-乙醇體系[1]及環己烷-異丙醇體系[2]。實驗方法是配制一系列兩種液體組成不同的溶液。如選環己烷-乙醇體系體系,則配制含乙醇體積分數為2%、3%、5%、10%、15%、20%、40%、60%、80%、90%、95%的溶液。若每個體積分數的溶液是100mL,則對于每一套實驗設備都要配制11個被測溶液,需乙醇420mL,環己烷680mL;對于n套實驗設備,則需乙醇420 n mL,環己烷680 n mL。在實驗時,新配制的混合液經過多次實驗使用后,各組分的體積分數會發生較大變化,致使測出來的實驗數據無法繪制相圖,必須重新配置溶液。實際上,此實驗使用的溶液經過實驗測定后,溶液中的成分并不變,仍然是環己烷和乙醇,僅僅是濃度發生了變化。只要將變化了的溶液調整回原始狀態,則此溶液就可以繼續使用而不必丟棄,從而可以節約試劑,既能避免浪費,也可減少對環境的污染。有文獻報道用蒸餾的方法回收環己烷和異丙醇,但這種方法耗能、耗時,如有不慎還會著火[3]。劉生昆[4]等人提出了一種調整雙液系溶液的方法,該方法需要測定實驗后溶液的折光率,稱取實驗后溶液的質量,再通過計算得到向實驗后的溶液中加入純乙醇或環己烷的量。本文提出了一種調整雙液系溶液的新方法,該方法不需要稱量實驗后溶液的質量,只要測定被調整溶液的體積,就能快速有效地將溶液調整到所要求的濃度,達到繼續使用的目的。
1)在相同溫度下,分別測定實驗后的乙醇-環己烷溶液(即待調整的溶液)的折光率以及純乙醇及純環己烷的折光率。
根據式(1)計算待調整溶液的體積分數。

式中Φ廢為待調整溶液中乙醇的體積分數;η(環己烷)為純環己烷的折光率;η(乙醇)為純乙醇的折光率;η溶液為待調整溶液的折光率。
2)測量出待調整溶液中乙醇的體積分數,根據待調整溶液的實際濃度計算出待調整溶液中所含環己烷的體積V(環己烷)及乙醇的體積V(乙醇)。
3)根據式(2)或式(3)計算出向待調整溶液中需加入的乙醇或環己烷的量。
下面分兩種情況討論:一種是要增加待調整溶液中乙醇的體積分數,則根據式(2)向待調整溶液中加入乙醇。

式中ΔV(乙醇)為向待調整溶液中加入的乙醇的體積;V(環己烷)為待調整溶液中環己烷的體積; V(乙醇)為待調整溶液乙醇的體積;Φ目標為調整后的目標(乙醇的體積分數)。
另一種情況是要減少被調整溶液中乙醇的體積分數,則根據式(3),應向待調整溶液中加入環己烷。

式中ΔV(環己烷)為向待調整溶液中加入的環己烷的體積,V(乙醇)、V(環己烷)、Φ目標表示的含義同式(2)。
調整后溶液的濃度是否符合要求,可以進行驗證。
例如有82.0mL實驗后待調整的環己烷-乙醇溶液,實驗測得,在25℃時,η(環己烷)=1.4230, η(乙醇)=1.3590,η溶液=1.3882。將數據代入式(1),求出溶液中乙醇的體積分數:

根據此結果計算出82mL溶液中,V(環己烷)=37.7mL,V(乙醇)=44.3mL。
如果要把此溶液調整為含40%乙醇的目標溶液(Φ目標=40%),就要在此溶液中增加環己烷的量。
根據式(3)計算出增加環己烷的量ΔV(環己烷):

即在此溶液中增加28.7mL的環己烷,可得到含乙醇40%的調整后的溶液。
測定調整溶液的折光率,得η調整后=1.3972,代入式(1),得:

原來此溶液含乙醇為54%,經過簡便的調整方法可得到所要求的溶液(含乙醇40%)。按照同樣的方法對一系列的溶液進行了調整及驗證。結果見表1。
驗證結果表明,此調整方法簡便快速,可以對實驗用過的溶液進行調整,重新給學生做實驗用,既節省了藥品又達到環保的目的,是可以推廣的一個好方法。

表1 對系列乙醇-環己烷廢液的調整及驗證結果
[1] 武漢大學化學與分子科學學院實驗中心.物理化學實驗.武漢:武漢大學出版社,2004
[2] 孫爾康,徐維清,邱金恒.物理化學實驗.南京:南京大學出版社,1998
[3] 劉曉林,魏雨,劉進梅.河北師范大學學報(自然科學版),1997(2):174
[4] 劉生昆,史振民,張祝蓮.大學化學,1995,10(5):41
武漢東湖學院教學研究項目(No.110007)