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3성분계 상태도 열역학실험 결과레포트

3성분계 상태도화공열역학실험 레포트1. Description①②③④⑤⑥⑦[ figure 1. 실험장치 ]① buret② double buret clamp③ stand④ O-ring⑤ separatory funnel⑥ hot plate⑦ beaker< Table 1. 실험 기구 >2. Data sheet1) CH3COOH-H2O계에서의 상호 용해도CH3COOH(wt%)CH3COOH(g)H2O(g)CHCl3(적정부피)102180.3255150.4408120.8601283.32) CH3COOH-CHCl3계에서의 상호 용해도CH3COOH(wt%)CH3COOH(g)CHCl3(g)H2O(적정부피)102180.35255150.7408122.2601285.43) CH3COOH-H2O-CHCl3계에서의 상호 용해도CH3COOH(wt%)각 성분의 양 (g)각 층의 무게 (g)NaOH (적정부피)CH3COOH(g)H2O(g)CHCl3(g)상층 (g)하층 (g)상층 (ml)하층 (ml)20427930.4137.64631.213. Results1) CH3COOH-H2O계에서의 상호 용해도(1) CHCl3의 양 구하기CH3COOH(wt%)CHCl3(적정ml)CHCl3의 밀도넣은 CHCl3의 양 (g)100.31.489g/ml0.4467250.40.5956400.81.1912603.34.9137Cal>CH3COOH 10wt% >0.3ml TIMES 1.489g/ml=0.4467gCH3COOH 25wt% >0.4ml TIMES 1.489g/ml=0.5956gCH3COOH 40wt% >0.8ml TIMES 1.489g/ml=1.1912gCH3COOH 60wt% >3.3ml TIMES 1.489g/ml=4.9137g(2) 각 wt% 구하기CH3COOH(wt%)용액의 무게 (g)wt %10CH3COOH20.44679.782H2O88.034CHCl32.18525CH3COOH20.595624.277H2O72.831CHCl32.89240CH3COOH21.191237.752H2O56.627CHCl35 10wt% H2O wt% >{18g} over {20.4467g} TIMES 100%=88.034%CH3COOH 10wt% CHCl3 wt% >{0.4467g} over {20.4467g} TIMES 100%=2.185%CH3COOH 25wt% CH3COOH wt% >{5g} over {20.5956g} TIMES 100%=24.277%CH3COOH 25wt% H2O wt% >{15g} over {20.5956g} TIMES 100%=72.831%CH3COOH 25wt% CHCl3 wt% >{0.5956g} over {20.5956g} TIMES 100%=2.892%CH3COOH 40wt% CH3COOH wt% >{8g} over {21.1912g} TIMES 100%=37.752%CH3COOH 40wt% H2O wt% >{12g} over {21.1912g} TIMES 100%=56.627%CH3COOH 40wt% CHCl3 wt% >{1.1912g} over {21.1912g} TIMES 100%=5.621%CH3COOH 60wt% CH3COOH wt% >{12g} over {24.9137g} TIMES 100%=48.166%CH3COOH 60wt% H2O wt% >{8g} over {24.9137g} TIMES 100%=32.111%CH3COOH 60wt% CHCl3 wt% >{4.9137g} over {24.9137g} TIMES 100%=19.723%2) CH3COOH-CHCl3계에서의 상호 용해도(1) H2O의 양 구하기CH3COOH(wt%)H2O(적정ml)H2O의 밀도넣은 H2O의 양 (g)100.350.998946g/ml0.3496250.70.699402.22.198605.45.394Cal>H2O의 밀도 : H2O온도 측정 후 그 온도에서의 밀도 찾아 쓰기CH3COOH 10wt% >0.35ml TIMES 0.998946g/ml=0.3496gCH3COOH 25wt% >0.7ml TIMES 0.998946g/ml=0.699gCH3COOH 40wt%18CHCl388.45425CH3COOH20.69924.156H2O3.377CHCl372.46740CH3COOH22.19836.039H2O9.902CHCl354.05960CH3COOH25.394347.255H2O21.24CHCl331.5Cal> 용질의 무게(g)/용액의 무게(g)*100CH3COOH 10wt% CH3COOH wt% >{2g} over {20.3496g} TIMES 100%=9.828%CH3COOH 10wt% H2O wt% >{0.3496g} over {20.3496g} TIMES 100%=1.718%CH3COOH 10wt% CHCl3 wt% >{18g} over {20.3496g} TIMES 100%=88.454%CH3COOH 25wt% CH3COOH wt% >{5g} over {20.699g} TIMES 100%=24.156%CH3COOH 25wt% H2O wt% >{0.699g} over {20.699g} TIMES 100%=3.377%CH3COOH 25wt% CHCl3 wt% >{15g} over {20.699g} TIMES 100%=72.467%CH3COOH 40wt% CH3COOH wt% >{8g} over {22.198g} TIMES 100%=36.039%CH3COOH 40wt% H2O wt% >{2.198g} over {22.198g} TIMES 100%=9.902%CH3COOH 40wt% CHCl3 wt% >{12g} over {22.198g} TIMES 100%=54.059%CH3COOH 60wt% CH3COOH wt% >{12g} over {25.3943g} TIMES 100%=47.255%CH3COOH 60wt% H2O wt% >{5.3943g} over {25.3943g} TIMES 100%=21.24%CH3COOH 40wt% CHCl3 wt% >{8g} over {25.3943g} TIMES 100%=31.5%3) CH3COOH-H2O-CHCl3계에서의 상호 용해도(1) CH3COOH질량CH3COOH(wt%)2N NaOH624mol TIMES 60.05g/mol=3.747g하층 )2M TIMES 0.001L=0.002mol##0.002mol TIMES 60.05g/mol=0.12g(2) CH3COOH의 상호용해도CH3COOH(wt%)CH3COOH질량 (g)용액의 무게 (g)CH3COOH상호용해도 (wt %)상층하층상층하층상층하층203.7470.1230.4137.64612.321.57Cal> 용질의 무게(g)/용액의 무게(g)*100상층 CH3COOH 상호용해도 ={3.747g} over {30.413g} TIMES 100%=12.32%하층 CH3COOH 상호용해도 ={0.12g} over {7.646g} TIMES 100%=1.57%H2OCHCl34) CH3COOH-H2O-CHCl3계의 상평형도CH3COOHFQ점Cal> CH3COOH:H2O:CHCl3:4. discussion이번 실험은 세가지 물질의 계에 있어서의 상호 용해도를 측정하는 실험이였다. CH3COOH-H2O계, CH3COOH - CHCl3 계, CH3COOH - H2O - CHCl3 계에 있어서의 상호 용해도를 측정하였다. CH3COOH - H2O - CHCl3 계에서 층이 분리되는데, 상층은 CH3COOH가 녹아있는 수용액층이고 하층은 CH3COOH가 용해되어 있는 클로로포름(CHCl3)층이며 물층과 CHCl3는 섞이지 않는다.- Gibbs의 상규칙상규칙(상률)이란 화학에서 평형상태인 닫힌계에서의 자유도와 컴포넌트, 상의 수에 관한 규칙이다.자유도란 상의 수가 변하지 않도록 (존재하던 상이 없어지거나 새로운 상이 생기지 않게) 독립적으로 변화시킬 수 있는 세기 변수의 수를 뜻한다. 평형상태인 닫힌 계의 상태는 온도, 압력, 조성의 세 가지 세기 변수로 나타나며 따라서 자유도 F는 이 모든 변수의 합이 된다.C개의 컴포넌트와 P개의 상이 있는 평형상태의 닫힌 계를 가정하면 각각의 상은 C개의 컴포넌트를 포함하고 있으므로 C개의 변수 몰분율 X를 포함하고 있다. 각 몰분율 X들의 합은 1이 되어야 하므로 독립변수의 화학 퍼텐셜 역시 정해지는데, 열역학 원리에 따라 화학 퍼텐셜은 몰분율에 의해 정해지므로, 각 컴포넌트마다 P-1개, 계 전체에서는 C(P-1)개의 독립변수를 빼 주어야 한다. 이에 따라 자유도 F는F = P(C - 1) + 2 - C(P - 1)로 정의되고, 이는F = C - P + 2 이다.여기서 C는 컴포넌트의 개수, P는 상의 개수이며 2는 압력과 온도를 뜻한다.기체상이 없는 응축계에서는 고온이 아닌 한 보통 압력의 영향이 거의 없으며 따라서 압력을 고려하지 않고 F = C - P + 1 의 식을 사용하기도 한다.온도와 압력을 일정하게 유지시키는 조건 하에서도 두 개의 자유도(세 성분 중 두 성분의 몰 분율)가 남게 된다. 상평형이 조성에 따라 어떻게 변하는가를 보여주는 가장 좋은 방법은 삼각형 상 평형 그림을 이용하는 것이다.3 성분 계의 성분들의 몰 분율을 합하면 1이 되어야 한다. 성분계의 상평형도에서 등변 삼각형의 성질을 이용한 삼각형 상평형 그림은 이 조건을 자동적으로 충족시켜준다. 이것은 등변 삼각형의 세변에 각각 평행하게 측정한 임의의 한점 (삼각형 내부의) 까지의 거리의 합은 그 삼각형의 변의 길이와 같기 때문이다.삼각형내의 어느 점에서 각 변에 그어진 수직선분의 길이는 그변의 반대쪽 꼭지점에 있는 성분의 조성 퍼센트를 나타낸다.위의 상태도에서 점M, N에 있어서의 한쪽의 성분농도를 그 온도에 있어서의, 타성분에 대한 상호 용해도(Mutual solubility)라 한다. A, B라고 하는 각각 순액체를 혼합할 때, 일정한 용액이 되지 않고 서로 평형한 두 상으로 나뉘어 공존하는 일이 있다. 이때 하나의 상은 A 속에 약간의 B가 녹아 있고, 다른 상에서는 B 속에 A가 용해되어 있다. 이와 같이 상호 용해되어 있는 경우의 용해도를 상호 용해도라 한다. 일반적으로 상호 용해를 일으키는 것은 A, B 양 분자간의 힘이 A-A, B-B 양 분자간의 힘에 비해서 현저히 반발적인 경우이거나 또는 A, B 양 분자간에 특유한 인력이 작용하는 경우다.

자연과학| 2017.06.01| 11페이지| 1,500원| 조회(373)

열역학, 실험, 3성분계, 화학공학, 3성분계상태도, 결과레포트, 열역학실험

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화공열역학실험 과잉부피 결과레포트

과잉부피화공열역학실험 레포트1. Description①③②④⑤⑥⑦< figure 1. 실험장치 1 >① Erlenmeyer flask ⑥ O ring② funnel ⑦ Buchner funnel③ Erlenmeyer flask with arm④ volumetric flask⑤ Buchner funnel< Table 1. 실험장치 1 >< figure 2. 실험장치 2 >① pycnometer< Table 2. 실험장치 2 >①①< figure 3. 실험장치 3 >① thermostat< Table 3. 실험장치 3 >④①②③⑤⑥< figure 4. 실험장치 4 >① duble buret clamp ⑤ pipet bulb② stand ⑥ pipet③ buret④ hot plate< Table 4. 실험장치 4 >< Table 4. 실험장치 4 >< Table 3. 실험장치 3 >2. Data sheet< Table 5. data sheet >물:프로판올 몰분율빈 비중병무게(g)증류수+비중병무게(g)항온 전혼합용액+비중병무게(g)항온 후혼합용액+비중병 무게(g)0.1:0.922.7248.6943.8443.550.3:0.719.9345.0440.7540.550.5:0.518.5843.4939.9039.670.7:0.322.7248.6942.2442.080.9:0.119.9345.0453.8653.301.0:0.018.5843.4943.2843.52( 공기의 무게는 작으므로 무시 )3. Result(1) 혼합용액의 제조 (250ml로 계산)물:프로판올 0.1:0.9 >{xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g}} over {xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g} +(250-x)ml TIMES 0.803g/ml TIMES {mol} over {60.1g}} =0.1###x=6.5증류수 6.5ml + 1-propanol 243.5ml 이므로 부피플라스크에 1-propanol 243.5ml을 넣고 눈금까지 증류수를 201.5ml을 넣고 눈금까지 증류수를 채운다.물:프로판올 0.7:0.3 >{xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g}} over {xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g} +(250-x)ml TIMES 0.803g/ml TIMES {mol} over {60.1g}} =0.7###x=90증류수 90ml + 1-propanol 160ml 이므로 부피플라스크에 1-propanol 160ml을 넣고 눈금까지 증류수를 채운다.물:프로판올 0.9:0.1 >{xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g}} over {xml TIMES 1g/ml TIMES {mol} over {18g} +(250-x)ml TIMES 0.803g/ml TIMES {mol} over {60.1g}} =0.9###x=171증류수 171ml + 1-propanol 79ml 이므로 부피플라스크에 1-propanol 79ml을 넣고 눈금까지 증류수를 채운다.물:프로판올 1:0 > 물 250ml(2) 과잉부피 계산< Table 6. data sheet 2 >x _{H _{2} O}비중병의 부피(ml)혼합용액무게(g)M _{n}(g/mol)rho _{expt}(g/ml)V _{expt}(ml/mol)V _{id}(ml/mol)V ^{E}(ml/mol)0.126.03420.8355.890.869.862569.1662.87630.325.17220.6247.470.81957.96157.80540.5730.524.971421.0939.050.84546.21346.44523.10650.726.03419.3630.630.74441.16935.08512.350.925.17233.3722.211.32616.7523.7251.6751.024.9724.9418.00.99918.01818.0450(증류수 실온 온도: 23℃ // 증류수 밀도: 0.9975415g/ml // 1-프로판올 밀도: 0.803g/ml)1) 비중병의 부피cal)V= {mn} = sum _{i=1} ^{n} x _{i} M _{i} =x _{H _{2} O} M _{H _{2} O} +x _{1-propanol} M _{1-propanol}(M _{H _{2} O} =18g/mol````````M _{1-propanol} =60.1g/mol )(M _{n}: 혼합물의 몰질량 ,X _{i} : 시료의 몰분율 ,M _{i} : 시료의 몰질량)증류수 몰분율 0.1일 때M _{n} :0.1 TIMES 18g/mol+0.9 TIMES 60.1g/mol=55.89g/mol증류수 몰분율 0.3일 때M _{n} :0.3 TIMES 18g/mol+0.7 TIMES 60.1g/mol=47.47g/mol증류수 몰분율 0.5일 때M _{n} :0.5 TIMES 18g/mol+0.5 TIMES 60.1g/mol=39.05g/mol증류수 몰분율 0.7일 때M _{n} :0.7 TIMES 18g/mol+0.3 TIMES 60.1g/mol=30.63g/mol증류수 몰분율 0.9일 때M _{n} :0.9 TIMES 18g/mol+0.1 TIMES 60.1g/mol=22.21g/mol증류수 몰분율 1.0일 때M _{n} :1.0 TIMES 18g/mol=18g/mol② 혼합용액의 무게증류수 몰분율 0.1 혼합용액무게 =43.55g-22.72g=20.83g증류수 몰분율 0.3 혼합용액무게 =40.55g-19.93g=20.62g증류수 몰분율 0.5 혼합용액무게 =39.67g-18.58g=21.09g증류수 몰분율 0.7 혼합용액무게 =42.08g-22.72g=19.36g증류수 몰분율 0.9 혼합용액무게 =53.3g-19.93g=33.37g증류수 몰분율 1.0 혼합용액무게 =43.52g-18.58g=24.94g③rho _{expt} 구하기cal )rho _{expt} = 혼합용액의 무게÷ 비중병의 부피증류수 몰분율 0.1일 때rho _{expt} :20.83g÷26.034ml=0.8g/ml증류수 몰분율 0.3일 때rho _{expt} :20.62g÷25.172ml=증류수 몰분율 0.7일 때V _{expt} = {30.63g/mol} over {0.744g/ml} =41.169ml/mol증류수 몰분율 0.9일 때V _{expt} = {22.21g/mol} over {1.326g/ml} =16.75ml/mol증류수 몰분율 1.0일 때V _{expt} = {18g/mol} over {0.999g/ml} =18.018ml/mol3)V _{id} 구하기cal )V _{id} =( {x _{H _{2} O} TIMES M _{H _{2} O}} over {rho _{H _{2} O}} )+( {x _{1-propanol} TIMES M _{1-propanol}} over {rho _{1-propanol}} )증류수 몰분율 0.1일 때V _{id} = {0.1 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml} + {0.9 TIMES 60.1g/mol} over {0.803g/ml} =69.16ml/mol증류수 몰분율 0.3일 때V _{id} = {0.3 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml} + {0.7 TIMES 60.1g/mol} over {0.803g/ml} =57.805ml/mol증류수 몰분율 0.5일 때V _{id} = {0.5 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml} + {0.5 TIMES 60.1g/mol} over {0.803g/ml} =46.445ml/mol증류수 몰분율 0.7일 때V _{id} = {0.7 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml} + {0.3 TIMES 60.1g/mol} over {0.803g/ml} =35.085ml/mol증류수 몰분율 0.9일 때V _{id} = {0.9 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml} + {0.1 TIMES 60.1g/mol} over {0.803g/ml} =23.725ml/mol증류수 몰분율 0.1일 때V _{id} = {1.0 TIMES 18g/mol} over {0.9975g/ml. Discussion이번 실험은 물과 1-propanol의 혼합용액의 과잉 몰부피를 실험값들을 통하여 알아보는 실험이었다. 일정 온도와 압력에서 조성변화에 따른 이성분 용액의 밀도를 측정하여 과잉구피를 계산하였다. 물:1-propanol 0.1:0.9 / 0.3:0.7 / 0.5:0.5 / 0.7:0.3 / 0.9:0.1 / 1.0:0.0 6개의 조성으로 실험을 진행하였다.이성분 이상 혼합물의 열역학적 성질은 조성에 의존한다.Y _{id} =X _{1} Y _{1} +X _{2} Y _{2}Y _{id} `=`이상`혼합물의`열역학적`성질##X _{i} =I```성분의``몰분율##Y _{i} =순수한```I```의`열역학적``특징과잉 열역학적 성질(Y ^{E})는 일정온도, 압력 그리고 조성에서 실제 열역학적 성질(Y _{expt})과 이상 열역학적 성질(Y _{id})의 차이이다.Y ^{E} =Y _{expt} -Y _{id}혼합물의 몰질량은 다음과 같다.M _{n} = sum _{i=1} ^{n} X _{i} M _{i}이상 혼합물의 부피는 다음과 같이 표현된다.V _{id} =(X _{w} M _{w} / rho _{w} )+(X _{A} M _{A} / rho _{A} )( w : 물 A : 알코올 )이상 혼합물의 밀도(rho _{id})는 다음과 같다.rho _{id} = {(X _{w} M _{w} +X _{A} M _{A} )} over {(X _{w} M _{w} / rho _{w} +X _{A} M _{A} / rho _{A} )}혼합물의 열역학적 성질은 혼합물을 구성하는 각 성분의 분자간의 인력에 의존하며 이에 따라 전 농도 범위에서 측정된 과잉 몰부피는 혼합물 조성들 사이의 상호작용을 이해하는데 뿐만 아니라 열역학적 설계에도 중요한 의미를 지닌다. 혼합물의 과잉성질은 용액의 실제값과 같은 온도, 압력 및 조성에서 이상용액이 갖는 값과의 차로 정의되며, 시량 열역학적 과잉성질 중에 과잉 몰부피와 과잉 몰엔탈피는 직접 측정이 가능한 항으로써 여하였다.

자연과학| 2017.06.01| 13페이지| 1,500원| 조회(174)

열역학, 실험, 3성분계, 화학공학, 3성분계상태도, 결과레포트, 열역학실험

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화공열역학실험 기체의 유출 결과레포트

기체의 유출분자량 및 분자지름화공열역학실험 레포트1. Data sheet1) 분자량 측정< Table 1. 분자량 측정 기체 유출 소요시간 >O _{2}CO _{2}1차25.8 s30.9 s2차25.47 s30.7 s평균25.64 s30.8 s2) 분자지름 측정< Table 2. 분자지름 측정 기체 유출 소요시간 >O _{2}CO _{2}1차80.6 s60.4 s2차81 s60 s평균80.8 s60.2 s2. Result1) 분자량 측정① 이산화탄소(CO _{2}) 분자량 측정< Table 3. 분자량 측정 기체 유출 소요시간 >t _{1}t _{2}M _{1}M _{2}25.64 s30.8 s32 g/mol46.176 g/molcal>{t _{2}} over {t _{1}} = sqrt {{M _{2}} over {M _{1}}} ```#M _{2} =M _{1} TIMES {t _{2} ^{```2}} over {t _{1} ^{```2}}#``````````=`32g/mol TIMES {(30.8s) ^{2}} over {(25.64s) ^{2}}#``````````#``````````=`46.176g/mol② 오차율< Table 4. 분자량 측정 오차율 >실험값이론값이산화탄소 분자량46.176 g/mol44 g/molcal>오차율= LEFT | {이론값-실험값} over {이론값} RIGHT | TIMES 100%##```````````````````````= LEFT | {44g/mol-46.176g/mol} over {44g/mol} RIGHT | TIMES 100%##```````````````````````=4.95%2) 분자지름 측정① 이산화탄소 분자지름 측정< Table 5. 분자지름 측정 데이터 >t _{1}t _{2}M _{1}M _{2}sigma _{1}sigma _{2}80.8 s60.2 s32 g/mol46.176 g/mol3.57Å4.53Åcal>{sigma _{2}} over {sigma _{1}} = LEFT ( {t _{1}} over {t _{2}} RIGHT ) ^{1/2} TIMES LEFT ( {M _{2}} over {M _{1}} RIGHT ) ^{1/4}##{sigma _{2}} over {3.57 ANGSTROM } = LEFT ( {80.8s} over {60.2s} RIGHT ) ^{1/2} TIMES LEFT ( {46.176g/mol} over {32g/mol} RIGHT ) ^{1/4}##````````````````````````=1.27##sigma _{2} =3.57 ANGSTROM TIMES 1.27##````````=4.53Å② 오차율< Table 6. 분자지름 측정 오차율 >실험값이론값이산화탄소 분자지름4.53Å4.65 Åcal>오차율= LEFT | {이론값-실험값} over {이론값} RIGHT | TIMES 100%##```````````````````````= LEFT | {4.65 ANGSTROM -4.53 ANGSTROM } over {4.65 ANGSTROM } RIGHT | TIMES 100%##```````````````````````=2.58%3. Discussion이번 실험은 기체유출을 통해 기체의 분자량과 분자지름을 구하는 실험이였다. 이를 구하기 위해 백금박과 모세관을 사용하였다. 첫 번째로 백금박을 이용하여 분자량을 측정하는 실험을 하였다. 실험을 시작하기 전, 관에 있는 물에 기체를 어느정도 포화시키기 위해 풍선에 입김을 불어넣어 관에 이산화탄소를 주입시켜 포화시켰다. 그 다음 기준이 되는 산소를 코크를 열어 주입시켜 포화시키고, 공기가 관 입구까지 밀려나갔을 때 코크를 잠궈 시간측정 준비를 하였다. 코크를 열어 정해놓은 지점까지 물이 차오르면 코크를 잠그고 그 시간을 측정하여 기록하였다. 이산화탄소로 똑같이 실험을 하여 시간을 구하고 구한 값을{t _{2}} over {t _{1}} = sqrt {{M _{2}} over {M _{1}}}식에 대입해서 이산화탄소의 분자량을 구하였다. 실험값은 46.176g/mol로 이론값인 44g/mol과 비교해서 약 5%의 오차율이 나타났다.두 번째로 모세관을 이용하여 분자지름을 측정하는 실험을 하였다. 실험방법은 백금박 실험과 같았다. 측정한 시간을{sigma _{2}} over {sigma _{1}} = LEFT ( {t _{1}} over {t _{2}} RIGHT ) ^{1/2} TIMES LEFT ( {M _{2}} over {M _{1}} RIGHT ) ^{1/4} 식에 대입하여 (산소의 분자지름 3.57Å을 기준으로) 이산화탄소의 분자지름을 구하였다. 실험값은 4.53Å으로, 이론값인 4.65Å와 비교했을 때, 약 2.58%의 오차율이 발생하였다.이번 실험에서 중요한 개념은 확산과 유출이었다. 확산이란 물질이 분자의 열운동에 의해 될 수 잇는 한 넓은 공간으로 퍼지는 것을 뜻한다. 온도가 동일하게 유지되고 있으나 농도가 불균일한 고체나 정지유체의 경우에는 확산에 의해 농도가 같아지려고 한다. 물에서 보다는 공기 중에서 확산 속도가 빠르고, 공기보다는 진공 속에서 확산 속도가 빠르다. 또한 물질이 퍼져 나가는 속도, 즉 확산 속도는 분자의 무게가 가벼울수록, 온도가 높을수록 빠르다.유출에 관련해서는 그레이엄의 법칙(기체 유출의 법칙)이 있다. 작은 구멍이 있는 용기에 들어간 기체가 유출하는 속도는 기체 밀도의 제곱근에 반비례하고, 용기 내외의 압력차의 제곱근에 비례한다는 법칙이다. 등온도, 등압력에서는 두 개의 기체 밀도의 비는 분자량의 비에 비례하므로, 기체 유출의 속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다고해도 좋다. 기체의 유출 속도는 분자의 제곱 평균 속도에 비례하고, 제곱 평균 속도는 에너지 균분의 법칙에 의해 분자량의 제곱근에 반비례한다. 따라서 유출 속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다. 또 이 법칙에 의하면 기체 및 액체에 있어서 확산 속도와 분자량이 큰 것일수록 작아지는 경향이 있다.이번 실험에서 가장 큰 오차의 원인은 코크를 조절 할 때, 완벽하게 하지 못해서 공기가 유출되었을 가능성이 있다는 것이다. 또, 기체를 포화시킬 때 완전히 포화되지 못하였을 수도 있다. 시간을 측정할 때에도, 정확한 시간을 측정하지 못하여서 오차가 발생하였을 것이다.

자연과학| 2017.06.01| 5페이지| 1,500원| 조회(118)

열역학, 실험, 화학공학, 결과레포트, 열역학실험, 기체의유출

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화공열역학실험 분몰랄부피 결과레포트

분몰랄 부피화공열역학실험 레포트1. Description①②③④[ figure 1. 실험장치 ]< Table 1. 실험 기구 >① thermostat② thermometer③ clamp④ pycnometer2. Data Sheet< Table 2. data sheet >2% NaCl4% NaCl8% NaCl12% NaCl16% NaCl빈 비중병의 무게(g)22.72119.18720.06718.78923.877증류수를 채운 비중병의 무게 (g)48.65544.55345.0743.64654.336항온 후 비중병의 무게 (g)48.9845.246.2645.68457.8203. Result< Table 3. NaCl용액의 밀도 및 무게 >2%4%8%12%16%?빈 비중병의 무게 (g)22.72119.18720.06718.78923.877?비중병의 부피 (ml)25.9825.410625.046524.930.5185?NaCl 용액이 든 비중병의 무게 (g)48.9845.246.2645.68457.820?NaCl 수용액의 무게 (g)26.25926.01326.19326.89533.943?NaCl 용액의 밀도 (g/ml)1.01071.02371.04581.08011.1122?용액 내 NaCl의 무게(g)0.5251.0412.0953.2275.431?NaCl 용액 중 증류수(용매) 무게(g)25.73424.97224.09823.66828.512NaCl의 분자량 (g/mol)58.443g/mol1) 비중병의 부피증류수 넣은 비중병의 부피를 통해서 구함.25 CENTIGRADE ,`760mmHg`에서``공기의``밀도``1.184 TIMES 10 ^{-3} g/ml비중병의 부피 25ml 이므로1.184 TIMES 10 ^{-3} g/ml TIMES 25ml=0.0296g-NaCl 2%증류수의 실제무게(48.655g-22.721g)-0.0296g=25.904g25도에서 물의 밀도 0.99708g/ml따라서 빈 비중병의 실제 부피rho = {m} over {V} ` -> `V= {m}5g TIMES {12} over {100} =3.227g16% NaCl >33.943g TIMES {16} over {100} =5.431g5) NaCl 용액 중 증류수(용매) 무게cal) ?무게 - ?무게2% NaCl >26.259g-0.525g=25.734g4% NaCl >26.013g-1.041g=24.972g8% NaCl >26.193g-2.095g=24.098g12% NaCl >26.895g-3.227g=23.668g16% NaCl >33.943g-5.431g=28.512g< Table 4. 각 %마다 몰랄농도 >2%4%8%12%16%몰랄농도(m)(mol/kg)0.3490.7131.4882.3333.259m ^{{1} over {2}}0.5910.8441.221.5271.8051) 몰랄농도(m)cal)m`=` {NaCl`의`무게`/`NaCl`분자량} over {NaCl`용액의`증류수`무게} TIMES 1000g/kg2% NaCl >{0.525g÷58.443g/mol} over {25.734g} TIMES 1000g/kg=0.349mol/kg4% NaCl >{1.041g÷58.443g/mol} over {24.972g} TIMES 1000g/kg=0.713mol/kg8% NaCl >{2.095g÷58.443g/mol} over {24.098g} TIMES 1000g/kg=1.488mol/kg12% NaCl >{3.227g÷58.443g/mol} over {23.668g} TIMES 1000g/kg=2.333mol/kg16% NaCl >{5.431g÷58.443g/mol} over {28.512g} TIMES 1000g/kg=3.259mol/kg2)m ^{{1} over {2}}cal)sqrt {m}2% NaCl >sqrt {0.349`mol/kg} =0.591`mol ^{{1} over {2}} /kg ^{{1} over {2}}4% NaCl >sqrt {0.713mol/kg} =0.844mol ^{{1} over {2}} /kg ^{{1} over 1. 물의 몰분율-과잉부피 그래프>< Table 6. 용매(증류수)의 분몰랄부피({bar{V _{A}}}), NaCl의 분몰랄부피({bar{V _{B}}}) >2%4%8%12%16%{bar{V _{B}}} (ml/mol)19.69421.10725.21321.94121.708{bar{V _{A}}} (ml/mol)1)NaCl의 분몰랄부피({bar{V _{B}}})cal)bar{V _{B}} ```=``` LEFT ( {PARTIAL V} over {PARTIAL n _{B}} RIGHT ) _{T,P,n _{A}} ```=``` phi _{V} ``+``n _{B} LEFT ( {PARTIAL phi _{V}} over {PARTIAL n _{B}} RIGHT ) _{P,T,n _{A}} ``{bar{V _{B}}} = PHI _{V} `+n _{B} ( {Partial PHI _{V}} over {Partial n _{B}} ) _{P,T,n _{A} `} =` PHI _{V} `+m( {Partial PHI _{V}} over {Partial m} )#`````````= PHI _{V} `+m BULLET {1} over {2 sqrt {m}} ( {Partial PHI _{V}} over {Partial sqrt {m}} ) 여기서 ({Partial PHI _{V}} over {Partial sqrt {m}} 은PHI _{V} -sqrt {m}의 기울기)- 2% NaClbar{V _{B}} =19.372ml/mol+0.349 TIMES {(1.0912)} over {2 TIMES 0.591} ml/mol##`````````=19.694ml/mol- 4% NaClbar{V _{B}} =20.646ml/mol+0.713 TIMES {(1.0912)} over {2 TIMES 0.844} ml/mol##`````````=21.107ml/mol- 8% NaClbar{V _{B}} =24.548ml/mol+1.488 TIMES {(1.0912)} over {2 TI````````=18.049ml/mol- 4% NaClbar{V _{A}} =18.051ml/mol- {(0.713) ^{2}} over {55.556} TIMES {(1.0912)} over {2 TIMES 0.844} ml/mol##`````````=`18.045ml/mol- 8% NaClbar{V _{A}} =18.051ml/mol- {(1.488) ^{2}} over {55.556} TIMES {(1.0912)} over {2 TIMES 1.22} ml/mol##`````````=`18.033ml/mol- 12% NaClbar{V _{A}} =18.051ml/mol- {(2.333) ^{2}} over {55.556} TIMES {(1.0912)} over {2 TIMES 1.527} ml/mol##`````````=`18.016ml/mol- 16% NaClbar{V _{A}} =18.051ml/mol- {(3.259) ^{2}} over {55.556} TIMES {(-1.0912)} over {2 TIMES 1.805} ml/mol##`````````=`17.993ml/mol4. discussion이번 실험은 조성(wt%)을 미리 알고 있는 여러 NaCl-H2O용액의 분 몰랄 부피를 결정하는 것이었다.(2%, 4%, 8%, 12%, 16%) 실험은 비중병의 무게를 정확하게 측정한 후에 그 무게에서 공기의 무게를 빼주어야 한다. 공기의 무게는 공기의 무게는 실험실 환경(압력 1기압, 실험실의 온도 25℃)에서의 공기의 밀도(1.184× 10-3 g/ml )에 비중병의 부피 25mL를 곱하여 얻어냈다(0.0296g). 비중병에 증류수와 NaCl-H2O를 담고 이들만의 무게를 잰 후에 밀도를 구하였다. 밀도와 농도를 이용하여 겉보기 몰랄 부피를 알 수가 있었다.-분몰랄 부피분몰랄 부피는 용액을 구성하는 두 성분이 차지하는 부피의 부분이 어떻게 파지되는가를 살펴봄으로써 알 수 있다. 부피에 대한 정보를 얻기 위해 일반적으로 사용될 수 있는 자료가 용액의 밀+``n _{B} LEFT ( {PARTIAL phi _{V}} over {PARTIAL n _{B}} RIGHT ) _{P,T,n _{A}} `` (6)(3)식을bar{V _{A}}에 대해 풀면,bar{V _{A}} ```=``` {V``-``n _{B} bar{V _{B}}} over {n _{A}} (7)(5), (6)식을 (7)식에 대입하면,bar{V _{A}} ```=``` {1} over {n _{A}} `` LEFT [ n _{B} ` phi _{V} ``+``n _{A} ` bar{V _{A} ^{0}} ``-n _{B} `` phi _{V} -n _{B} ^{2} `` LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial n _{B}} `` RIGHT ) _{P,T,n _{A}} `` RIGHT ]#``````````````=`` {1} over {n _{A}} `` LEFT [ n _{A} ` bar{V _{A} ^{0}} ``-``n _{B} ^{2} ` LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial n _{B}} RIGHT ) _{T,P,n _{A}} RIGHT ]#``````````````=`` bar{V _{A} ^{0}} ``-`` {n _{B} ^{2}} over {n _{A}} LEFT ( {Partial phi _{V}} over {Partial n _{B}} RIGHT ) _{T,P,n _{A}} (8)여기서phi _{V}를 두 물질의 분자량M _{A},M _{B} 및 용액의 밀도로 나타내면용액의````밀도````=``` {용액의````질량} over {용액의````부피}rho ````=```` {n _{A} M _{A} ``+``n _{B} M _{B}} over {V}에서, V에대해 정리하면,V````=```` {n _{A} M _{A} ``+``n _{B} M _{B}} over {rho }위 식을 (4)식에 대입하면,phi _{V} ````=```` {1} over {n _{B37

자연과학| 2017.06.01| 16페이지| 1,500원| 조회(226)

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화공열역학실험 용해열 열량계법 결과레포트

용해열 열량계법화공열역학실험 레포트1. Description①②③④[ figure 1. 실험장치 ]① mercury thermometer② Dewar flask③ hot plate④ volumetric flask< Table 1. 실험 기구 >2. Data SheetTime (s)Temperature (℃)020.252020.14020.16020.08020.010020.012020.014020.016020.018020.020019.8522019.8524019.8526019.828019.830019.832019.8< Table 2. 증류수 500ml 교반 >< Table 3.NH _{4} NO _{3} :H _{2} O = 1:200 교반 >Time (s)Temperature (℃)019.8교반 5분 후18.2532018.234018.236018.238018.240018.242018.2< Table 4. 증류수 500ml 교반 >Time (s)Temperature (℃)019.92019.94019.96020.08019.910019.912019.914019.916019.918019.920019.9TimeTemperature019.95분 교반 후19.4532019.4534019.4536019.4538019.4540019.4542019.4544019.446019.448019.450019.452019.454019.4< Table 5.CuSO _{4} BULLET 5H _{2} O:H _{2} O = 1:400 교반 >3. ResultNH _{4} NO _{3}DataCuSO _{4} BULLET 5H _{2} ODataW _{1}11.1gW _{2}17.3gQ _{1}-24.1315 kJ/molM _{2}249.685 g/molM _{1}80.025 g/molTRIANGLE T _{2}-0.5 ℃TRIANGLE T _{1}-1.6 ℃Q _{2}-15.1 kJ/molC2.092 kJ/℃< Table 6. 데이터 >1) 시료의 질량(g) 계산① 질산암모늄NH _{4} NO19.8 CENTIGRADE 에서``물의`밀도)=11.1g② 오수화물 황산구리CuSO _{4} BULLET 5H _{2} O의 양 ( 1 : 400 )cal)물`500ml TIMES {1g} over {ml} TIMES {mol} over {18g} =27.778mol##황산구리`1:`물`400=황산구리``x:물`27.778mol##x=27.778mol÷400=0.0694mol##0.0694mol TIMES 249.685g/mol=17.328g##17.328g TIMES 0.99822`(19.9 CENTIGRADE 에서``물의``밀도)=17.3g2)NH _{4} NO _{3}의 mol당 용해열(Q _{1})cal)Q _{1} = {S TIMES m TIMES TRIANGLE T _{1}} over {용질의`몰수}(S:물의비열m:물의질량)S`:`4.184J/g BULLET CENTIGRADETRIANGLE T _{1} =18.2 CENTIGRADE -19.8 CENTIGRADE =-1.6 CENTIGRADEQ _{1} = {4.184J/g BULLET CENTIGRADE TIMES 500ml TIMES 1g/ml TIMES (-1.6 CENTIGRADE )} over {11.1g TIMES {mol} over {80.025g}} =-24.1315kJ/mol3) 열용량 측정(C) -NH _{4} NO _{3} 이용cal)C= {W _{1} TIMES Q _{1}} over {M _{1} TIMES TRIANGLE T _{1}}C= {11.1g TIMES (-24.1315kJ/mol)} over {80.025g/mol TIMES (-1.6 CENTIGRADE )} =2.092kJ/ CENTIGRADE4) 용해열 측정(Q _{2}) -CuSO _{4} BULLET 5H _{2} Ocal)Q _{2} = {C TIMES M _{2} TIMES TRIANGLE T _{2}} over {W _{2}}TRIANGLE T _{2} =19.4 CENTIGRADE -19.9 CE론값} RIGHT | TIMES 100%= LEFT | {-11.51kJ/mol-(-15.1kJ/mol)} over {-11.51kJ/mol} RIGHT | TIMES 100%=31.19%4. discussion이번 실험은 열량계법을 통해 용해열을 측정하는 실험이였다. 물질의 용해열을 직접 측정할 수 없어 간접적인 방법으로 측정하였다. 용질을 용매인 물에 녹여 발생하는 열의 변화를 측정하여 물의 비열을 이용하여 질산 암모늄과 오수화물 황산구리의 용해열을 측정하는 열량계법을 사용하였다. 열량계는 비열, 숨은열, 반응열 기타의 열량을 측정하는 장치이다. 측정 경과 사이에 압력 변화가 없는 일정 압력 열량계와 밀폐 용기같이 압력 변화는 있어도 일정 부피 하에서 측정하는 일정 부피 열량계로 나누어진다. 기체의 연소열을 측정하는 불꽃 열량계 등은 전자에 속하고, 액체 및 고체 연료의 발열량을 측정하는 데 널리 사용되는 봄베 열량계는 후자에 속한다. 열량계는 또 측정 원리에 따라 다음의 3종류로 대별된다.① 시료가 갖는 열량 또는 시료의 반응에 따라 발생한 열량을 열용량을 이미 알고 있는 물체와 혼합하여 그 온도 상승에서 구하는 것(금속 열량계, 액체 열량계, 불꽃 열량계, 유수 열량계, 봄베 열량계).② 시료의 열량을 숨은열을 이미 알고 있는 2상 평형계에 흡수시켜, 그 상변화한 양에서 구하는 것(얼음 열량계, 증기 열량계).③ 시료에 일정량의 공기 에너지를 가해, 시료의 온도 변화(비열의 경우) 또는 상변화(숨은열의 경우) 양에서 구하는 것(유동 열량계).④ 열량계의 주위를 금속제 원통 또는 얼음통으로 둘러싸고, 열량계의 온도 변화에 따라 단열 실드의 온도를 조절하여 열량계와 같은 온도로 유지하여 열량계에서 열이 출입하지 않도록 한 것(단열 열량계).⑤ 전기적인 방법으로 시료가 발생하는 열량과 크기가 같고 부호가 반대인 열을 발생시켜 열량계를 일정 온도로 유지하고, 한편 열량계의 주위도 일정한 온도로 유지하여 열량계에서 열의 출입을 방지한 것.⑦ 같은 재료로 2개의 그 내부는 전면에 은도금을 하고 이중벽 사이는 진공으로 한 용기이다. 진공으로 전열 및 대류를 방지하고, 은도금으로 복사열을 방지하여 우수한 단열효과를 얻으므로 흔히 액체 공기의 저장 등 보온을 목적으로 하는 물체를 넣어서 사용하며, 열량계의 단열용기로서 반응열의 측정에 사용하기도 한다.교반을 시킬수록 온도가 점점 내려간 것으로 보아 질산암모늄과 황산구리는 열을 흡수하는 흡열반응을 했다는 것을 알 수 있었다. 용해열의 부호는 외부에서 느끼는 열의 변화가 아니라 내부의 변화 즉 질산암모늄과 황산구리가 에너지를 얻었느냐 잃었느냐가 부호의 기준이다. 따라서 질산암모늄과 황산구리는 외부로부터 에너지를 얻었기 때문에 부호는 +가 된다.물질은 용해할 때 항상 열의 출입이 따른다. 화학반응에서 방출 또는 흡수되는 열을 반응열이라고 하고, 열이 방출되는 반응을 발열반응, 열이 흡수되는 반응을 흡열반응이라고 한다. 특히 물질 1mol을 용매에 녹일 때 출입하는 열을 용해열이라고 한다.예를 들어, 염화암모늄이 물에 녹으면 주위의 열을 흡수하여 온도가 내려간다. 즉, 용질인 염화암모늄이 용매인 물에 녹으면서 열을 흡수하는데, 이때 흡수된 열이 용해열이다. (용액에서 용해되는 물질을 용질이라 하고, 용해시키는 물질을 용매라고 한다.)흡열반응을 실생활에 응용한 예로 타박상 치료에 사용되는 휴대용 냉각대가 있다. 휴대용 냉각제에는 물이 새지 않는 2개의 주머니가 있으며 한쪽에는 물을, 다른 한쪽에는 질산암모늄을 넣는다. 물이 들어 있는 주머니를 누르면 물이 나오게 되고, 흘러나온 물은 질산암모늄을 녹인다. 이때 주위로부터 열을 뺏어가는 흡열반응이 일어나 냉각대의 역할을 한다.기체의 경우 용해할 때 일반적으로 열을 방출하지만, 액체나 고체가 녹을 때는 열을 방출하는 때도 있고 흡수하는 때도 있다. 용해열은 적분용해열과 미분용해열로 나눈다.적분용해열은 용질 1 몰이 용매에 녹아 특정한 농도의 용액이 될 때에 흡수 또는 방출되는 열이다. 즉 물 200 몰에 용질 1 몰을 녹이면 0.5 몰 로 열량 대신에 엔탈피를 쓸 수 있다.열용량은 열량계 자체와 용액의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열을 말한다. 이 실험에서는 질산암모늄 일정량을 Dewar flask에 넣고 온도 변화를 재어서 얻게 된다. 열량계 전체계의 열용량C``는C= {W _{1} TIMES Q _{1}} over {M _{1} TIMES TRIANGLE T _{1}} 식으로 구한다. 이 때Q _{1}은Q _{1} = {S TIMES m TIMES TRIANGLE T _{1}} over {용질의`몰수} 식으로 구하는데 S는 물의 비열, m은 물의 질량을 나타낸다.이 때 비열이란 단위 질량의 물질의 온도를 1℃ 높이는 데 드는 열에너지를 말한다. 비열은 물질의 종류에 따라서 결정되는 상수이며, 밀도라든가 저항률 등과 같이 물질의 성질을 서술하는 데 중요한 물리량이다. 1g의 물의 온도를 1K만큼 올리는 데 필요한 열량은 1cal 이므로 물의 비열은 1이된다. 그러나 비열은 단순한 숫자가 아니라 단위를 갖는 양이다. 정확하게 말하면 물의 비열은1cal/g BULLET K가 된다.이렇게 구한 열용량 값을 이용하여 황산구리의 용해열을Q _{2} = {C TIMES M _{2} TIMES TRIANGLE T _{2}} over {W _{2}} 식으로 구한다.Q _{2}의 이론값은 -11.51kJ/mol 이고, 실험값은 -15.1kJ/mol로 오차율은 약 31%가 나왔다.- 오차의 원인처음 증류수의 온도를 측정할 때, 500ml의 부피플라스크에 물을 채우고 Dewar flask에 옮겨 교반시켜 측정하였다. 이 때, 정확히 500ml 선에 맞춰 증류수를 채우지 못하였거나, Dewar bottle로 옮기는 과정에서 증류수의 손실이 있어 오차가 발생하였을 것이다. 증류수에 넣어줄 질산암모늄과 황산구리의 질량을 계산하여 넣어줬는데, 저울이 소숫점 둘째짜리까지만 측정이 돼서 계산값의 소숫점을 반올림하여 첨가하였다. 이 과정에서 오차가 발생하였을 것이다. 또 이번 실험은 단열과 온도측정이 중요한 실험이었다. 였다.

자연과학| 2017.06.01| 9페이지| 1,500원| 조회(339)

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