Загальна інформація
Опис
Вино - широко поширений алкогольний напій. Визначення вмісту спирту у вині ґрунтується на вимірюванні густини рідини. Однак через різні інгредієнти у вині цей метод дуже неточний.
Шляхом перегонки спирту і заповнення його до початкової кількості можна дуже точно визначити вміст спирту за густиною.
Експериментальна установка
Додаткова інформація (1/3)
Попередні
знання
Учні та студенти мають знати хімічні та фізичні властивості спиртів, і зокрема, етанолу. Вони також мають бути знайомі з такими фізичними величинами, як густина та об'єм.
Принцип
Температура кипіння спирту нижча, ніж у води, тому спирт спочатку випаровується і тільки потім знову випадає в осад. Густина рідини залежить від усіх компонентів, що входять до її складу.
Додаткова інформація (2/3)
Мета навчання
Цей експеримент показує як процес перегонки (дистиляції), так і визначення вмісту спирту в рідині шляхом вимірювання її густини.
Завдання
- Дистиляція вина та відділення спирту.
- Вимірювання густини дистиляту та визначення в ньому спирту.
Наприкінці інструкції наведено два варіанти цього експерименту:
a) Якщо потрібна підвищена ефективність розділення
b) Дистиляція з більш ніж двома компонентами, які потрібно розділити
Додаткова інформація (3/3)
Примітки
У контексті цього шкільного експерименту від точності відмовилися на користь менших зусиль і ясності. Були допущені наступні систематичні помилки:
- Дистиляція спирту до температури кипіння 100°C. У цьому процесі на шаблон повністю переноситься не тільки спирт, а й інші леткі компоненти. Залежно від компонентів це може призвести як до збільшення, так і до зниження вмісту спирту.
- Залежно від температури в приміщенні спирт може випаруватися з шаблону. Охолодження шаблону буде обов'язковим. Однак ефект ледь помітний. Це призведе до збільшення густини, а отже, до занадто малого вмісту спирту.
Інструкції з техніки безпеки
- Етанол - легкозаймиста безбарвна рідина з характерним приємним запахом, яку можна змішувати з водою і майже всіма органічними розчинниками. Пари можуть утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші.
- Зберігати подалі від джерел займання.
- Уникайте потрапляння в очі та на шкіру.
- Під час проведення експерименту слід використовувати відповідний захисний одяг і окуляри.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки!
Теорія
При нагріванні напоїв, що містять алкоголь, спирт випаровується раніше за інші інгредієнти через низьку температуру кипіння. У холодильнику Лібіха алкоголь конденсується, і вміст алкоголю у вині можна визначити більш точно після додавання дистиляту.
Сучасний офіційний метод також базується на дистиляційному відділенні спирту і подальшому визначенні густини.
Вино - популярний алкогольний напій
Обладнання
Додаткові матеріали
| Червоне вино | 100 мл |
Підготовка та виконання роботи
Підготовка (1/2)
Кріплення тримачів до панелі
Для проведення експерименту тримачі кріпляться до рами (пластини) для проведення демонстраційних експериментів, як показано на рисунку, і закріплюються пружинними затискачами на задній стороні рами. Потім на рамі встановлюється на кронштейні дистиляційний апарат, як показано на рисунку на наступній сторінці.
Датчики підключаються до термопари за допомогою провідників і кріпляться до рами панелі за допомогою магнітного тримача. За можливості провідники слід прокладати за стінкою.
Підготовка (2/2)
Гумові трубки для подачі охолоджувальної води під'єднайте до охолоджуючої оболонки. Для того, щоб можна було швидко роз'єднати сполучення між водопровідним краном і зливом води (випускним отвором), в з'єднаннях труб встановлені дві швидкороз'ємні муфти. Всі з'єднання трубок захищені від зісковзування хомутами і закріплені на пластині кріпильними ременями.
Перед початком експерименту термопару Cobra SMARTsense необхідно підключити до пристрою для оцінки. Для цього запустіть програму measureLAB і дочекайтеся спливаючого меню. У цьому меню можна вибрати прилад і експеримент, який необхідно провести.
Експериментальна установка
Виконання роботи (1/2)
Реалізація (1/2)
У мірний циліндр відміряйте 100 мл вина і приблизно визначте його густину ареометром (можливо, знадобиться використати ареометр із діапазоном вимірювання понад 1 г/см³). Перелийте вино в колбу об'ємом 250 мл і додайте 5 кульок для кип'ятіння.
Нагрівач встановлюється на максимальну потужність, а регулятор потужності - на найвищий рівень, поки перші бульбашки не покажуть, що вино закипає. Потім встановіть регулятор нагрівача на рівень 8. Дистиляція триває доти, доки у верхній частині холодильника Лібіха не буде досягнуто температури приблизно від 98 °C до 100 °C (тривалість приблизно 35 хвилин).
Виконання роботи (2/2)
Таблиця для визначення алкоголю за густиною
| Густина, | Маса % Етанол | Об`єм % Етанол | Густина, | Маса % Етанол | Об`єм % Етанол |
| 1,00000 | 0 | 0 | 0,98653 | 8 | 10,0 |
| 0,99813 | 1 | 1,3 | 0,98505 | 9 | 11,2 |
| 0,99629 | 2 | 2,5 | 0,98361 | 10 | 12,4 |
| 0,99451 | 3 | 3,8 | 0,98221 | 11 | 13,6 |
| 0,99279 | 4 | 5,0 | 0,98084 | 12 | 14,8 |
| 0,99113 | 5 | 6,2 | 0,97948 | 13 | 16,1 |
| 0,98955 | 6 | 7,5 | 0,97816 | 14 | 17,3 |
| 0,98802 | 7 | 8,7 | 0,97687 | 15 | 18,5 |
Перенесіть дистилят у (промитий) мірний циліндр об'ємом 100 мл, а рештки дистиляту - у циліндр із дистильованою водою. Заповніть мірний циліндр дистильованою водою до 100 мл. Передайте мірний циліндр по класу для перевірки запаху.
За допомогою ареометра визначте густину і визначте вміст спирту з наведеної таблиці зліва.
Варіант: Збільшення ефективності поділу
Варіант: Підвищена продуктивність розділення
Для підвищення ефективності розділення в дистиляційному апараті для перегонки використовують ректифікаційну колону. Для цього потрібне додаткове обладнання:
| Тримач затискача, d = 18...25 мм | 45520-00 | 2 |
| Колона Вігре, GL 25/12 | 35792-15 | 1 |
Установка максимально відповідає стандартному експерименту. Проте в цьому експерименті колонку Вігре з'єднують між колбою об'ємом 250 мл і холодильником Лібіха.
Крім модифікованої експериментальної установки, час дистиляції з колонкою Вігре збільшується загалом приблизно на 45 хвилин. Це пов'язано з необхідним регулюванням рівноваги в колонці. В іншому виконання та оцінка експерименту залишаються ідентичними.
Схема кріплення тримачів (кронштейнів)
Варіант: Дистиляція з більш ніж двома розділеними компонентами (1/2)
Схема кріплення тримачів (кронштейнів)
Для розділення сумішей, що містять більше двох компонентів, слід проводити фракційну перегонку з можливістю збору декількох фракцій дистиляту.
Для цього додатково потрібно таке:
| Тримач із затискачем, d=18-25 мм, поворотн. | 45521-00 | 1 |
| Холодильник, короткий, з насадкою, GL 18/8 | MAU-27224500 | 1 |
| Лоток для дистиляції, для 4 колб GL 25 | MAU-27227500 | 1 |
| Колба, 50 мл, GL 25/12 | 35840-15 | 4 |
Варіант: Дистиляція з більш ніж двома розділеними компонентами (2/2)
З цієї причини не використовуються:
| Тримач із затискачем, d= 18...25 мм | 45520-00 | 2 |
| Колба, 100 мл, GL 25/12 | 35841-15 | 1 |
| Холодильник Лібіха, з насадкою, GL 18/8 | 35795-15 | 1 |
Установка максимально відповідає стандартному експерименту. Однак замість холодильника Лібіха використовується дистиляційний штатив з чотирма колбами.