CO2的PVT關(guān)系測定和臨界狀態(tài)觀測

1、專業(yè)：_應(yīng)用化學(xué)0701_姓名：_洪俊杰_學(xué)號：_3070601067_日期：_12.25_地點：_ 實驗報告課程名稱：_中級化學(xué)實驗_指導(dǎo)老師：_王永堯_成績：_實驗名稱：_CO2的PVT關(guān)系測定和臨界狀態(tài)觀測_實驗類型：_同組學(xué)生姓名：_一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）一 實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)流體PVT關(guān)系的實驗測定方法，加深理解流體P-V狀態(tài)圖和不同類型等溫線的特征。2.掌握實際氣體液化的條件和氣-液相變、飽和蒸氣壓的意義。3.通過對CO2臨界現(xiàn)象的感性認(rèn)識，理解臨界點和超臨界流

2、體的重要意義。4.學(xué)習(xí)活塞式壓力計的正確使用。二 實驗原理PVT關(guān)系是物理化學(xué)研究的重要課題之一，總體上，PVT關(guān)系可以通過三種方法得到：（1）直接實驗測定，通過數(shù)據(jù)擬合參數(shù)得到狀態(tài)方程（2）經(jīng)驗半經(jīng)驗方法，主要是建立在一定理論基礎(chǔ)或物理意義的各種狀態(tài)方程（3）理論推導(dǎo)。對于物質(zhì)的量確定的系統(tǒng)，當(dāng)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)函數(shù)PVT之間存在著一定的關(guān)系：f（P，Vm，T）=0，該方程描述的物質(zhì)狀態(tài)圖是以P、Vm、T為坐標(biāo)的立體曲面。在不同溫度下截取恒溫剖面，相交曲線投影在P-Vm平面上，可以得到由一組恒溫線組成的P-Vm圖。溫度較高時，等溫線是一條光滑曲線；溫度較低時，等溫線上有一水平線段，反映氣

3、-液相變化的特征，水平線段的兩個端點分別代表互為共軛的飽和氣體和飽和液體，隨著溫度升高，水平線段不斷縮短，飽和氣體線和飽和液體線最后匯于一點，即臨界點（Critical point）。臨界點的溫度、壓力和體積分別稱臨界溫度TC、臨界壓力PC和臨界體積VC，是物質(zhì)固有的特征參數(shù)。溫度低于TC是氣體液化的必要條件。溫度、壓力高于臨界點的流體稱超臨界流體。試驗臺本體示意圖見左圖。由于充進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)的CO2質(zhì)量和玻璃管截面積不便測量，實驗中采用間接辦法來確定CO2的比體積。假設(shè)CO2的比體積V與其高度呈線性關(guān)系。已知CO2液體在20，9.8MPa時的比容V(293K，9.8MPa)=0.00117m

4、3/Kg，若實際測定在20，9.8MPa時的CO2液柱高度h(m)，則K即為玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)。所以，任意溫度、壓力下CO2的比體積為：式中：h0=h-h0，其中h為實驗溫度、壓力下水銀柱高度；h0為承壓玻璃管頂端刻度。三 實驗儀器和試劑儀器：PVT關(guān)系測定實驗裝置1套，由活塞式壓力計、超級恒溫槽和試驗臺本體及其防護(hù)罩等幾部分組成。試劑：CO2工作物質(zhì)；壓力油。四 實驗步驟1. 加壓前的準(zhǔn)備： 1）關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個閥門，開啟壓力臺上油杯的進(jìn)油閥。2）搖退活塞式壓力計上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時，壓力臺油缸中抽滿了油。3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路

5、的兩個閥門。4）搖進(jìn)活寒螺桿，使本體充油。如此反復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實驗。2. 測定氣液相變等溫線：1）將超級恒溫槽調(diào)定在t=10，并保持恒溫。2）壓力記錄從水夾套管上有刻度開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀升起來后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)（退）活塞螺桿，以保證平衡。3）平衡后，記錄該溫度下的壓力與水銀高度。按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值，直至壓力p=9.8MPa。注意加壓后CO2變化，仔細(xì)測試和觀察CO2最初液化和完全液化時的壓力和水銀高度。特別要注意飽和氣體和飽和液體之間的變化以及液化、氣化等現(xiàn)象。4）重復(fù)測定t=20、2

6、5、27、29時的實驗數(shù)據(jù)。3、測定臨界等溫線和臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象：a）觀察臨界乳光現(xiàn)象：保持臨界溫度不變。搖進(jìn)活塞桿至壓力達(dá)PC附近，然后突然搖退活塞桿（注意勿使實驗本體晃動?。┙祲?。在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)圓錐狀的乳白色的閃光現(xiàn)象。這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于CO2分子受重力場作用沿高度分布不均勻和光的散射所造成的?？梢苑磸?fù)幾次，來觀察這一現(xiàn)象。b）整體相變現(xiàn)象：由于在臨界點時，氣化潛熱等于零，飽和氣體線和飽和液相線合于一點，所以這時氣液的相互轉(zhuǎn)變不像臨界溫度以下時那樣逐漸積累、需要一定的時間且表現(xiàn)為漸變過程，這時當(dāng)壓力稍作變化時，氣、液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。c）氣、液兩相模糊不清現(xiàn)

7、象：首先在壓力等于7.64MPa附近，突然降壓，CO2狀態(tài)點由等溫線沿絕熱線降到液相區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)了明顯的液面。這就是說，如果這時管內(nèi)的CO2是氣體的話，那么，這種氣體離液相區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們在膨脹之后，突然壓縮CO2時，這個液面又立即消失了。這就告訴我們，這時CO2液體離氣相區(qū)也是非常接近的，可以說是接近氣態(tài)的液體。這就是臨界點附近飽和氣、液相模糊不清現(xiàn)象。4、測定高于臨界溫度時的等溫線：調(diào)節(jié)溫度t=35，t=45，記錄數(shù)據(jù)。五 數(shù)據(jù)記錄和處理室溫：12.5 大氣壓：102.80Kpa根據(jù)20時的數(shù)據(jù)，算出K=12564.1kg·m-2h0=2.63表1

8、CO2等溫測定PV關(guān)系數(shù)據(jù)記錄10.020.025.027.0P/MPahVm/L/molP/MPahVm/L/molP/MPahVm /L/molP(MPa)hVm /L/mol2.0028.420.99552.0029.521.03402.0030.611.07222.0031.211.09322.2624.730.86632.8220.240.70902.8720.520.71883.0019.700.69013.0017.470.61194.0112.710.44524.0413.050.45714.2912.250.42913.6012.460.43655.188.250.28905

9、.567.830.27436.086.720.23544.389.630.33735.616.740.23616.235.720.20046.585.230.18324.435.990.20985.673.890.13636.313.070.10756.604.710.16504.454.690.16435.671.810.06346.352.130.07466.642.690.09424.461.990.06976.681.590.05576.341.870.06556.671.890.06624.831.480.05187.631.560.05467.151.670.05857.541.7

10、00.05956.381.430.05018.691.520.05327.911.630.05718.421.600.05608.161.370.04809.801.470.05159.011.580.05539.801.560.05469.801.350.0473/9.801.550.0543/續(xù)表129.031.135.045.0P/MPahVm/L/molP/MPahVm/L/molP/MPahVm /L/molP/MPa)/hVm 2.0031.391.10182.0031.831.11502.0032.271.13042.0033.601.17703.4916.630.58373.3

11、918.040.63193.4117.780.62283.3019.460.68175.119.710.34084.7811.150.39064.8811.060.38744.6712.650.44316.495.920.20786.296.790.23786.287.430.26035.909.210.32266.954.520.15877.055.210.18257.514.840.16956.947.020.24596.984.070.14297.463.690.12937.983.280.11498.145.090.17837.022.550.08957.851.920.06738.9

12、91.990.06978.704.180.14647.002.010.07068.491.820.06389.801.860.06529.293.370.11807.851.780.06259.191.750.06139.802.760.09678.961.690.05939.801.700.05959.801.630.0572/根據(jù)表中數(shù)據(jù)作圖圖1 CO2的PVm圖六、實驗結(jié)果與討論。表2 CO2的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)溫度/10.020.025.027.029.0P實驗值/Mpa4.4305.6506.3336.6377.010P理論值/Mpa/5.7306.4326.7347.129誤差分析：實驗值都比理論值小，可能原因是平衡時間不夠，在氣壓計不穩(wěn)定的時候就讀數(shù)，導(dǎo)致誤差，還有可能是溫度偏低，操作原因等。表3 臨界比體積Vc（m3·kg-1）Vc（文獻(xiàn)值）Vc（實驗值）Vc=RTc/PcVc=3RTc/8Pc0.002160.002940.003390.00127RE%=+36.11%，誤差較大。首先可能是臨界溫度控制不好，并導(dǎo)致了臨界現(xiàn)象觀測出現(xiàn)偏差，最后導(dǎo)致誤差偏大。比較表