LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 1 von 12

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LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 2 von 12 a. Nennen Sie eine Bedingung, damit eine Gleichstromdestillation zum Einsatz kommt. Die Substanzen müssen ein Siedepunktsdifferenz von 100 C haben b. Welchen Zweck hat ein Spritzschutz? Hält plötzlich aufsteigende Flüssigkeitsblasen (Siedeverzug) zurück. c. Nennen Sie 3 Teile, die zum Kondensationsteil gezählt werden. Liebig-Kühler, Vorstoss und Kolben d. Was ist der Unterschied zwischen einer Spinne und einem Anschütz-Thiele Vorstoss? Wann gelangen diese zum Einsatz? Sie gelangen bei der Destillation unter Vakuum zum Einsatz. Beim Anschütz kann ich so oft Fraktionen wechseln, wie ich will, die Spinne ist begrenzt. Bei der Spinne ist der Wechsel dafür handlicher und einfacher. e. Was versteht man unter Gleichstromdestillation? Trennung durch einmaliges Verdampfen und kondensieren. f. Was ist bei einer Vakuumdestillation bezüglich Sicherheit zu beachten? Hinter einem Schutzschild oder in der Kapelle arbeiten. Schliffe fachmännisch fetten. Apparatur leer evakuieren und auf Dichtheit prüfen. belüften und Substanz einfüllen Evakuieren und langsam aufheizen Rückstand erkalten lassen, erst dann belüften g. Kreuzen Sie die richtigen Aussagen an! Der Dampfdruck ist abhängig: a) von der Temperatur b) vom Volumen c) von den Anziehungskräften zwischen den Teilchen h. Bei der Gleichstromdestillation a) reichert sich die Komponente mit dem höheren Dampfdruck in der Dampfphase an b) lässt sich ein ideales Gemisch mit einer Siedepunktsdifferenz von 60 C trennen c) fängt man die Komponente mit dem niedrigsten Siedepunkt als Erste als Kondensat auf, wenn die Differenz der Siedepunkte 100 C ist.

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 3 von 12 i. Zum Verdampfungsteil einer Gleichstromdestillation gehören a) Destillierkolben b) Spritzschutz c) Kühler d) Destilliervorstoss j. Bei der Destillation unter Vakuum a) wird vor Beginn Destillation zuerst aufgeheizt und danach evakuiert b) wird vor Beginn Destillation zuerst evakuiert und danach aufgeheizt c) wird nach der Destillation erst der Sumpf abgekühlt und danach Apparatur belüftet d) wird nach der Destillation erst die Apparatur belüftet und danach der Sumpf gekühlt k. Ein Siedeverzug bei einer Vakuumdestillation kann verhindert werden durch a) Siedesteinchen b) Siedekapillare c) Rühren d) Siedeholz

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 4 von 12 Aufgabe 1: Es werden 25 g Ethanol (C 2 H 6 O) und 60 g Wasser (H 2 O) gemischt. Berechnen Sie den Stoffmengenanteil Ethanol χethanol in der Mischung. Waser Ethanol Summe m i 60 g 25 g 85 g M i 18.015 g/mol 46.068 g/mol --------- n i 60g 18.015g /mol 25g = 3.330 mol = 0.543 mol 46.068 g /mol 3.873 mol χ i 3.330mol 0.860 3.873mol = 0.543mol = 0. 3.873mol 140 1 Aufgabe 2: Für ein Wasser-Aceton-Gemisch ist χaceton = 0. 65 berechnen Sie χ Wasser. χ Aceton 0.65 + χ χ Wasser + χ Wasser Wasser = 1 = 1 0.65 => χwasser = 0.35 = 1 => Aufgabe 3: Eine Mischung enthält 50 g Wasser, 110 g Aceton (C 3 H 6 O) und 25 g (CH 4 O). Berechnen Sie die jeweiligen Stoffmengenanteile und die Massenanteile. Waser Aceton Summe m i 50 g 25 g 110 g 185 g M i 18.015 g/mol 32.042 g/mol 58.079 g/mol --------- n i 50g 18.015g /mol 25g 110g = 2.775 mol = 0.780 mol = 1.894mol 32.042g /mol 58.079g /mol 5.449 mol χ i 2.775mol 0.509 5.449mol = 0.780mol = 0. 5.449mol 143 1.894mol = 0. 347 5.449mol 1

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 5 von 12 Aufgabe 4: Ein Wasser-Ethanol-Gemisch enthält 75 g Ethanol, was einem Stoffmengenanteil χ Ethanol = 0.30 entspricht. Berechnen Sie die Masse des Gemisches. 75g n Ethanol = = 46.068g /mol 1.628 mol χethanol nethanol 1.628mol = = = 0. 30 n n Total Total => n Total = 5.4267 mol n Total = n Ethanol + n Wasser => 5.4267 mol = 1.628 mol + n Wasser => n Wasser = 3.7987 mol => m Wasser = 3.7987 mol*18.015 g/mol = 68.4 g => m Total = 75 g + 68.4 g = 143.4 g

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 6 von 12 Aufgabe 5: Der Dampfdruck über ein ideales Zweistoffgemisch flüchtiger Verbindungen entspricht der Summe der Teildrücke der zwei Komponenten. Daten: Temperatur 25 C 60 C P Toluol [mbar] 37.91 185.29 P Benzol [mbar] 126.84 522.13 a) 40 g Toluol und 80 g Benzol werden bei 25 C gemischt. Wie gross ist der Dampfdruck über der Mischung? Stoffmengen: n Toluol = 40 g / 92 (g/mol) =0.435 mol, n Benzol = 80 g / 78 (g/mol) =1.026 mol 0.435 mol 0.435 mol + 1.026mol 1.026 mol 0.435 mol + 1.026mol Stoffmengenanteile: x Toluol = = 0.2977, x Benzol = = 0.7023 Beachten Sie, dass die Summe der Stoffmengenanteile stets 1 bzw. 100% ergibt! P Total = x Toluol *P Toluol + x Benzol *P Benzol = 0.2977*37.91 mbar + 0.7023*126.84 mbar =100.36 mbar b) Wie gross ist der Dampfdruck bei 60 C? P Total = x Toluol *P Toluol + x Benzol *P Benzol = 0.2977*185.29 mbar + 0.7023*522.13 mbar =421.85 mbar

b1) Bei welchem Druck siedet das Gemisch bei 60 C? LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 7 von 12 Das Gemisch siedet wenn der Apparaturdruck auf 421.85 mbar gesetzt wird. b2) Welche Zusammensetzung hat der Dampf am Siedepunkt? Die Zusammensetzung am Siedepunkt lässt über das Dalton-Gesetz berechnen: Toluol: P Toluol = y Toluol *P total => 0.2977*185.29 mbar = y Toluol *421.85 mbar => y Toluol = 0.13 Benzol: P Benzol = y Benzol *P total => 0.7023*522.13 mbar = y Benzol *421.85 mbar => y Benzol = 0.87 Die folgende Tabelle fasst die Zusammensetzung des Flüssigkeit und des Dampfes am Siedepunkt zusammen: Benzol Toluol Stoffmengenanteil in der FLÜSSIGKEIT 0.7023 0.2977 Beitrag zum Dampfdruck der Mischung 366.7 mbar 55.2 mbar 0 Pi = χ i Pi Stoffmengenanteil im DAMPF 0.87 0.13 Schlussfolgerung: Benzol reichert sich im Dampf an, weil es den grösseren Beitrag zum Dampfdruck des Flüssiggemisches leistet.

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 8 von 12 Aufgabe 6: Dampfdruck eines Idealen Zweistoffgemisches. Isothermes P-X-Diagramm. Vervollständigen Sie folgende Tabelle und fertigen Sie eine Grafik an, in der Sie die einzelnen Teildrucke und den Gesamtdruck gegen die Temperatur auftragen. Die nötigen Berechnungen werden genauso gemacht wie in Aufgabe 3 gezeigt. t 25 C P Benzol 126.8 P Toluol 37.9 mbar mbar mbar X Benzol X Toluol Teildruck Benzol P Benzol =X Benzol *P Benzol Teildruck Toluol P Toluol =X Toluol *P Toluol Gesamtdruck P tot =P Benzol +P Toluol 0 1 0.0 37.9 37.9 0.1 0.9 12.7 34.1 46.8 0.2 0.8 25.4 30.3 55.7 0.3 0.7 38.1 26.5 64.6 0.4 0.6 50.7 22.7 73.5 0.5 0.5 63.4 19.0 82.4 0.6 0.4 76.1 15.2 91.3 0.7 0.3 88.8 11.4 100.2 0.8 0.2 101.5 7.6 109.1 0.9 0.1 114.2 3.8 117.9 1 0 126.8 0.0 126.8

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 9 von 12 Aufgabe 7. Isobares Siedediagramm eines idealen Zweistoffgemisches am Beispiel Toluol/Benzol bei 1013 mbar. a) Zeichen Sie anhand der angegebenen Daten das Siedediagramm. b) Beschriften Sie die Achsen im Diagramm und bezeichnen Sie die zwei Kurven. c) Erklären Sie in eigenen Worten, was man dem Siedediagramm entnehmen kann. t [ C] X Benzol Y Benzol 80.1 1.00 1.00 81.6 0.93 0.97 83.1 0.85 0.94 84.7 0.79 0.90 86.2 0.72 0.87 87.7 0.66 0.83 89.2 0.60 0.79 90.8 0.55 0.75 92.3 0.49 0.71 93.8 0.44 0.66 95.3 0.39 0.62 96.9 0.35 0.57 98.4 0.30 0.51 99.9 0.26 0.46 101.5 0.22 0.40 103.0 0.18 0.34 104.5 0.14 0.28 106.0 0.10 0.21 107.6 0.07 0.15 109.1 0.03 0.07 110.6 0.00 0.00

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 10 von 12 Aufgabe 8. Konstruieren Sie das Gleichgewichtsdiagramm aus dem Siedediagramm. a) Beschriften Sie die zwei Diagramme.

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 11 von 12 Aufgabe 9 und Ethanol bilden ideale Lösungen. Bei 50 C hat reines einen Dampfdruck von 53.6 kpa und reines Ethanol einen von 29.6 kpa. a) Welchen Dampfdruck hat eine Lösung aus 24 g und 5.76 g Ethanol bei 50 C? Ethanol Summe m i 24 g 5.76 g 29.76 g M i 32.042 g/mol 46.068 g/mol --------- n i 24g 32.042g /mol 5.76g = 0.749 mol = 0.125 mol 46.068 g /mol 0.874 mol χ i 0.749mol 0.857 0.874mol = 0.125mol = 0. 0.874mol 143 1 0 0 P = χ P + χ P = 0.143 29.6kPa+ 0.857 53.6kPa = Ethanol Ethanol 50.2 kpa. b) Welcher ist der Stoffmengenanteil von in einer Lösung, die bei 50 C einen Dampfdruck von 40.5 kpa hat? P = 1 χ ) 29.6kPa + χ 53.6kPa = 40.5kPa => ( 29.6kPa χ 29.6kPa + χ χ χ =0.45 29.6kPa+ χ 24kPa = 40.5kPa => 24kPa = 10.9 kpa => Alternative Grafische Lösung 53.6kPa = 40.5kPa =>

LMPG1 ÜB3-Lösungen Grundlagen der Destillation Seite 12 von 12 Aufgabe 10 Ein ideales Gemisch a) hat einen konstanten Siedepunkt bei einer Destillation b) hat einen konstanten Dampfdruck, der jedoch von der Zusammensetzung abhängt c) ist durch Destillation prinzipiell trennbar d) Kann durch Gleichstromdestillation trennbar sein, wenn die Siedepunktsdifferenz > 100 C ist.