李會(huì)榮 程時(shí)勁 江陽(yáng) 安從俊 宋昭華

(武漢東湖學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院 湖北武漢430212)

一種快速調(diào)整雙液系溶液的方法*

李會(huì)榮 程時(shí)勁 江陽(yáng) 安從俊 宋昭華*

(武漢東湖學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院 湖北武漢430212)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的雙液系相圖繪制實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定一系列濃度的環(huán)己烷-乙醇溶液,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,被測(cè)溶液的濃度均發(fā)生較大變化。提出一個(gè)簡(jiǎn)便調(diào)整這些溶液的方法,并對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明該方法可快速方便地將實(shí)驗(yàn)后的溶液濃度調(diào)整為實(shí)驗(yàn)前起始狀態(tài),以便于溶液的循環(huán)使用,既可避免環(huán)境污染,也減少了試劑的浪費(fèi)。

雙液系溶液 乙醇 環(huán)己烷 溶液調(diào)整

雙液系氣-液相圖的繪制是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。通常選用的雙液系有環(huán)己烷-乙醇體系[1]及環(huán)己烷-異丙醇體系[2]。實(shí)驗(yàn)方法是配制一系列兩種液體組成不同的溶液。如選環(huán)己烷-乙醇體系體系,則配制含乙醇體積分?jǐn)?shù)為2%、3%、5%、10%、15%、20%、40%、60%、80%、90%、95%的溶液。若每個(gè)體積分?jǐn)?shù)的溶液是100mL,則對(duì)于每一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備都要配制11個(gè)被測(cè)溶液,需乙醇420mL,環(huán)己烷680mL;對(duì)于n套實(shí)驗(yàn)設(shè)備,則需乙醇420 n mL,環(huán)己烷680 n mL。在實(shí)驗(yàn)時(shí),新配制的混合液經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)使用后,各組分的體積分?jǐn)?shù)會(huì)發(fā)生較大變化,致使測(cè)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法繪制相圖,必須重新配置溶液。實(shí)際上,此實(shí)驗(yàn)使用的溶液經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定后,溶液中的成分并不變,仍然是環(huán)己烷和乙醇,僅僅是濃度發(fā)生了變化。只要將變化了的溶液調(diào)整回原始狀態(tài),則此溶液就可以繼續(xù)使用而不必丟棄,從而可以節(jié)約試劑,既能避免浪費(fèi),也可減少對(duì)環(huán)境的污染。有文獻(xiàn)報(bào)道用蒸餾的方法回收環(huán)己烷和異丙醇,但這種方法耗能、耗時(shí),如有不慎還會(huì)著火[3]。劉生昆[4]等人提出了一種調(diào)整雙液系溶液的方法,該方法需要測(cè)定實(shí)驗(yàn)后溶液的折光率,稱取實(shí)驗(yàn)后溶液的質(zhì)量,再通過(guò)計(jì)算得到向?qū)嶒?yàn)后的溶液中加入純乙醇或環(huán)己烷的量。本文提出了一種調(diào)整雙液系溶液的新方法,該方法不需要稱量實(shí)驗(yàn)后溶液的質(zhì)量,只要測(cè)定被調(diào)整溶液的體積,就能快速有效地將溶液調(diào)整到所要求的濃度,達(dá)到繼續(xù)使用的目的。

1 調(diào)整方法與步驟

1)在相同溫度下,分別測(cè)定實(shí)驗(yàn)后的乙醇-環(huán)己烷溶液(即待調(diào)整的溶液)的折光率以及純乙醇及純環(huán)己烷的折光率。

根據(jù)式(1)計(jì)算待調(diào)整溶液的體積分?jǐn)?shù)。

式中Φ廢為待調(diào)整溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù);η(環(huán)己烷)為純環(huán)己烷的折光率;η(乙醇)為純乙醇的折光率;η溶液為待調(diào)整溶液的折光率。

2)測(cè)量出待調(diào)整溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù),根據(jù)待調(diào)整溶液的實(shí)際濃度計(jì)算出待調(diào)整溶液中所含環(huán)己烷的體積V(環(huán)己烷)及乙醇的體積V(乙醇)。

3)根據(jù)式(2)或式(3)計(jì)算出向待調(diào)整溶液中需加入的乙醇或環(huán)己烷的量。

下面分兩種情況討論:一種是要增加待調(diào)整溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù),則根據(jù)式(2)向待調(diào)整溶液中加入乙醇。

式中ΔV(乙醇)為向待調(diào)整溶液中加入的乙醇的體積;V(環(huán)己烷)為待調(diào)整溶液中環(huán)己烷的體積; V(乙醇)為待調(diào)整溶液乙醇的體積;Φ目標(biāo)為調(diào)整后的目標(biāo)(乙醇的體積分?jǐn)?shù))。

另一種情況是要減少被調(diào)整溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù),則根據(jù)式(3),應(yīng)向待調(diào)整溶液中加入環(huán)己烷。

式中ΔV(環(huán)己烷)為向待調(diào)整溶液中加入的環(huán)己烷的體積,V(乙醇)、V(環(huán)己烷)、Φ目標(biāo)表示的含義同式(2)。

2 廢液調(diào)整結(jié)果驗(yàn)證

調(diào)整后溶液的濃度是否符合要求,可以進(jìn)行驗(yàn)證。

例如有82.0mL實(shí)驗(yàn)后待調(diào)整的環(huán)己烷-乙醇溶液,實(shí)驗(yàn)測(cè)得,在25℃時(shí),η(環(huán)己烷)=1.4230, η(乙醇)=1.3590,η溶液=1.3882。將數(shù)據(jù)代入式(1),求出溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù):

根據(jù)此結(jié)果計(jì)算出82mL溶液中,V(環(huán)己烷)=37.7mL,V(乙醇)=44.3mL。

如果要把此溶液調(diào)整為含40%乙醇的目標(biāo)溶液(Φ目標(biāo)=40%),就要在此溶液中增加環(huán)己烷的量。

根據(jù)式(3)計(jì)算出增加環(huán)己烷的量ΔV(環(huán)己烷):

即在此溶液中增加28.7mL的環(huán)己烷,可得到含乙醇40%的調(diào)整后的溶液。

測(cè)定調(diào)整溶液的折光率,得η調(diào)整后=1.3972,代入式(1),得:

原來(lái)此溶液含乙醇為54%,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)便的調(diào)整方法可得到所要求的溶液(含乙醇40%)。按照同樣的方法對(duì)一系列的溶液進(jìn)行了調(diào)整及驗(yàn)證。結(jié)果見(jiàn)表1。

驗(yàn)證結(jié)果表明,此調(diào)整方法簡(jiǎn)便快速,可以對(duì)實(shí)驗(yàn)用過(guò)的溶液進(jìn)行調(diào)整,重新給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)用,既節(jié)省了藥品又達(dá)到環(huán)保的目的,是可以推廣的一個(gè)好方法。

表1 對(duì)系列乙醇-環(huán)己烷廢液的調(diào)整及驗(yàn)證結(jié)果

[1] 武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).武漢:武漢大學(xué)出版社,2004

[2] 孫爾康,徐維清,邱金恒.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).南京:南京大學(xué)出版社,1998

[3] 劉曉林,魏雨,劉進(jìn)梅.河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1997(2):174

[4] 劉生昆,史振民,張祝蓮.大學(xué)化學(xué),1995,10(5):41

武漢東湖學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(No.110007)