二氧化碳实验

由天下分享时间：2025/1/28 1:21:10 加入收藏我要投稿点赞

二氧化碳的pVT关系测定和临界状态观测

【实验目的】

1．学习流体pVT关系的实验测定方法，加深理解流体pVT状态图pV图的特点和气液相变、

饱和蒸气压、沸点的意义。

2．通过CO2临界状态的观测，增强对气液临界现象的感性认识，理解临界参数的重要意义。 3．学习活塞式压力计的正确使用。

【实验原理】

对于物质的量确定的系统，当处于平衡状态时，其状态函数p、Vm、T之间存在关系：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，可以得到由一族恒温线组成的p-Vm图，如图1所示。它直观地表达了物质的pVT关系。

温度较高时，等温线是一条光滑曲线；温度较低时，等温线上的有一水平线段，反映气-液相变化的特征，水平线段的两个端点（如i和k两点）分别代表互为共轭的饱和气体和饱和液体。饱和气体和饱和液体的体积随温度的变化在p-Vm图上构成气液共存区的边界线，称双节线。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后汇于一点（c点），即临界点（Critical point）。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，其应用技术是目前研究的热点。

图1 CO2的p- Vm图

本实验测定CO2的一系列等温线，观测气-液相变和临界现象。实验装置如图2所示，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。试验台本体如图3所示。

图3 试验台本体示意图

1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力油；4—水银；5—密封填料； 6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃管；9—CO2；10—温度计

实验中由活塞式压力计送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管中，CO2被压缩，其压力和容积通过活塞式压力计上的活塞杆的进、退来调节。温度由超级恒温槽供给的水套里的水温来调节。CO2的压力由压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度计（温度计应该事先校正）读出。CO2体积由承压玻璃管内柱的高度变化来测量。

由于充进承压玻璃管内的CO2质量和玻璃管截面积不易测量，实验中采用间接办法来确定CO2的比体积。假设CO2的比体积v与其高度呈线性关系。已知CO2液体在20℃，9.8MPa时的比体积v (20℃，9.8MPa)=0.00117m3·kg-1，若实际测得在20℃，9.8MPa时的CO2液柱高度Δho(m)，则

v (20℃，9.8MPa)=?hoA/m?0.00117m3kg－1

m/A??ho/0.00117?K(kgm－2)

K为玻璃管内CO2的质面比常数(kgm－2)。所以，实验温度、压力下CO2的比体积为：

v??h/(m/A)??h/K

式中：?h?h?h0。h为实验温度、压力下水银柱高度；h0为承压玻璃内管顶端刻度。

【实验知识点】

1．流体pVT关系的实验测定方法， 2． CO2临界现象的观测。 3．活塞式压力计的使用 4．低温恒温槽的使用

【实验注意事项】

1．活塞式压力计的使用：

（1）活塞式压力计油缸充油时，关闭压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启活塞式压力计上进油杯的进油阀，摇退活塞式压力计上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。

(2) 给本体加压：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；摇进活塞螺杆，使本体充油，直至压力表上有读数为止。

2．低温恒温槽的使用：设定温度在实验的温度，恒定至少10分钟以上才能开始实验。 3．注意加压和减压要足够缓慢，一方面使得体系易达到平衡，另一方面也避免对仪器的损坏。