2.2.1.1 Многовариантное задание №4 «Определение активности и коэффициента активности растворителя в растворе»

2. 2. 1. 1 Многовариантное задание №4 «Определение активности и коэффициента активности растворителя в растворе»

1. Вычислите по закону Рауля давление насыщенного пара растворителя над раствором указанной концентрации (таблица 2. 2).

2. Сравните с экспериментальным давлением p^эксп. (таблица 2. 2).

3. Объясните полученный результат.

4. Рассчитайте активность растворителя.

5. Рассчитайте коэффициент активности растворителя.

 

Таблица 2. 2 – Варианты заданий

Вар.	Состав раствора	t, ˚ С	p0, 1, кПа	Подвариант
				m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа	m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа	m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа	m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа	m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа	m, моль/кг H2O	pэксп. , кПа
	H2SO4 − H2O		3, 1672	0, 100	3, 1562	0, 200	3, 2370	0, 300	3, 1338	0, 500	3, 1105	0, 700	3, 0865	0, 900	3, 0609
	СaCl2 − H2O		7, 3742	0, 400	7, 2191	0, 800	7, 0531	1, 200	6, 8235	1, 600	6, 5628	2, 000	6, 2946	2, 400	5, 9647
	NaI − H2O		3, 1672	0, 500	3, 1179	1, 500	3, 0046	2, 000	2, 9347	0, 400	3, 1282	1, 200	3, 4246	1, 900	2, 9735
	CО(NH2)2 − H2O		3, 1672	1, 600	3, 0818	3, 200	3, 0015	5, 000	2, 9248	1, 000	3, 1207	2, 500	3, 0044	4, 500	2, 9944
	C12H22O11 − H2O		0, 6104	1, 651	0, 5893	4, 000	0, 5508	6, 000	0, 5142	2, 751	0, 5723	5, 000	0, 5325	7, 000	0, 4978
	C12H22O11 − H2O		1, 2276	0, 899	1, 2052	1, 600	1, 1849	2, 900	1, 1430	1, 100	1, 1996	2, 390	1, 1600	2, 500	1, 2110
	C12H22O11 − H2O		7, 3742	0, 700	7, 2506	2, 300	7, 0776	4, 200	6, 9329	1, 800	7, 1198	3, 000	7, 0214	5, 000	6, 8825
	C12H22O11 − H2O		12, 333	0, 402	12, 252	1, 000	12, 128	2, 390	11, 853	0, 850	12, 160	2, 200	11, 887	3, 571	11, 636
	C12H22O11 − H2O		19, 915	0, 852	19, 701	1, 748	19, 482	2, 390	19, 302	1, 573	19, 528	2, 050	19, 402	2, 650	19, 226
	C12H22O11 − H2O		31, 152	0, 800	30, 752	1, 573	30, 418	2, 448	30, 056	0, 500	30, 898	1, 000	30, 669	1, 700	30, 360
	C12H22O11 − H2O		47, 335	0, 600	46, 931	1, 300	46, 496	2, 000	46, 093	1, 000	46, 681	1, 500	46, 375	2, 200	45, 989
	NH4Cl − H2O		3, 1672	0, 500	3, 1146	1, 577	3, 0099	3, 000	2, 8710	0, 600	3, 1045	1, 300	3, 0371	2, 700	2, 9007
	C12H22O11 − H2O		47, 335	0, 400	47, 128	1, 252	46, 562	2, 300	45, 927	1, 100	46, 747	1, 573	46, 348	2, 390	45, 882
	NaI − H2O		3, 1672	0, 600	3, 1086	1, 300	3, 0315	2, 200	2, 9060	0, 700	2, 9989	1, 400	3, 1775	2, 100	2, 9193
	NH4Cl − H2O		3, 1672	0, 400	3, 1245	1, 700	2, 9980	2, 800	2, 8906	0, 700	3, 0954	1, 900	2, 9784	3, 200	2, 8531
	NaI − H2O		3, 1672	1, 100	3, 0566	1, 750	2, 9704	3, 000	2, 7846	1, 000	3, 6685	1, 600	2, 9007	2, 600	2, 8455
	CО(NH2)2 − H2O		3, 1672	2, 000	3, 0619	4, 000	2, 9681	6, 000	2, 8834	1, 300	3, 1004	3, 600	2, 9982	5, 500	2, 9907
	KNO3 − H2O		2, 3388	0, 200	2, 3243	0, 500	2, 3049	1, 500	2, 2528	2, 000	2, 2313	2, 500	2, 2125	3, 000	2, 1964
	HCl − H2O		3, 1672	0, 050	3, 1628	0, 100	3, 1577	0, 200	3, 1469	0, 400	3, 1239	0, 600	3, 1000	1, 500	2, 9710
	NaCl − H2O		3, 1672	0, 100	3, 1568	0, 200	3, 1464	0, 400	3, 1258	0, 600	3, 1051	0, 800	3, 0841	1, 000	3, 0627
	C12H22O11 − H2O		31, 152	1, 101	30, 619	1, 965	30, 256	2, 750	29, 940	2, 200	30, 157	2, 600	30, 000	3, 000	29, 845
	NH4Cl − H2O		3, 1672	0, 900	3, 0755	2, 300	2, 9396	4, 000	2, 7713	1, 000	3, 0661	2, 500	2, 9203	3, 600	2, 8148
	C12H22O11 − H2O		47, 335	1, 100	46, 612	1, 850	46, 181	3, 000	45, 553	2, 500	45, 826	2, 700	45, 717	2, 900	45, 609
	NaI − H2O		3, 1672	0, 900	3, 0790	1, 650	2, 9838	2, 700	2, 8302	2, 300	2, 8912	2, 500	2, 8607	2, 900	2, 7949
	NH4Cl − H2O		3, 1672	0, 800	3, 0852	2, 100	2, 9589	4, 160	2, 7553	1, 400	3, 0182	3, 400	2, 8342	3, 800	2, 7963
	СaCl2 − H2O		7, 3742	0, 200	7, 2750	0, 600	7, 0924	1, 000	6, 9531	1, 400	6, 6937	1, 800	6, 4195	2, 200	6, 1334

 

           

2. 2. 1. 2 Многовариантное задание № 5 «Коллигативные свойства растворов»

 

Определите, подчиняются ли идеальным законам указанные в таблице 2. 3 растворы. Если не подчиняются − укажите причину.

Для систем:  

ZnSO₄ − H₂O;    H₃BO₃ − H₂O;        (C₆H₅O₇)H₃ − H₂O;      MgCl₂ − H₂O;

MgSO₄ − H₂O;    CHCl₂COOH − CCl₄;         CO(NH₂)₂ − NH₃(ж)

приведено экспериментально определенное повышение температуры кипения, для всех других систем – понижение температуры замерзания ( ).

Эбулиоскопические E и криоскопические K константы растворителей приведены в таблице 2. 4.

 

Таблица 2. 4 – Свойства растворителей

Растворитель	H2O	C6H6	CH3COOH	NH3(ж)	CCl4
K	1. 86	5. 07	3. 6	−	−
E	0. 513	−	−	0. 33	5. 64

 

 

Таблица 2. 3 – Варианты заданий
Вар.	Раствор		Подвариант
	Растворенное вещество	Раство- ритель	Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г		Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г		Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г
	C2H5OН	H2O	0, 6206		0, 248	2, 3760		0, 940	4, 7800		1, 92
	CCl3COOH	H2O	1, 961		0, 322	3, 268		0, 322	4, 902		0, 322
	LiBr	H2O	0, 432		0, 176	6, 48		2, 650	10, 17		4, 146
	KCl	H2O	1, 508		0, 675	5, 14		2, 298	2, 96		1, 323
	CO(NH2)2	NH3(ж)	15, 54	14, 46	7, 90	51, 8	48, 2	7, 90	5, 18	4, 82	7, 90
	C6H5COOH	CH3COOH	7, 272		1, 216	4, 04		1, 216	8, 080		1, 216
	NaCl	H2O	3, 458		2, 000	5, 837		3, 383	7, 467		4, 346
	CCl3COOH	C6H6	2, 611		0, 350	1, 632		0, 350	4, 080		0, 350
	H3BO3	H2O	2, 54		0, 214	3, 81		0, 214	6, 35		0, 214
	CaCl2	H2O	0, 558		0, 244	0, 629		0, 272	0, 909		0, 388
	MgCl2	H2O	5, 055		0, 416	3, 37		0, 416	4, 381		0, 416
	NH4Cl	H2O	0, 0554		0, 037	0, 279		0, 181	0, 609		0, 389
	СН3ОН	H2O	0, 029		0, 017	0, 058		0, 034	0, 391		0, 228
	ZnSO4	H2O	0, 104		0, 00478	0, 255		0, 01059	0, 525		0, 0201
	C6H12O6	H2O	0, 357		0, 036	2, 388		0, 248	3, 601		0, 372
	KBr	H2O	0, 139		0, 042	0, 649		0, 191	1, 249		0, 360
	CHCl2COOH	CCl4	2, 55		0, 518	3, 315		0, 518	4, 080		0, 518
	CH3COOС2H5	H2O	0, 503		0, 106	0, 887		0, 190	5, 677		1, 203
	C3Н7OН	H2O	0, 302		0, 094	1, 220		0, 372	5, 500		1, 590
	Ba(NO3)2	H2O	0, 0416		0, 0084	0, 091		0, 018	0, 227		0, 043
	C12H22O11	H2O	8, 900		0, 491	12, 32		0, 687	6, 846		0, 376
	(C6H5O7)H3	H2O	8, 86		0, 256	17, 84		0, 525			1, 135
	MgSO4	H2O	0, 0194		0, 00137	0, 0389		0, 00256	0, 0777		0, 00488
	SrCl2	H2O	3, 175		0, 961	5, 992		2, 532	4, 010		1, 350
	NaNO3	H2O	0, 181		0, 063	0, 409		0, 140	0, 905		0, 300
	KNO3	H2O	0, 202		0, 069	0, 506		0, 171	1, 011		0, 331

 

 

Продолжение таблицы 2. 3
Вар.	Раствор		Подвариант
	Растворен-ное вещество	Раство- ритель	Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г		Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г		Масса растворенного вещества, г	Масса раство-рителя, г
	C2H5OН	H2O	19, 22		8, 06	3, 13		1, 25	0, 0452		0, 018
	CCl3COOH	H2O	1, 062		0, 322	2, 451		0, 322	1, 634		0, 322
	LiBr	H2O	1, 390		0, 566	0, 321		0, 131	3, 505		1, 460
	KCl	H2O	2, 237		1, 000	0, 991		0, 444	0, 619		0, 277
	CO(NH2)2	H2O	1, 2017		0, 369	1, 802		0, 552	2, 434		0, 369
	C6H5COOH	C6H6	7, 560		0, 983	2, 363		0, 983	9, 450		0, 983
	NaCl	H2O	0, 0996		0, 058	0, 606		0, 360	1, 093		0, 641
	CCl3COOH	C6H6	2, 485		0, 350	2, 856		0, 350	3, 262		0, 350
	H3BO3	H2O	4, 445		0, 214	5, 08		0, 214	2, 032		0, 214
	CaCl2	H2O	4, 195		1, 865	1, 083		0, 467	5, 635		2, 605
	MgCl2	H2O	6, 199		0, 85	2, 696		0, 416	6, 74		0, 416
	NH4Cl	H2O	2, 461		1, 528	5, 153		3, 174	6, 194		3, 822
	СН3ОН	H2O	1, 580		0, 925	3, 330		1, 950	19, 93		12, 055
	ZnSO4	H2O	1, 03		0, 0364	2, 59		0, 081	4, 85		0, 137
	C6H12O6	H2O	5, 503		0, 599	7, 342		0, 772	19, 86		2, 117
	KBr	H2O	4, 024		1, 133	14, 38		3, 952	23, 49		6, 534
	CHCl2COOH	CCl4	5, 610		0, 518	7, 230	283, 5	0, 518	8, 190	321, 6	0, 518
	CH3COOС2H5	H2O	7, 008		1, 510	8, 504		1, 820	10, 58		2, 224
	C3Н7OН	H2O	6, 547		1, 953	8, 890		2, 600	34, 47		9, 698
	Ba(NO3)2	H2O	0, 473		0, 087	1, 006		0, 175	2, 201		0, 357
	C12H22O11	H2O	10, 27		0, 569	14, 500		0, 815	3, 596		0, 196
	(C6H5O7)H3	H2O	13, 29		0, 256	15, 948		0, 256	6, 645		0, 256
	MgSO4	H2O	0, 19		0, 01097	0, 392		0, 021	0, 777		0, 0385
	SrCl2	H2O	0, 1587		0, 051	0, 792		0, 245	1, 585		0, 483
	NaNO3	H2O	1, 304		0, 423	2, 366		0, 732	3, 490		1, 088
	KNO3	H2O	2, 022		0, 671	3, 033		0, 914	5, 055		1, 441

2. 2. 2 Диаграммы состав - свойство для равновесия жидкость - пар

Для изучения сложных многокомпонентных систем в тех случаях, когда трудно установить точные аналитические зависимости между различными параметрами состояния и свойствами системы применяется метод физико-химического анализа.

Физико-химический анализ – это метод, который посредством геометрического исследования диаграмм фактор равновесия - свойство устанавливает число, химическую природу и границы существования фаз в равновесных системах образованных одним, двумя или несколькими компонентами. Основным приемом физико-химического анализа является построение диаграмм состояния в виде диаграмм состав – свойство. Состав на диаграммах обычно откладывают по оси абсцисс, а свойство по оси ординат.

 Геометрический метод изучения превращений, происходящих в равновесных системах, основывается на двух основных положениях, сформулированных Курнаковым: принцип непрерывности и принцип соответствия.

Принцип непрерывности  заключается в том, что при непрерывном изменении параметров, определяющих состояние системы (давление, температура, концентрация), свойство ее отдельных фаз изменяются тоже непрерывно. При появлении новых или исчезновении существующих фаз свойства системы как целого изменяются скачком.

Принцип соответствия  состоит в том, что каждой фазе или комплексу фаз на диаграмме отвечает определенный геометрический образ (точка, линия, поверхность и т. п. ).

Диаграммы давление насыщенного – состав, температура – состав, состав жидкости – состав пара для идеальных растворов могут быть рассчитаны с использованием законов Рауля и Дальтона. На практике используются в основном диаграммы температура – состав (диаграммы перегонки) для расчетов процессов разделения и очистки жидких смесей.

Диаграммы температура – состав (T – x) могут быть получены и экспериментально на основе измерений температуры кипения растворов и чистых компонентов и определения состава равновесного с кипящей жидкостью пара.

Диаграммы перегонки идеальных растворов имеют вид, подобный рисунку 2. 3.

 

 

Рисунок 2. 3 - Диаграмма температура кипения – состав при постоянном давлении

для идеального раствора

 

Точки a и b на рисунке 2. 3 показывают температуры кипения чистых компонентов: a – температура кипения чистого компонента 1, b – температура кипения чистого компонента 2. Ниже кривой aceb лежит область устойчивого существования одной жидкой фазы, выше кривой adfb – область устойчивого существования пара. Между кривыми aceb и adfb наблюдается такое сочетание температур и составов, при котором неустойчивая однофазная система распадается на две термодинамически устойчивые фазы – взаимно насыщенные раствор и пар. Нижняя кривая aceb изображает зависимость температуры начала кипения от состава раствора и состав жидкой фазы в двухфазной системе жидкость – пар (точки c и e). Ее называют линией кипения или линией испарения. Верхняя кривая adfb показывает температуру конца кипения, т. е. температуру, при которой вся жидкость превратится в пар, и состав паровой фазы в двухфазной системе жидкость – пар (точки d и f). Эта же линия показывает температуру начала конденсации пара, если насыщенный пар охлаждать. Ее называют линией конденсации.

Из рисунка 2. 3 видно, что пар по сравнению с жидкостью обогащен компонентом 2, температура кипения которого ниже. Таким образом, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, обогащен тем компонентом, добавление которого приводит к понижению температуры кипения, т. е. более летучим компонентом. Это заключение носит название –  первый закон Коновалова-Гиббса.

Анализируя диаграмму температура – кипения состав, можно определить, какие фазы находятся в равновесии в определенном диапазоне температур и составов, температуру начала и конца кипения раствора, температуру начала и конца конденсации пара, состав жидкости и состав пара при кипении и конденсации.

Для неидеальных растворов закон Рауля не выполняется. Возможны два вида отклонений от закона Рауля: положительные и отрицательные.

При положительных отклонениях от закона Рауля давление пара больше, чем над идеальными растворами. Примерами таких систем являются растворы кислород – азот, этанол – диэтиловый эфир, бензол – ацетон. Положительные отклонения приводят к тому, что температура кипения раствора понижается, так как при более низких температурах достигается равенство давления насыщенного пара и внешнего давления, что и приводит к кипению. При этом линия кипения на диаграмме T – x прогибается вниз.

При определенных соотношениях между разностью давлений пара чистых компонентов и степенью положительных отклонения от закона Рауля на диаграммах T – x возможно появление минимумов (рисунок 2. 4а).

 

 

Рисунок 2. 4 –  Диаграммы температура кипения – состав для неидеальных растворов с сильными положительными (а) и с сильными отрицательными отклонениями (б) от закона Рауля

 

 При отрицательных отклонениях от закона Рауля давление пара ниже, чем над идеальными растворами. Примерами таких систем являются растворы хлороформ – диэтиловый эфир, хлороформ – бензол, четыреххлористый углерод – диэтиловый эфир. Отрицательные отклонения приводят к тому, температура кипения раствора повышается, так как при более высоких температурах достигается равенство давления насыщенного пара и внешнего давления, соответствующее кипению. При этом линия кипения на диаграмме T – x прогибается вверх.

При определенных соотношениях между разностью давлений пара чистых компонентов и степенью отрицательных отклонения от закона Рауля на диаграммах T – x возможно появление максимумов (рисунок 2. 4б).

Экстремумы на зависимостях температура кипения – состав (точки c на рисунке 2. 4) называются азеотропными точками. В этих точках состав жидкости и пара одинаков.  

Таким образом, по виду диаграммы температура кипения – состав можно определить идеальный раствор или нет и какие отклонения от закона Рауля для него характерны.

Пример: По диаграмме температура кипения – состав системы диэтиловый эфир – четыреххлористый углерод, представленной на рисунке 2. 5 определим:

1. Идеальный ли раствор образуют эти вещества? Если нет, то, какие отклонения от закона Рауля характерны для этого раствора?

2. При какой температуре закипит жидкость, содержащая 70 % (мол. ) (C₂H₅)₂O.

3. При какой температуре вся первоначальная жидкость обратится в пар, если при нагревании пар не отводить?

4. Как будет меняться состав первоначальной жидкости по мере испарения?

5. Каков состав первых пузырьков пара?

6. Как изменяется состав равновесного с кипящей жидкостью пара в ходе испарения?

 

 

Рисунок 2. 5– Диаграмма температура кипения – состав системы

(C₂H₅)₂O – CCl₄ при стандартном давлении

 

Решение:

1. Нижняя линия, показывающая зависимость температуры кипения раствора от состава прогибается вверх, т. е. температура кипения раствора выше, чем, если бы он был идеальным. Следовательно, раствор неидеальный с отрицательными отклонениями от закона Рауля.

2. По нижней линии находим, что жидкость, содержащая 70 % (мол. ) (C₂H₅)₂O закипит при температуре 56 º С.

3. По верхней линии находим, что вся первоначальная жидкость, содержащая 70 % (мол. ) (C₂H₅)₂O превратится в пар, т. е. кипение закончится, при температуре 67 º С.

4. По нижней линии находим, что последние капли жидкости при температуре конца кипения 67 º С будут содержать 40 % (мол. ) диэтилового эфира. Следовательно, состав первоначальной жидкости по мере испарения будет меняться от 70 до 40 % (мол. ) (C₂H₅)₂O.

5. По верхней линии при температуре начала кипения 56 º С находим, что состав первых пузырьков пара 89 % (мол. ) (C₂H₅)₂O.

6. По верхней линии находим, что состав равновесного с кипящей жидкостью пара в ходе испарения меняется от 89 до 70% (мол. )(C₂H₅)₂O.

 

Диаграммы температура кипения – состав дают возможность оценить не только составы соответствующих фаз, но и их относительные количества. Для этой цели используют, так называемое, правило рычага, которое можно записать в форме уравнения (см. рисунок 2. 6):

 

(2. 29)

 

Если состав раствора выражен не молярными долями, а массовыми (или массовыми процентами), то и количества фаз следует выражать в единицах массы:

 

(2. 29а)

 

Рисунок 2. 6 – К выводу правила рычага

 

Чтобы найти абсолютные количества надо использовать еще одно соображение: при кипении общее количество веществ в системе остается постоянным, происходит лишь перераспределение веществ между фазами. Таким образом, чтобы определить массу жидкой и паровой фазы при любой температуре надо решить систему уравнений:

 

 

 

Использование правила рычага не ограничивается упомянутым соотношением количеств жидкости и пара. Оно применимо к любым двухфазным равновесным системам.

Пример: Какое количество каждого из компонентов смеси будет находиться в жидкой фазе и в паре, если 0, 9 кг раствора (C₂H₅)₂O – CCl₄, содержащего 70 % (мол. ) (C₂H₅)₂O, нагреть до температуры 60 º C?

Решение :

Количество жидкой и парообразной фазы находится по правилу рычага (рисунок 2. 7):

 

 

Рисунок 2. 7 – Правило рычага для диаграммы температура кипения – состав

  системы (C₂H₅)₂O – CCl₄ при стандартном давлении

 

Из рисунка 2. 7 находим координаты точек a, b, c в % (мол. ) при t = 60º C:

:  x ((C₂H₅)₂O) = 85 % (мол. ) – состав паровой фазы

:  x ((C₂H₅)₂O) = 70 % (мол. ) – состав исходной жидкости

:  x ((C₂H₅)₂O) = 62 % (мол. ) – состав жидкости

 

Переведем координаты точек a, b, c из % (мол. ) в %(масс. ):

 

% (масс. )=

здесь M((C₂H₅)₂O) = 74 г/моль – молярная масса (C₂H₅)₂O;

М(CCl₄) = 154 г/моль – молярная масса (CCl₄).

 

:

;

: ;

 

Составляем систему уравнений

m_l + m_v = 0, 9 кг

и решаем ее методом подстановки:

m_v = 0, 9 – m_l

 

 

18, 261 – 20, 29m_l  = 8, 91 m_l

 

 

m_v = 0, 9 – 0, 625 = 0, 275 кг

 

Найдем количество каждого компонента в жидкой фазе:

 

m((C₂H₅)₂O)_l =

m(CCl₄)_l = m_l – m((C₂H₅)₂O)_l = 0, 625–0, 275 = 0, 350 кг

 

В паре:

 

m((C₂H₅)₂O)_v =

m(CCl₄)_v = m_v – m((C₂H₅)₂O)_v = 0, 275 – 0, 201 = 0, 074 кг

 

Проверим полученные результаты:

 

m= m((C₂H₅)₂O)_l + m(CCl₄)_l + m((C₂H₅)₂O)_v +m(CCl₄)_v =

= 0, 275 + 0, 350 + 0, 201 + 0, 074 = 0, 9 кг

 

Для разделения растворов используют разницу в составах равновесных жидкой и парообразной фаз.  

1. Перегонка в равновесии (интегральная перегонка, однократное испарение). В этом виде перегонки пар находится в равновесии с испаряющейся жидкостью. Полного разделения компонентов раствора такой метод не дает. Он позволяет обогатить конденсат одним из компонентов, если не доводить испарение до конца, а остановить его при какой-то температуре. Методом интегральной перегонки можно получить две фракции: дистиллят, обогащенный одним из компонентов, и жидкость, обогащенную другим компонентом (см. рисунки 2. 6 и 2. 7)

2. Дифференциальная перегонка (постепенное испарение, «простая» перегонка) отличается от интегральной перегонки тем, что образующийся в перегонном кубе пар непрерывно удаляют и конденсируют. Благодаря этому состав системы в перегонном кубе непрерывно изменяется. В условиях отвода пара из перегонного куба испарение жидкости не закончится при температуре конца кипения в интегральной перегонке.

Дифференциальную перегонку можно использовать для разделения исходного бинарного раствора на составляющие его компоненты, если раствор не имеет экстремумов на зависимости температуры кипения от состава раствора. При дифференциальной перегонке систем с минимумом температуры кипения (рисунок 2. 4а) в кубовом остатке останется тот жидкий компонент, которым обогащен исходный раствор по сравнению с точкой азеотропа c. При дифференциальной перегонке систем с максимумом температуры кипения (рисунок 2. 4б) в кубовом остатке останется азеотропный раствор независимо от состава исходного раствора.

3. Ректификация  – это наиболее совершенный способ разделения растворов на основе испарения и конденсации. В этом методе используют принцип противотока неравновесных жидкости и пара, обеспечивая их тесный контакт. В ректификационной колонне на некотором уровне пар, поднимаясь вверх, встречает более холодную жидкость (флегму) и, частично конденсируясь, обогащается одним из компонентов. В итоге выходящий из верхней наиболее холодной части ректификационной колонны охлажденный пар почти целиком состоит из одного из компонентов. Его конденсируют, частично используют для орошения колонны (флегма), а большая часть дистиллята является одним из продуктов разгонки – практически чистым компонентом.

Жидкость, стекая вниз и соприкасаясь с более горячим паром, нагревается, частично испаряется и обогащается другим компонентом. В нижней наиболее нагретой части колонны собирается практически чистый другой компонент.

При ректификации растворов с азеотропами (см. рисунок 2), в отличие от систем без экстремумов на диаграммах Т – x, в чистом виде может быть получен только один из компонентов. В системах с минимумом температуры кипения в нижней части колонны собирается тот практически чистый компонент, которым обогащена исходная жидкость по сравнению с азеотропной точкой; в верхней части колонны собирается пар азеотропного состава, который затем переходит в дистиллят. В системах с максимумом температуры кипения в нижней части колонны собирается раствор азеотропного состава, а в дистиллят переходит тот практически чистый компонент, которым обогащена исходная жидкость по сравнению с азеотропной точкой.

Пример: С помощью диаграммы температура кипения – состав определим, какие продукты можно получить, если подвергнуть раствор (C₂H₅)₂O – CCl₄, содержащий 70 % (мол. ) (C₂H₅)₂O

а) перегонке в равновесии (интегральной перегонке);

б) простой (дифференциальной) перегонке;

в) ректификации?

Решение:

а) При перегонке в равновесии пар не отводится, а находится в равновесии с жидкостью. Из диаграммы температура кипения – состав раствора (C₂H₅)₂O – CCl₄ (рис. 2. 5) следует, что при этом состав пара меняется по линии от 89 до 70 мол. % (C₂H₅)₂O, а жидкости – по линии от 70 до 42 мол. % (C₂H₅)₂O.

Чистые вещества в результате такой перегонки получить нельзя, а можно получить 2 фракции: жидкую (в перегонном кубе), обогащенную четыреххлористым углеродом, и дистиллят (конденсированный пар), обогащенный диэтиловым эфиром.

б) При дифференциальной перегонке пар непрерывно отводится. В результате можно получить небольшое количество чистого четыреххлористого углерода.

в) В ректификационной колонне пар, поднимаясь вверх и охлаждаясь, обогащается (C₂H₅)₂O. Вверху колонны и, соответственно, в дистилляте можно получить чистый диэтиловый эфир. Жидкость, стекая вниз и нагреваясь, обогащается ССl₄. Внизу колонны будет собираться практически чистый жидкий четыреххлористый углерод.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: