[화공열역학실험]액체 - 증기 평형 2부

실험 결과

1. 메탄올의 몰비율(%)에 따른 굴절률

시료의 양을 V, 몰질량을 M, 밀도를 d라 놓으면

 

	MeOH의 몰분율
Pure MeOH	1
M 5㎖ + B 1㎖	=0.915
M 4㎖ + B 2㎖	=0.811
M 3㎖ + B 3㎖	=0.683
M 2㎖ + B 4㎖	=0.518
M 1㎖ + B 5㎖	=0.301
Pure MeOH	0

  

	Benzene의 몰분율
Pure MeOH	0
M 5㎖ + B 1㎖	=0.085
M 4㎖ + B 2㎖	=0.189
M 3㎖ + B 3㎖	=0.317
M 2㎖ + B 4㎖	=0.482
M 1㎖ + B 5㎖	=0.699
Pure MeOH	1

Table3. 메탄올의 몰비율에 따른 굴절률

Sample No.	Sample의 조성	MeOH의 몰분율	굴절율
1	Pure MeOH	1	1.328
2	M5㎖ + B1㎖	0.915	1.351
3	M4㎖ + B2㎖	0.811	1.378
4	M3㎖ + B3㎖	0.683	1.408
5	M2㎖ + B5㎖	0.518	1.444
6	M1㎖ + B5㎖	0.301	1.461
7	Pure 벤젠	0	1.497

 

Graph1. 메탄올+벤젠 혼합물의 몰비율에 따른 굴절률

 

2. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화(메탄올이 용매인 경우)

※ 메탄올의 굴절율 y=-0167x + 1.51(x는 몰분율, y는 굴절률)

이 식을 x에 관해 정리하면

 

※ 벤젠의 굴절률 y=0.167x + 1.343(x는 몰분율, y는 굴절률)

이것을 x에 관해 정리하면

 

Table4. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화

MeOH 50㎖에 가한 벤젠의 양(㎖)	b.p(℃)	기상의 굴절률	액상의 굴절률
0	64	1.327	1.327
1	64	1.333	1.329
3	63	1.348	1.334
6	62	1.368	1.340
9	61	1.380	1.347
10	61	1.381	1.348

Graph2. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화

 

	기상굴절률	액상굴절률
MeOH 50㎖ + Benzene 0㎖	메탄올 : 1.327 x= (-1.327+1.51)/0.167 = 1.096	메탄올 : 1.327 x= (-1.327+1.51)/0.167 = 1.096
MeOH 50㎖ + Benzene 1㎖	메탄올 : 1.333 x= (-1.333+1.51)/0.167 = 1.060	메탄올 : 1.329 x= (-1.329+1.51)/0.167 = 1.084
MeOH 50㎖ + Benzene 3㎖	메탄올 : 1.348 x= (-1.348+1.51)/0.167 = 0.970	메탄올 : 1.334 x= (-1.334+1.51)/0.167 = 1.054
MeOH 50㎖ + Benzene 6㎖	메탄올 : 1.368 x= (-1.368+1.51)/0.167 = 0.850	메탄올 : 1.340 x= (-1.340+1.51)/0.167 = 1.018
MeOH 50㎖ + Benzene 9㎖	메탄올 : 1.380 x= (-1.380+1.51)/0.167 = 0.778	메탄올 : 1.347 x= (-1.347+1.51)/0.167 = 0.976
MeOH 50㎖ + Benzene 10㎖	메탄올 : 1.381 x= (-1.381+1.51)/0.167 = 0.772	메탄올 : 1.348 x= (-1.348+1.51)/0.167 = 0.970

 

Table5. 각각 상태와 넣어준 벤젠의 양에 대한 몰분율 계산값

MeOH50㎖에 가한 벤젠의 양(㎖)	기상상태의 대한 MeOH의 몰분율	액상상태에 대한 MeOH의 몰분율
0	1.096	1.096
1	1.060	1.084
3	0.970	1.054
6	0.850	1.018
9	0.778	0.976
10	0.772	`0.970

3. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화(벤젠이 용매인 경우)

Table6. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화

벤젠50㎖에 가한 MeOH의 양(㎖)	b.p(℃)	기상의 굴절률	액상의 굴절률
0	82	1.497	1.497
1	72	1.491	1.496
2	66	1.487	1.495
4	62	1.457	1.494
8	61	1.438	1.488
10	61	1.433	1.484

 

Graph3. 메탄올+벤젠 혼합물의 끓는점에 따른 굴절률의 변화

	기상굴절률	액상굴절률
Benzene 50㎖ + MeOH 0㎖	벤젠 : 1.497 x= (1.497-1.343)/0.167=0.922	벤젠 : 1.497 x = (1.497-1.343)/0.167=0.922
Benzene 50㎖ + MeOH 1㎖	벤젠 : 1.491 x= (1.491-1.343)/0.167=0.886	벤젠 : 1.496 x= (1.496-1.343)/0.167=0.916
Benzene 50㎖ + MeOH 2㎖	벤젠 : 1.487 x= (1.487-1.343)/0.167=0.862	벤젠 : 1.495 x= (1.495-1.343)/0.167=0.910
Benzene 50㎖ + MeOH 4㎖	벤젠 : 1.457 x= (1.457-1.343)/0.167=0.683	벤젠 : 1.494 x= (1.494-1.343)/0.167=0.904
Benzene 50㎖ + MeOH 8㎖	벤젠 : 1.438 x= (1.438-1.343)/0.167=0.569 메탄올 : 1.457 x= (-1.457+1.51)/0.167=0.317	벤젠 : 1.488 x= (1.488-1.343)/0.167=0.868 메탄올 : 1.494 x= (-1.494+1.51)/0.167=0.096
Benzene 50㎖ + MeOH 10㎖	벤젠 : 1.433 x= (1.433-1.343)/0.167=0.539	벤젠 : 1.484 x= (1.484-1.343)/0.167=0.844

 

Table7. 각각 상태와 넣어준 메탄올의 양에 대한 몰분율 계산값

벤젠50㎖에 가한 MeOH의 양(㎖)	기상상태의 대한 벤젠의 몰분율	액상상태에 대한 벤젠의 몰분율
0	0.922	0.922
1	0.886	0.916
3	0.862	0.910
6	0.683	0.904
9	0.569	0.868
10	0.539	0.844

 

4. 몰분율-농도에 대한 기액평행도

Graph4. 메탄올의 몰분율에 따른 끓는점 변화

※ 공비점

9.686x + 53.57 = 25.52x + 36.12

∴ x=1.1, y =64.225

Graph5. 벤젠의 몰분율에 따른 끓는점 변화

※ 공비점

41.14x + 36.74 = 191.6x – 104.0

∴x=0.935, y=102.69

 

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험은 대체적으로 오차가 큰듯하다. 메탄올+벤젠 혼합물에서 메탄올의 몰분율이 1이 넘어버린 경우가 있었다. 위에 오차의 원인에서도 썼지만 끓는점을 측정하는 과정에서 정확히 측정을 못했기 때문에 그런것 같다. 벤젠과 메탄올은 잘 섞이기는 하지만 반응을 하지는 않기 때문에 돌턴의 법칙을 적용시킬수 있을듯 하다. 이 돌턴의 법칙이 성립하기 때문에 굴절계를 이용해서 굴절률을 측정하고 그 굴절률을 토대로해서 몰농도까지 구할수 있었다. 또 실험을 하는 도중에 마개를 열었었는데 그때 순간적으로 단열팽창이 일어났을 것 같다. 이과정에서 더욱 더 많은 기체가 더 많이 바깥으로 나갔을 듯 하다.

2. 오차의 원인

본실험에서 오차가 생길 수 있는 부분은 실험하는 과정에서 있었다. 메탄올과 벤젠의 혼합물을 물중탕을 하면서 벤젠을 추가하고 굴절률 측정에 필요한 시료를 썼었다. 또 혼합물을 섞기 위해서 뚜껑을 열었었다. 그런데 이 과정에서 뚜껑을 자꾸 열었다가 닫았다가 했는데 이때 물중탕을 하고 있어서 온도가 높은 상태였기 때문에 적지 않은 양이 증발했을 것이다. 또 굴절률 측정을 하기위해서 시료를 썼었는데 이때 시료를 덜어내면서 시료를 뺀만큼의 메탄올을 더 넣어주지 않았기 때문에 혼합물의 몰분율이 달라졌을 것 같다. 위에 쓴 것이 본 실험에서 생긴 가장 큰 오차였던 것 같다. 이외에도 온도계의 최소 눈금이 1℃였기 때문에 소수점 눈금은 정확히 읽을수가 없었다. 만약에 끓는점을 측정할때마다 새 메탄올로 실험을 했으면 시간은 오래 걸리겠지만 결과값은 조금 더 정확히 나왔을 것 같다.

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