단증류 실험_예비레포트 [A+]

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단증류 실험_예비레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험 기기
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

과 같이 정의된다.
여기에 라울의 법칙을 적용해보면 다음과 같이 정리할 수 있다.
일반적으로 비휘발도 가 1 이상이 되도록 를 선택한다. 또한 비휘발도가 클수록 증류에 의한 분리가 더 용이하다.
식 (9)로부터 비휘발도와 기체와 액체의 평형의 관계를 알아보자.
이 식을 식(3)에 대입하고 정리해 최종적으로 비휘발도와 유출률의 관계를 유도해보자.
이 식을 에 대해 정리하면 다음과 같은 최종식이 도출된다.
따라서 x-y 곡선을 알면 식 (5)와 (10)을 이용해 의 관계를 알 수 있고, 반대로 이들 의 관계가 실측되면 위의 비휘발도 와 유출률 의 관계를 나타낸 최종식 (11)에 의해 임의의 에 대한 를 구할 수 있다.
3. 실험 기기
(1) 실험 기구
① 리비히 냉각기
② Heating mantle
Fig 4 . 리비히 냉각기
- 가장 기본적인 환류냉각기로, 용매증기를 냉각시켜 아랫부분의 플라스크로 내보내는 역할을 한다. 리비히 냉각기는 중앙의 가느다란 유리관과 그를 감싸는 외통으로 되어 있는데, 외통과 유리관 사이에 냉매가 순환하며 중앙의 증류기체를 액화시킨다.
Fig 5. Heating mantle
- 가열용 맨틀이라 부르며, 가열에 사용되는 전열기의 하나다. 외측의 단열처리를 통해 열손실을 최소로 한다. 전체적으로 가열되고 플라스크가 파손되지 않는다. 또한 증기가 기벽에 응축되지 않아 열효율이 좋다.
③ 증류 플라스크
④ 삼각 플라스크
Fig 6. 증류 플라스크
- 액체의 증류에 사용되는 플라스크이다.
보통 경질 유리로 되어 있고, 둥근 바닥 플라스크에 가지가 달려 있는 형태이다.
Fig 7. 삼각플라스크
- 실험에 가장 많이 사용되는 플라스크로, 밑에서 위로 갈수록 점점 좁아지는 형태로 되어 있어 액체가 밖으로 소실되지 않는 이점이 있다. 이번 실험에서는 응축액을 모으는데 사용한다.
⑤ 메스플라스크 (20)
⑥ 메스실린더
Fig 8. 메스플라스크
- 메스플라스크는 액체의 정확한 부피를 측정하기 위해 사용된다. 이번 실험에서는 가열용 맨틀에서 가열하는 플라스크로 사용된다.
Fig 9. 메스실린더
- 액체의 부피를 측정하는 데 사용되는 실린더이다. 이는 뷰렛이나 마이크로피펫에 비해 정확도는 떨어지지만 가장 빠르고 간편하게 액체의 부피를 측정할 수 있다.
⑦ 비중병 또는 굴절계
⑧ 비등석
Fig 10. 비중병
- 액체의 비중을 측정하기 위한 기구이다. 이번 실험에서의 시약인 물과 에탄올의 비중을 측정하기 위해 사용된다.
Fig 11. 비등석
- 비등석은 액체를 가열할 때 끓는점 이상에서 액체가 갑자기 끓어올라 넘치는 것을 막기 위해 넣어주는 돌이며, 끓임쪽이라고도 한다. 비등석의 표면에는 작은 구멍들이 있어 기포가 생기고 그로 인한 과열현상을 방지한다.
⑨ 온도계
(2) 실험 시약
① 에탄올 ( Ethanol, )
Fig 12. 에탄올의 분자 구조 Fig 13. 에탄올의 3차원 구조
- 그림문자 :
- 성상 : 액체 / 색상 : 무색
- pH : 7 (10 g/L, , 20 ℃)
- 녹는점/어는점 : -114.1 ℃
- 초기 끓는점과 끓는점 범위 : 78.5 ℃
- 증기압 : 5.8 (20 ℃)
- 용해도 : 789000 (20 ℃)
- 증기밀도 : 1.6 (공기=1)
- 비중 : 0.79 (공기=1)
- 자연발화온도 : 400 ℃
- 점도 : 1.074 cP (20℃, mPa. s)
- 분자량 : 46.0684
- 유해성 및 위험성 : 인화성 액체, 심한 눈 손상성 / 눈 자극성 , 발암성
② 증류수 ( Distilled water, )
4. 실험 방법
(1) 20, 40% 에탄올 수용액을 조제한 다음 비중병을 이용하여 밀도를 측정한다.
(2) 조제한 에탄올 수용액 200 ㎖와 비등석을 증류 플라스크에 넣고 가열과 동시에 냉각기에 냉각수를 통과 시킨다.
(3) 삼각 플라스크로 응축액을 수집하면서 일정 시간 간격으로 온도와 유출량을 측정한다.
(4) 원액의 절반 정도가 증발되어 응축액으로 나왔을 때 가열을 중지한다.
(5) 증류 플라스크에 남아 있는 용액의 온도가 상온에 도달할 때까지 방치한 후 잔액과 유출액의 양과 농도를 측정한다.
(6) 밀도와 조성의 관계로부터 잔류액과 응축액의 농도를 구하고 그 결과를 표로 작성한다.
측정값
수용액
잔류액
유출액
손실
비중병 + 제조한 용액무게 (g)
소수점 4자리 (ㄹ)
소수점 4자리(ㅁ)
(확인)
소수점 4자리(ㅂ)
(확인)
-
빈 플라스크
무게 (g)
자신의 위치에 정확히 기입
소수점 2자리(ㅅ)
(확인)
소수점 2자리(ㅇ)
(확인)
-
플라스크 + 용액무게 (g)
소수점 2자리(ㅈ)
(확인)
소수점 2자리(ㅊ)
(확인)
소수점 2자리(ㅋ)
(확인)
-
밀도(g/cm3)
소수점 4자리(ㅌ)
소수점 4자리(ㅍ)
소수점 4자리(ㅎ)
-
양(g)
소수점 2자리(a)
소수점 2자리(b)
소수점 2자리(c)
소수점 2자리
(d)
조성(wt%)
소수점 2자리(e)
소수점 2자리(f)
소수점 2자리(g)
-
에탄올 양(g)
소수점 2자리(h)
소수점 2자리(i)
소수점 2자리(j)
소수점 2자리
(k)
Table 2. 결과 작성 표
(7) 잔류액의 양과 조성으로부터 이론적인 값을 구하고 실험에서 얻은 측정값과 비교한다.
※ 실험 시 주의사항
- 실험 기기에서 각 연결 부위로 증기나 액체가 유출되지 않도록 꼼꼼히 막아준다.
- 에탄올은 인화성 액체이기 때문에 직접적으로 열을 가하지 않도록 주의한다.
- 에탄올은 눈에 들어가면 심한 눈 자극성과 손상성이 있기 때문에 눈에 들어가지 않도록 보안경을 착용하고 실험을 진행하여야 한다.
- 플라스크 등 실험 기기를 뜨겁게 가열한 뒤 식히는 과정을 거치지 않고 바로 식히면 기기가 파손될 위험이 있으므로 반드시 식히는 과정을 거치도록 한다.
5. 참고 문헌
[1] 고용식, ‘단위조작\', 신학 출판사, 2001, 50~70page
[2] J.M Smith, \'화학공학열역학 7판‘, Mcgraw Hill, 2010, 297~316page
[3] 안전보건공단 화학물질정보 MSDS - 에탄올
[4] 네이버 두산백과 - 증류, 라울의 법칙

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