II.2 Примеры для самостоятельной работы:

1. Рассчитать температуру кипения и замерзания раствора метилового спирта в воде, если раствор приготовлен из 100 г спирта и 500 г воды. Ек(Н₂О) = 0,52 К•кг/моль. Ез(Н₂О) = 1,86 К•кг/моль

2. Найти степень диссоциации хлорида кальция, если раствор, содержащий 20 г соли в 500г воды замерзает при -1°С.

Оформление отчета:

Отчет должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Основные расчетные формулы (1-4).

3. Пример расчетных задач (1-2).

4. Выполненное задание для самостоятельной работы.

Практическое занятие №19 Перегонка двойных жидких смесей.

Цель работы: научиться анализировать процесс перегонки двойных идеальных жидких смесей.

Вопросы для подготовки к занятию:

- фазовое равновесие «раствор – пар», понятие насыщенного пара, давление насыщенного пара

- понятие идеальных жидких смесей

- закон Рауля-Дальтона

- понятие перегонки

- диаграммы «состав-температура кипения», «состав – давление насыщенного пара»

Ход работы

I. Теоретическая часть

Основные понятия и расчетные формулы.

1. Идеальные жидкие смеси двух жидкостей А и В подчиняются закону Рауля-Дальтона:

р_см = р_А + р_В = Х_А^Ж•р_А° + Х_В^Ж•р_В°, (1)

где:

р_см - общее давление паров над смесью, Па

р_А и р_В - парциальные давления паров компонентов А и В над смесью, Па

Х_А^Ж и Х_В^Ж – мольные доли компонентов А и В в жидкой смеси

р_А° и р_В° - упругость паров для чистых жидкостей А и В при температуре смеси, Па

Состав газовой смеси паров компонентов определяют по соотношению:

р_А° р_В°

Х_А^Г = -------- • Х_А^Ж, Х_В^Г = -------- • Х_В^Ж, (2)

р_см р_см

где: Х_А^Г и Х_В^Г – мольные доли компонентов А и В в газовой паровой смеси.

2. В смесях двух жидкостей А и В, нерастворимых друг в друге, при любом составе подчиняются соотношению:

р_см = р_А + р_В = р_А° + р_В°, (3)

Состав пара над смесью не зависит от состава жидкой фазы и определяется по соотношению:

m_А р_А°•М_А

---------- = ----------------- (4)

m_В р_В°•М_В

где:

m_А и m_В – массы компонентов А и В в составе смеси, кг

М_А и М_В – молярные массы компонентов А и В, кг/моль

II. Практическая часть.

II.1 Примеры решения задач

1. Рассчитать при 30°С общее давление и состав пара (в мольных долях) над смесью, содержащей 117,2 г бензола и 884,5 г толуола (смесь считать идеальной). При данной температуре давление паров чистого бензола 15756 Па, а толуола 4892 Па.

Решение:

1. Число моль компонентов смеси (бензол – Б, толуол – Т):

ν_Б = m_Б/М_Б= 117,2/78 = 1,5 моль; ν_т = m_т/М_т= 884,5/92 = 9,6 моль.

2. Мольные доли компонентов в жидкой смеси:

ν_Б 1,5

Х_Б^Ж = ------- = ------------ = 0,1352 (13,52%); Х_Т^Ж = 1 - Х_Б^Ж = 1 – 0,1352 = 0,8648 (86,48%)

ν_{Б +} ν_Т 1,5+9,6

3.Парциальные давления компонентов смеси:

р_Б = Х_Б^Ж•р_Б° = 0,1352•15756 = 2130 Па

р_Т = Х_Т^Ж•р_Т° = 0,8648•4892 = 4232 Па

4. Общее давление паровой смеси:

р_см = р_Б + р_Т = 2130 + 4232 = 6362 Па

5. Состав газовой (паровой) смеси в мольных долях:

р_Б 2130

Х_Б^Г = -------- = ---------- = 0,3351 (33,51%); Х_Т^Г = 1 - Х_Б^Г = 1 – 0,3351 = 0,6649 (66,49%)

р_см 6362

Таким образом, по сравнению с жидкой смесью пар богаче более летучим компонентом.

2. Вода и бензол практически не смешиваются друг с другом. Давления паров этих двух жидкостей при 68°С соответственно равны 28553 и 68143 Па, а при 69°С – 29819 и 70196 Па. Принимая, что давление пара в интервале между 68 и 69°С для каждого вещества растет пропорционально температуре, вычислить температуру кипения смеси воды и бензола под давлением 98642 Па и количество бензола, которое будет содержаться в отгоне (конденсате).

Решение:

1. Общее давление пара над смесью воды и бензола:

а) при 68°С: р_см = р_Б° + р_Н2О° = 68143 + 28553 = 96696 Па

б) при 69°С: р_см = р_Б° + р_Н2О° = 70196 + 29819 = 100015 Па

2. Учитывая линейность зависимости температуры кипения и давления смеси:

t_к -68 98642 – 96696

--------- = ----------------------; t_к = 68,59°С

69 – 68 100015 – 96696

3.Давления насыщенного пара для компонентов смеси при температуре кипения:

р_Б° = 68143 + (68,59 – 68)•(70196 – 68143) = 69354,3 Па

р_Н2О° = 98642 – 69354, = 29287,7 Па

4. Количество бензола определим по соотношению:

m_Б р_Б°•М_Б 69354,3•78

---------- = ----------------- = ------------------ = 10,27

m_Н2О р_Н2О°•М_Н2О 29287,7•18

На каждый килограмм воды приходится 10,27 кг перегоняемого бензола.