화공응용실험실험보고서(실험D : 단증류 실험)조 명 : 1조학 번 : 2012007332학 과 : 화학공학과이 름 : 조진우1. 실험방법1) 삼각 플라스크, 비중병(뚜껑포함), 둥근바닥플라스크(끓임쪽 넣은 채로)의 질량을 측정한다.2) 비중병에 스포이드를 사용하여 증류수를 넘치도록 부은 후 뚜껑을 닫고 흘러넘친 용액을 잘 닦은 후 정밀저울로 측정한다. (물+비중병) 질량에서 빈 비중병 질량을 빼서 물의 질량을 구한다. 물 질량을 바탕으로 밀도표를 보고 비중병의 부피를 계산한다.3) 비중병에 에탄올을 넣고 위와 같이 측정한다. (에탄올+비중병) 질량에서 빈 비중병 질량을 빼서 에탄올만의 질량을 구한다. 에탄올 질량과 위에서 구한 비중병의 부피를 바탕으로 밀도를 계산한 뒤, 밀도표에서 조성을 구한다.4) 미지의 에탄올의 조성을 바탕으로 200ml의 50 wt% 에탄올 용액을 제조한다.5) 제조한 에탄올용액의 160ml만 취해서 둥근바닥플라스크에 담아 질량을 둘째자리까지 측정한다.6) 단증류 장치를 아래와 같이 설치한다.7) 용액이 끓어서 적당량 삼각플라스크에 유출액이 모이면 맨틀의 전원을 끈다. 맨틀을 끄고도 한참동안 에탄올이 끓으면서 삼각플라스크에 모일 것이므로. 더 이상 냉각기를 통해 삼각플라스크에 떨어지는 유출액이 없을 때 까지 충분히 기다려야 한다.8) 삼각플라스크에 모인 유출액의 질량을 둘째자리까지 측정한 후, 빈 비중병 무게를 뺀 다음 밀도를 구하고 구한 밀도를 밀도표에서 찾아서 조성을 구한다. 이 조성을 유출액의 질량에 곱해 에탄올의 양을 구한다.9) 찬물에 식힌 둥근바닥플라스크의 있는 잔류액 질량을 둘째자리가지 측정한 후 빈 비중병 무게 뺀 다음 밀도를 구하고 밀도표에서 밀도를 찾아서 조성을 구한다. 이 조성을 잔류액의 질량에 곱해 에탄올의 양을 구한다.10) 손실된 양을 구한다.2.실험 결과? 50wt% 에탄올 수용액을 200ml를 조제한 후 160ml을 취하여 질량을 측정하고 실험 순서에 의하여 실험을 실시하고 실험결과와 Rayleigh식에 의해 계산한 값과 비교 제출하시오.1. 주어진 에탄올 용액의 조성을 구하라빈 비중병의 무게 (g)(확인)증류수 + 비중병무게 (g)(확인)12.3824.85rm C _{2} H _{5} OH 용액 + 비중병무게(g)(확인)22.432. 제조한 에탄올 용액의 밀도를 소수점 넷째자리까지 구하라.빈 비중병의 무게 (g)(확인)증류수 + 비중병무게 (g)(확인)--rm C _{2} H _{5} OH 용액 + 비중병무게(g)(확인)23.73계산과정 :증류수 무게 = 24.85 ? 12.38 = 12.47g0%, 25°C에서의 밀도 = 0.99708g/ml→ 비중병 부피 = 12.47/0.99708 = 12.51mlrm C _{2} H _{5} OH 용액 무게 = 22.43 ? 12.38 = 10.05g→ 밀도 = 10.05g/12.51ml = 0.803357g/ml첨부된 표를 통해 구한 밀도 값이 93 wt%와 94 wt% 사이의 값임을 알 수 있음.내삽을 통해 조성을 구하면 (93-94)/(0.80549-0.80272)*(0.803357-0.80549)+93 = 93.77 wt%50 wt% 에탄올 수용액 200ml의 무게 = 0.90985g/ml*200ml = 181.97g에탄올의 양을 x로 두어 식을 세울 수 있다.0.9377*x + 0*(181.97-x) = 0.5*181.97, ∴ x = 97.03g따라서 에탄올의 양을 97.03g/0.803357g/ml = 120.78ml,증류수의 양을 (181.97-97.03)g/0.99708g/ml = 85.19ml를 넣어 용액을 제조한다.제조한 용액을 비중병에 담았을 때의 무게는 23.73g으로,용액만의 무게는 23.73 ? 12.38 = 11.35g따라서 에탄올 용액의 밀도는 11.35g/12.51ml = 0.9073 g/ml이다.답 : 주어진 에탄올 용액 조성 = 93.77 wt%제조한 에탄올 용액 밀도 = 0.9073 g/ml3. 실험결과 도표를 완성하시오 (밀도는 넷째자리까지 나타내시오)측정값수용액잔류액유출액손실비중병 + 용액무게 (g)-23.83(확인)22.92(확인)-빈 플라스크무게 (g)162.96(확인)65.35(확인)-플라스크 + 용액무게 (g)305.61(확인)288.03(확인)81.99(확인)-밀도(g/cm3)0.90730.91530.8425-양(g)142.65125.0716.640.94조성(wt%)51.1347.5478.62-에탄올양(g)72.9459.4613.080.4○ 3번 문제의 표 작성을 위한 계산과정을 아래에 적으시오.※ 수용액의 조성 및 에탄올양 계산계산과정 : 수용액의 무게는 305.61 ? 162.96 = 142.65g첨부된 표를 통해 구한 밀도 값이 51 wt%와 52 wt% 사이의 값임을 알 수 있음.내삽을 통해 조성을 구하면,(51-52)/(0.90760-0.90534)*(0.9073-0.90760)+51 = 51.13 wt%따라서 에탄올의 양은 0.5113*142.65 = 72.94g답 : 조성 = 51.13 wt%, 에탄올 양 = 72.94g※ 잔류액 밀도 계산계산과정 :잔류액 용액 무게 in 비중병 = 23.83 ? 12.38 = 11.45g→ 밀도 = 11.45g/12.51ml = 0.9153g/ml답 : 잔류액 밀도 = 0.9153g/ml※ 잔류액의 조성및 에탄올양 계산계산과정 : 잔류액의 무게는 288.03 ? 162.96 = 125.07g첨부된 표를 통해 구한 밀도 값이 47 wt%와 48 wt% 사이의 값임을 알 수 있음.내삽을 통해 조성을 구하면,(47-48)/(0.91649-0.91429)*(0.9153-0.91649)+47 = 47.54 wt%따라서 에탄올의 양은 0.4754*125.07 = 59.46g답 : 잔류액 조성 = 47.54 wt%에탄올 양 = 59.46g※ 유출액 밀도계산과정 :유출액 용액 무게 in 비중병 = 22.92 ? 12.38 = 10.54g→ 밀도 = 10.54g/12.51ml = 0.8425g/ml답 : 유출액 밀도 = 0.8425g/ml※ 유출액 조성및 에탄올 양 계산계산과정 : 유출액의 무게는 81.99 - 65.35 = 16.64g첨부된 표를 통해 구한 밀도 값이 78 wt%와 79 wt% 사이의 값임을 알 수 있음.내삽을 통해 조성을 구하면,(78-79)/(0.84403-0.84158)*(0.8425-0.84403)+78 = 78.62wt%따라서 에탄올의 양은 0.7862*16.64 = 13.08g답 : 유출액 조성 = 78.62 wt%에탄올 양 = 13.08g4. 수용액의 양과 조성 및 잔류액의 조성으로부터 잔류액 양의 이론값을 구하시오.계산과정 :ln(W _{2} )`=`ln(W _{1} )`-`I _{1} `+`I _{2}, (W₁ = 수용액 양, W₂ = 잔류액 양, I₁ = 수용액 I, I₂ = 잔류액 I)W₂ = 142.65g이고, 위 그래프를 통해서 I₁ = 0.91, I₂= 0.79임을 구할 수 있다.따라서,ln(W _{2} )`=`ln(142.65)`-`0.91`+`0.79`=`4.84, ∴ W₂ = 126.52g답 : 잔류액 양의 이론값 = 126.52g5. 위의 4번 문제에서 구한 잔류액의 양의 이론값을 이용하여 유출액의 평균조성 Xdav를 구하시오.계산과정 :X _{dav} `=` {W _{1} *X _{1} `-`W _{2} *X _{2}} over {W _{1} `-`W _{2}} ``이므로,X _{dav} `=` {142.65*0.5113`-`126.52*0.4754} over {142.65`-`126.52} ``*`100`=`79.13%답 :X _{dav} `=`79.13%6. 오차, 오차율을 구하시오.계산과정 :오차 = │계산값 ? 실험값│ = │79.13 - 78.62│ = 0.51오차율 = 오차/계산값 = 0.51/79.13 = 0.006445답 : 오차 = 0.51, 오차율 = 0.0064453. 결과분석이번 실험에서 유출액의 조성에 대한 오차율은 0.006445로, 즉 0.6445%의 매우 적은 수치를 보였기 때문에 이론과 매우 근사한 값을 얻었음을 알 수 있었다. 하지만 약간의 오차는 역시 존재하는데, 이러한 오차가 발생한 원인을 생각해보았다.먼저 에탄올은 휘발성이 매우 높기 때문에 질량을 측정한 다음에도 소량의 에탄올이 증발하여 날아갔을 가능성이 있다. 또 무게를 측정할 때, 실험실에 구비된 저울이 300g 초과 시 무게를 측정할 수 없어서 다른 장소에 있는 저울을 사용하기 위해 이동하는 시간이 많이 소요되었는데, 그 과정에서 에탄올이 더 증발했을 것이다. 그리고 부피를 측정할 때 정확하게 측정하지 못하고 육안으로 측정했기 때문에 오차가 발생했을 것이다. 또한 용액을 각 기구에 옮기는 과정에서 손실되는 양이 발생했을 것이다. 그리고 냉각기에 남아있는 유출액을 온전하게 채취하지 못했을 것이다. 그리고 실험 중 이음부를 막은 파라필름이 녹아내렸기 때문에 용액이 장치 외부로 유출되었을 가능성도 있다. 이러한 이유들로 인해 측정한 값보다 실제로는 무게가 더 적게 나갔을 것이다. 따라서 정확한 무게를 사용하지 못했기 때문에 결과에서 오차가 발생했다고 볼 수 있다.
