二组分双液体系的活度系数是一重要的物理量，我们设计了该实验方案，采用现有测量液体饱和蒸汽压，和二组分气液相图的简单仪器设备[1-2]可方便地测试互溶双液体系气-液平衡时的活度系数。此外该实验设计方案，可以作为综合性实验，用于学生的物化实验教学。以加强学生对活度等相关概念的理解和培养其解决实际问题的能力[3-5]。
实验原理：
采用静态升温法分别测定环己烷和乙醇两个纯液体的饱和蒸汽压PA*和PB*。采用沸点仪加热分别使不同浓度的环己烷和乙醇溶液沸腾，测得气液两相在大气压力下的平衡温度，分别从气液两相中取样，根据其折光率分别测得平衡时气液两相的组成，由（1）和（2）式计算得到环己烷和乙醇在气液平衡时的活度系数。其中和是气液两相平衡时，气相中环己烷和乙醇的摩尔分数， P两相平衡时的压力，该实验条件下为大气压力。和是环己烷和乙醇的活度系数。
（1） （2）
实验内容
1. 测定环己烷乙醇溶液折光率与浓度之间关系的标准工作曲线
分别量取一定体积的环己烷和乙醇配制标准溶液，根据它们的密度和分子量计算溶液摩尔分数浓度，并测试配制标准溶液的折光率。

2. 测量环己烷乙醇气-液平衡时两相的组成
在大气压力下，分别将不同的环己烷乙醇溶液（测试所用环己烷乙醇的体积配比见表1-1）放入沸点仪（图1-1），用回流冷凝的方法测定一系列环己烷-乙醇溶液在大气压力下两相平衡时的温度（沸点），并从分别从平衡时气液两相中取样，测定气、液两相的折光率，确定两相中环己烷和乙醇的组成。实验时所采用环己烷乙醇溶液的体积配比见表1-1所示。 实验时大气压力：98.02kPa。
表1-1测试两相组成时环己烷乙醇溶液的体积配比
环己烷（ml） 20 20 20 20 7 12
乙醇（ml） 1 3 5 12 20 20

图1-1沸点仪的示意图
3. 纯环己烷和乙醇饱和蒸汽压的测量
采用静态升温法测定纯环己烷和乙醇饱和蒸汽压，所用实验装置如图1-2所示，试验时分别将纯环己烷和乙醇放入平衡管中（图1-3）控制一定温度，先让系统与空气相通，此时B液面与C液面高度相同。然后系统抽真空，C液面上升，B液面下降，当系统的蒸汽压等于（或低于）测量的液体的在该温度下的蒸汽压时，液体沸腾，保持液体沸腾3分钟，使A和液面B之间所测液体的蒸汽中所含有的空气被抽走，最后通过活塞让系统与空气相通,缓慢让系统的压力升,此时C液面下降，B液面上升,当两液面一样高时,系统的压力就是该液体的在该温度下的蒸汽压。采用此法可测的纯环己烷和乙醇在不同温度时的饱和蒸汽压。


图1-2测饱和蒸汽压的实验装置示意图 图 1-3 平衡管结构示意图

实验结果与讨论

1.环己烷乙醇溶液的折射率-浓度标准工作曲线
测得不同浓度的环己烷乙醇标准溶液25℃的折光率n，如表2-1所示。表中是溶液中环己烷的摩尔分数。
表2-1不同浓度环己烷乙醇溶液25℃的折光率n
0.00 0.0825 0.178 0.287 0.417 0.573 0.757 1.00
n 1.3601 1.3630 1.3709 1.3824 1.3901 1.4000 1.4100 1.4238
以折光率n为纵坐标对标准溶液的浓度作图，得环己烷乙醇溶液折光率与浓度之间关系的标准工作曲线，实验结果见图2-1. 线性拟合得环己烷乙醇溶液折光率与浓度之间关系为： （3），相关系数为：0.993.


图2-1环己烷乙醇溶液液的折光率-浓度标准工作曲线

2 环己烷乙醇体系气-液平衡时气液组成
实验测得不同浓度的环己烷乙醇气-液平衡时的温度，并根据气液两相的折光率，得到平衡时气液两相的组成，结果见表2-2. 通过实验测得乙醇环己烷的最低恒沸点为336.5K，气液两相中的组成相同，环己烷摩尔分数均为：0.640，该数据也列入下表中。
表2-2环己烷乙醇气-液平衡时温度和气液两相的组成（环己烷的摩尔分数）

相平衡温度（K） 347.0 344.0 341.6 338.0 336.5 336.8 337.0
气相组成yA
液相组成xA 0.144
0.017 0.333
0.053 0.456
0.091 0.533
0.222 0.640
0.640 0.601
0.612 0.597
0.397


3. 纯环己烷和乙醇饱和蒸汽压
采用静态升温法分别测的环己烷和乙醇两个纯液体在不同温度时的饱和蒸汽压，如表2-3和2-4所示。以lnP为纵坐标对1/T作图得环己烷和乙醇的饱和蒸汽压与温度之间的关系曲线（见图2-2和图2-3）所示,线性拟合得环己烷饱和乙醇蒸汽压与温度之间的关系式如（4）（5）式，相关系数分别为0.9997和0.9985。
表2-3环己烷在不同温度的饱和蒸汽压
T (K) 312.8 316.2 319.2 322.2 325.2 328.2
蒸汽压P（KPa） 25.48 29.29 32.71 36.38 40.17 44.97

表2-4乙醇在不同温度的饱和蒸汽压
T (K) 313.0 316.0 319.0 322.0 325.0 328.0 331.0 334.0
蒸汽压P（KPa） 19.67 23.34 25.79 29.78 34.05 39.03 46.56 51.40


图2-2 环己烷的蒸汽压与温度的关系
（4） 相关系数为：0.9997


图2-3乙醇饱和蒸汽压与温度的关系
（5） 其相关系数为：0.9985
4. 乙醇环己烷气液两相平衡时溶液的活度系数，测量时外压力为P=98.02kPa
根据环己烷和乙醇的饱和蒸汽压与温度之间的关系（见（4）、（5）式），分别计算出环己烷和乙醇在相平衡温度时的饱和蒸汽压PA*和PB*。根据环己烷乙醇气液两相平衡时的两相组成x和y之间的关系，根据（6）、（7）两式，分别计算出环己烷和乙醇的活度系数，结果见表2-5所示。
（6） （7）
其中A为环己烷，B为乙醇，y为气相中组分的摩尔分数，x为液相中组分的摩尔分数。P为气液两相平衡时气相中乙醇和环己烷的分压力之和，等于实验时的外压力：P=98.02kPa
此外通过实验测得环己烷乙醇溶液的最低恒沸点为336.5K，此时气液两相中的组成相同，环己烷摩尔分数均为：0.640。计算得环己烷和乙醇的活度系数分别为1.66和1.72，也列入表2-5中。