绘制正己烷-乙醇-水的三组分液系相图

孟晓燕，胡小燕

(1. 上饶师范学院 化学化工学院，江西 上饶 334001；2.安远县塘村学校，江西 赣州 342113)

绘制正己烷-乙醇-水的三组分液系相图

孟晓燕1，胡小燕2

(1. 上饶师范学院 化学化工学院，江西 上饶 334001；2.安远县塘村学校，江西 赣州 342113)

采用浊点滴定法测定各组分的溶解度曲线，绘制出了正己烷-乙醇-水的三组分液系相图。结果表明，在室温为10.0 ℃时，正己烷-乙醇-水的三组分液系相图中，等温会溶点D点处，乙醇、正己烷的质量分数分别为73.0%、14.1%；双结点溶解度曲线BDC内，形成了两个共轭的三组分溶液；物系点O时，两共轭溶液数量的比值为mG: mH=|OH|:|OG|。

浊点滴定法；溶解度曲线；正己烷-乙醇-水；三组分液系相图

在油脂工业中，溶剂浸提是最常用的有效提取油脂的过程。但是对于含毒油料作物(菜籽、亚麻籽等)，溶剂浸提不能将有毒成分(硫苷、棉酚、氰苷等)从油中分离，这限制了含毒油料作物的广泛应用[1]。Rubin等[2]开发的双液相萃取技术是一步提油脱毒较为理想的生产工艺。双液相萃取技术是运用极性溶剂和非极性溶剂组成的溶剂系统进行萃取，在提取油脂的同时，可脱去有毒成分。例如，由于亚麻籽中含有毒性物质氰苷,使含氰苷亚麻粕的应用受到限制，运用双液相萃取从亚麻籽中提油脱氰苷[3]，可扩大含氰苷亚麻粕的应用范围。在双液相系统中[4]，正己烷-乙醇被认为是较成熟的混合溶剂之一。但对正己烷-乙醇-水三元体系的基本性质，研究还比较少。

李高阳等人[4]采用气相色谱分析，根据峰面积确定平衡条件下三元体系的相应质量组成，组成相平衡曲线上的一对平衡点，将各对平衡点在三元相图上标出，连结成一条平滑曲线，即构成该温度下的三元体系相图，该方法需要使用精密仪器，且时间较长。

本文在室温、大气压下，采用浊点滴定法[5-7]测定各组分的溶解度曲线，绘制出正己烷-乙醇-水的三组分液系相图。该实验所用的试剂为正己烷、乙醇等，毒性很小，环境友好；实验方法简单，快速，易于操作，为正己烷-乙醇-水的三组分液系在油脂工业中的应用提供理论指导。

1 基本原理

若压力、温度同时确定，根据相律，自由度最大为2，三组分系统就可以用平面图来表示。一般情况下都是用正三角形来表示。

如图1所示，正三角形中三个顶点A、B和C分别代表纯组分[8]。其三条边AB，AC和BC线上的点分别代表A和B，A和C以及B和C所形成的二组分系统。三角形中的任意一点代表三组分系统。通过三角形的任意一点O，则有A%=Cc'，B%=Aa'，C%=Bb'。

在一对部分互溶的三组分系统的相图中，假设是由A、B和C这三种物质组成的系统。其中A和B，A和C是可以完全互溶的，而B和C只是部分互溶[9]。如图2所示，B的浓度在Ba之间是完全互溶的，C的浓度在Cd之间也是完全互溶的。在a和d之间的系统中是分为两层，a点是C在B溶液中的饱和点，而d点是B在C溶液中的饱和点。这对溶液就被称为是共轭溶液。abd则为溶解度曲线。曲线内外分别为两相区和单相区。其中O为物系点，EF为连接线。

采用浊点滴定法绘制溶解度曲线[9]，按照设定比例量取两种互溶的组分(如A和C)形成均相溶液(如图2中的N点)。在所取的溶液中滴加B组分，物系点会沿线NB方向移动，到L点时溶液由清变浊。再往混合溶液中加入一定量A后，溶液又由浊变清，物系点沿LA上升到N'点。再往其滴加B组分，物系点沿线N'B方向移动，到L'点时溶液再次由清变浊。如此重复上述步骤。就可获得L、L' 等这些位于曲线上的点，连接这些点就可以得到溶解度曲线。

2 实验部分

2.1 主要试剂与仪器

正己烷(AR)，乙醇(AR)，水为自制蒸馏水。

电子天平(AL104型，上海梅特勒-托利多仪器有限公司)，酸式滴定管，有塞锥形瓶，带刻度移液管等。

2.2 实验步骤

2.2.1 溶解度曲线的测定

a. 先在干净的酸式滴定管内装25 mL的蒸馏水。

分别用移液管移取4 mL正己烷及2 mL乙醇于干燥洁净的100 mL磨口锥形瓶中，接着慢慢滴加蒸馏水，且不停地振摇，至溶液由清变浑浊时，即为终点，记下水的体积。再向锥形瓶加入3 mL乙醇，溶液变成澄清，继续用水滴至溶液由清变浊，记下水的体积。同法再依次加入4 mL、4 mL、5 mL的乙醇，分别再用水来滴定，记录各次各组分的用量，数据记录如表1中的编号1～5。

b. 另取一干燥洁净的100 mL磨口锥形瓶，用移液管移取1 mL正己烷及5 mL乙醇，用水进行滴加至溶液由清变浊。以后依次往里加入4 mL、3 mL、4 mL、5 mL的乙醇，分别用水滴定至终点。记录各次各组分的用量，数据记录如表1中的编号6～10。

2.2.2 连接线的测定

分别用移液管移取10 mL的正己烷、乙醇和水于干燥洁净的分液漏斗中，配成O溶液,如表1所示。接着充分振荡让其达到相平衡，置于漏斗架中静置分层，分为水层和有机层。缓慢放下水层溶液约1 mL于已称重的100 mL干燥锥形瓶中，称其质量，得水层溶液的质量为mG。然后滴加预先配好的体积比为50%正己烷-乙醇混合物(含乙醇的质量百分数为53.6%)，不断振荡，溶液由浊变清时，即为滴定终点，并称其质量，得到正己烷-乙醇混合物的质量为mE。

3 结果与讨论

3.1 溶解度曲线的数据处理

在室温为10.0 ℃和大气压为101.90 kPa下，通过查阅资料[9]计算得正己烷、乙醇和水的密度分别为0.6920 g·cmˉ3、0.7979 g·cmˉ3和0.9997 g·cmˉ3。根据溶解度曲线的测定这一步骤得到的数据，先计算出各组分的质量，再由m总= m正己烷+m乙醇+m水，分别计算出各组分的百分含量，结果见表1所示。

表1 正己烷-乙醇-水三组分液系相图实验测定的相关数据

同时，从文献[10]中查到正己烷在水的溶解度很小，可忽略不计。

3.2 三组分相图的绘制

在室温为10.0 ℃和大气压为101.90 kPa下，将表1中各编号的质量百分数在等边三角形坐标上标出，连成光滑曲线，并延长至三角形的两个顶点B和C，得到曲线BDC，称为双结点溶解度曲线，简称为双结线。绘制正己烷-乙醇-水三组分液系相图如图3所示。

由图3可知，正己烷和乙醇，乙醇和水均能以任意的比例互溶，而正己烷和水几乎是不互溶的。随着乙醇含量的增加，使得正己烷和水的互溶度增加，两层溶液分别沿着曲线BG和CHF上升，且组成逐渐靠近，最后缩为一点D，此时乙醇、正己烷在三组分液系中的含量分别为73.0%、14.1%，D点称为等温会溶点。曲线BDC内即帽形区内，三组分系统部分互溶，形成两个共轭的三组分溶液，相数为2，由相律得到自由度为1。在帽形区以外，三组分系统完全互溶，相数为1，自由度为2。

3.3 连结线的绘制

将表1编号O溶液的组成绘制于图3中，得到物系点O。用体积比为50%正己烷-乙醇的混合物(组成点为E)滴定水层(相点G)，溶液由浑浊变澄清(相点F)。加入正己烷-乙醇混合物的质量mE与水层G的质量mG之比有mE/mG= FG/EF的关系式[7]，所得数据如表2所示。

表 2 连接线测定数据

通过计算要使得图3的FG/EF为12.9，过E点做溶解度曲线的割线，使得线段 FG/EF的比值符合上述关系，从而就可以把G点的位置给确定。再连接G和O并延长至交溶解度曲线于H点，线段GH就是过物系点O的连接线。帽形区内，物系点为O时，G点和H点处的溶液就是共轭溶液，根据连接线GH的长度，用杠杆规则可求得共轭溶液数量的比值，即mG: mH=|OH|:|OG|。

4 小结

(1)在室温为10.0 ℃和大气压为101.90 kPa下，采用浊点滴定法测定各组分的溶解度曲线，绘制出正己烷-乙醇-水的三组分液系相图。结果表明，在正己烷-乙醇-水的三组分液系相图中，等温会溶点D点处，乙醇、正己烷的质量分数分别为73.0%、14.1%；当三组分液系中乙醇的含量大于73.0%时，三组分液系完全互溶；双结点溶解度曲线BDC内，三组分液系部分互溶，形成两个共轭的三组分溶液；物系点为O时，共轭溶液数量的比值为mG: mH=|OH|:|OG|。

(2) 该实验所用试剂毒性很小，环境友好，实验方法简单，快速，易于操作，为正己烷-乙醇-水的三组分液系在油脂工业中的应用提供理论指导。

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Drawing n-Hexane-Alcohol-Water of Ternary Liquid Phase Diagram

MENG Xiao-yan1，HU Xiao-yan2

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Shangrao Normal University, Shangrao Jiangxi 334001, China； 2. Ayyuan Tangcun School，Ganzhou Jiangxi 342113，China)

The n-hexane-alcohol-water ternary liquid phase diagram was obtained through the solubility curves of the ternary determined by cloud-piont-titration method. It showed that at room temperature 10.0 ℃, in the n-hexane-alcohol-water ternary liquid phase diagram, at the isothermal consolute D point, the mass fraction of alcohol and n-hexane was 73.0% and 14.1%, respectively. Two conjugate ternary solutions were formed in the binodal solubility curve BDC, and at the system point O, the mass ratio of the two conjugate solutions was mG: mH=|OH|:|OG|.

cloud-piont-titration method; solubility curves; n-hexane-alcohol-water; the ternary liquid phase diagram

2016-03-16

孟晓燕(1978-)，女，安徽临泉人，讲师，硕士，主要从事物理化学教学和研究工作。E-mail:Mengxiaoyan-bin@163.com

O625.61

A

1004-2237(2016)06-0074-04

10.3969/j.issn.1004-2237.2016.06.016