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1、CO2的PVT关系测定和临界状态观测 X省大学化学系复试试验考试必备 专业：_应用化学0701_姓名：_洪俊杰_ 试验报告 学号：_3070601067_日期：_12.25_地点： _ 课程名称：_中级化学试验_指导老师：_王永尧_成果：_试验名称：_CO2的PVT关系测定和临界状态观测_试验类型：_同组学生姓名：_一、试验目的和要求（必填）二、试验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和试验步骤五、试验数据记录和处理六、试验结果与分析（必填） 一试验目的 1.学习流体PVT关系的试验测定方法，加深理解流体P-V状态图和不同类型等温线的特征。2.把握实际气体液化的条件和气-液相
2、变、饱和蒸气压的意义。 3.通过对CO2临界现象的感性熟悉，理解临界点和超临界流体的重要意义。4.学习活塞式压力计的正确使用。 二试验原理 PVT关系是物理化学研究的重要课题之一，总体上，PVT关系可以通过三种方法得到：（1）直接试验测定，通过数据拟合参数得到状态方程（2）经验半经验方法，主要是建立在一定理论基础或物理意义的各种状态方程（3）理论推导。对于物质的量确定的系统，当处于平衡状态时，其状态函数PVT之间存在着一定的关系：f（P，Vm，T）=0，该方程描述的物质状态图是以P、Vm、T为坐标的立体曲面。在不同温度下截取恒温剖面，相交曲线投影在P-Vm平面上，可以得到由一组恒温线组成的P-
3、Vm图。温度较高时，等温线是一条光滑曲线；温度较低时，等温线上有一水平线段，反映气-液相变化的特征，水平线段的两个端点分别代表互为共轭的饱和气体和饱和液体，随着温度升高，水平线段不断缩短，饱和气体线和饱和液体线最终汇于一点，即临界点（Criticalpoint）。临界点的温度、压力和体积分别称临界温度TC、临界压力PC和临界体积VC，是物质固有的特征参数。温度低于TC是气体液化的必要条件。温度、压力高于临界点的流体称超临界流体。试验台本体示意图见左图。 由于充进承压玻璃管内的CO2质量和玻璃管截面积不便测量，试验中采用间接方法来确定CO2的比体积。假设CO2的比体积V与其高度呈线性关系。已知C
4、O2液体在20，9.8MPa时的比容V(293K， 3 9.8MPa)=0.00117m/Kg，若实际测定在20，9.8MPa时的CO2液柱高度h(m)，则 K即为玻璃管内CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比体积为： 式中：h0=h-h0，其中h为试验温度、压力下水银柱高度；h0为承压玻璃管顶端刻度。 X省大学化学系复试试验考试必备 三试验仪器和试剂 仪器：PVT关系测定试验装置1套，由活塞式压力计、超级恒温槽和试验台本体及其防护罩等几部分组成。 试剂：CO2工作物质；压力油。 四试验步骤 1.加压前的预备： 1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。
5、2）摇退活塞式压力计上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。4）摇进活寒螺杆，使本体充油。如此反复，直至压力表上有压力读数为止。 5）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进 行试验。 2.测定气液相变等温线： 1）将超级恒温槽调定在t=10，并保持恒温。 2）压力记录从水夹套管上有刻度开头，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进（退）活塞螺杆，以保证平衡。 3）平衡后，记录该温度下的压力与水银高度。根据适当的压力间隔取h值，直至压力p=9.8MPa。留意加压后CO2变化，认真
6、测试和观看CO2最初液化和完全液化时的压力和水银高度。特殊要留意饱和气体和饱和液体之间的变化以及液化、气化等现象。4）重复测定t=20、25、27、29时的试验数据。3、测定临界等温线和临界参数，并观看临界现象： a）观看临界乳光现象：保持临界温度不变。摇进活塞杆至压力达PC四周，然后突然摇退活塞杆（留意勿使试验本体晃动！）降压。在此瞬间玻璃管内将出现圆锥状的乳白色的闪光现象。这就是临界乳光现象。这是由于CO2分子受重力场作用沿高度分布不匀称和光的散射所造成的。可以反复几次，来观看这一现象。 b）整体相变现象：由于在临界点时，气化潜热等于零，饱和气体线和饱和液相线合于一点，所以这时气液的相互转
7、变不像临界温度以下时那样渐渐积累、需要一定的时间且表现为渐变过程，这时当压力稍作变化时，气、液是以突变的形式相互转化。 c）气、液两相模糊不清现象：首先在压力等于7.64MPa四周，突然降压，CO2状态点由等温线沿绝热线降到液相区，管内CO2出现了明显的液面。这就是说，假如这时管内的CO2是气体的话，那么，这种气体离液相区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，突然压缩CO2时，这个液面又马上消逝了。这就告知我们，这时CO2液体离气相区也是特别接近的，可以说是接近气态的液体。这就是临界点四周饱和气、液相模糊不清现象。4、测定高于临界温度时的等温线：调整温度t=35，t=45，记录数据
8、。 五数据记录和处理 室温：12.5大气压：102.80Kpa依据20时的数据，算出K=12564.1kgm -2 h0=2.63 X省大学化学系复试试验考试必备 表1CO2等温测定PV关系数据记录 续表1 依据表中数据作图 X省大学化学系复试试验考试必备 图1CO2的PVm图 10 8 6 p/MPa 4 2 0.00.20.40.60.81.01.2 六、试验结果与争论。 表2CO2的饱和蒸汽压数据 温度/P试验值/MpaP理论值/Mpa 10.04.430/ 20.05.6505.730 25.06.3336.432 27.06.6376.734 29.07.0107.129 Vm/Lm
9、ol-1 误差分析：试验值都比理论值小，可能原因是平衡时间不够，在气压计不稳定的时候就读数，导致误差，还有可能是温度偏低，操作原因等。 表3临界比体积Vc（mkg） 3 -1 Vc（文献值） Vc（试验值） 0.002160.00294 Vc=RTc/Pc0.00339Vc=3RTc/8Pc0.00127 RE%=+36.11%，误差较大。首先可能是临界温度掌握不好，并导致了临界现象观测出现偏差，最终导致误差偏大。比较表3中数据，明显试验值偏向抱负气体数据，可能是温度偏高了。 七、心得与体会 临界点问题：由于恒温槽无法精确控温，也就无法达到理论上需要的31.1的温度，所以无法得到临界点的数据。假如要观看到临界点现象，需要小心调整温度，不断重复测量数据和观看现象，但这样的工作会特别烦琐。假如是要得到临界点的数据，在试验过程在要在小范围内得到大量数据，即小范围高密度的温度变化、小范围高密度的压力变化，但试验操作比较困难。 - 7 -