Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования



Скачать 104.82 Kb.
Дата01.01.2013
Размер104.82 Kb.
ТипЛабораторная работа

Новосибирский государственный университет


Кафедра физической химии

Лабораторная работа Ф-1



Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования

Выполнили: А.Е. Арзамасцев

Р.А. Бредихин

Проверил: д.х.н. А.Г.Степанов


Новосибирск, 2005
Теоретическая часть.
Фаза - часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела и характеризующаяся в отсутствие внешнего поля сил одинаковыми физическими и химическими свойствами во всех своих точках. При не слишком высоких давлениях, когда газы полностью смешиваются друг с другом, в системе может быть только одна газовая фаза, но несколько твердых и жидких фаз.

Компонент - индивидуальное химическое вещество, которое может быть выделено в чистом виде.

Вариантность системы — число независимых термодинами­ческих переменных, которые можно независимо изменять, сохраняя фазовый состав (число фаз) системы.

Правило фаз даёт следующую связь между вариантностью системы (W), числом независимых химических компонентов (К') и числом фаз (Ф):

w = К' - Ф +2.

Парциальная мольная величина - это частная производная от любой экстенсивной переменной Ф по количеству i-гo компонен-та (в молях) при постоянных давлении, температуре и числах молей остальных компонентов системы:



Парциальные мольные величины компонентов при постоянныx P и Т связаны уравнением Гиббса-Дюгема:



Уравнение Гиббса-Дюгема показывает, что изменения парциальных мольных величин при изменении состава системы являются взаимосвязанными.
Правило фаз Гиббса. Если система состоит из K компонентов и Φ фаз, то вариантность системы равна:

W= К- Ф + 2 - r – q,

где r – число независимых химических реакций, не считая простых переходов химических веществ из одной фазы в другую, а q – количество ограничений на число переменных.

Фазовые равновесия в однокомпонентной системе

В связи с постоянством состава однокомпонентной системы химический потенциал индивидуального вещества совпадает с мольной энергией Гиббса. В однокомпонентной системе условием равновесия между двумя фазами при постоянстве давления и температуры является равенство мольных энергий Гиббса компонентов в сосуществующих фазах. Если температура изменяется при постоянном давлении или давление изменяется при постоянной температуре, то равновесие нарушается и одна из фаз исчезает.


Условие сосуществования двух фаз при одновременном изменении давления Р и температуры Т задаётся уравнением Клапейрона

(1)

где ΔΗф.п. - мольная энтальпия равновесного фазового перехода (например, испарения), ΔVф.п. - разность мольных объёмов фаз, находящихся в равновесии.

В случае равновесия жидкость-пар уравнение (1) можно уп­ростить, считая, что мольным объёмом жидкой фазы можно пренебречь по сравнению с мольным объёмом пара. Подставляя в уравнение (1) ΔVф.п. = (Vnap-Vж) Vпар = RT/P, получаем уравнение Клаузиуса-Клапейрона


(2)


П
олагая теплоту испарения постоянной величиной (что вполне допустимо в небольшом интервале температур), можно проинтегрировать уравнение (2):


(3)

Здесь Ρ0 и Т0 - фиксированные значения температуры и дав­ления, при которых возможно равновесие жидкость-пар. Если выбрать Ро = 1 атм, то Т0 - это нормальная температура кипения, а ΔS0 = ΔН0/ Т0 - энтропия испарения при нормальной температу­ре кипения.

Уравнение (3) даёт зависимость Р от Т на линии равновесия фаз. По этому уравнению можно рассчитать энтальпию испарения, исходя из значений давления пара при двух разных температурах Т и Т0. Зависимость давления насыщенного пара от температуры в координатах (ΙnΡ)-(1/Τ), представляет собой прямую линию, из наклона которой можно определить ΔНисп.

Методы изучения зависимости давления пара от температуры

При изучении равновесий жидкость-пар необходимо точно определить температуры кипения и составы сосуществующих фаз.

Для изучения зависимости Р от Т в однокомпонентных системах наиболее широко применяют два метода: определение давления пара при заданной температуре (статический метод) и измерение температуры кипения при постоянном давлении (динамический или эбулиометрический метод). В нашей работе использовался эбулиометрический метод.

Эбулиометрический метод. Точное определении температуры кипения жидкости при Р = const сопряжено с рядом трудностей, обусловленных тем, что нижние слои жидкости обычно бывают перегреты, а пар в верхних частях прибора может быть переохлажденным. Для устранения этих трудностей применяются приборы, называемые эбулиометрами. Чаще всего применяют эбулиометр Свентославского, представляющий собой циркуляционный прибор, в котором измеряется температура жидкости, конденсирующейся на шарике термометра. Эбулиометрический метод применяется при исследовании жидкостей, кипящих без разложения.

Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования

В работе изучается равновесие между жидкостью и паром в однокомпонентной системе. Зависимость давления пара от температуры кипения изучают эбулиометричееким методом. В данной работе применяют эбулиометр Свентославского (схема эбулиометра приведена на рис. 13). Исследуемая жидкость заливается в куб 1 через отверстие 2. Куб обогревается спиралью из нихрома, которая подключается к сети через ЛАТР. Парожидкостная смесь орошает термометрический карман 4. На карман напаяна спираль для увеличения времени контакта смеси с термометром. В карман залито небольшое количество ртути для улучшения теплообмена. Пространство 5 служит для разделения жидкости и пара (сепарационное пространство). По трубке 6 жидкость попадает обратно в куб. Пары конденсируются в холодильнике 7 и через счетчик капель 8, предназначенный для контроля за интенсивностью кипения, сконденсированная жидкость возвращается обратно в куб.

Эбулиометр присоединяется к системе регулирования давления.

Ход работы
В данной работе изучали зависимость давления насыщенного пара н-пропилового спирта от температуры. Давление изменяли в диапазоне 213 –760 торр, при этом температура кипения н-пропилового спирта составляла 337,2 – 366,2 К.

Для определения температуры кипения применяли эбулиометр Свентославского. В куб налили приблизительно 70мл н-пропилового спирта CH3-CH2-CH2-OH. С помощью форвакуумного насоса в системе создали пониженное давление. Через лабораторный трансформатор включили нагревательный элемент, представляющий собой нихромовую спираль. Жидкость в кубе доводили до равномерного кипения, что определяли по интенсивности и частоте падения капель из холодильника эбулиометра. При этом записывали показания термометра эбулиометра. После этого воздушный кран эбулиометра немного приоткрывали для увеличения давления в системе и измеряли температуру кипения при новом значении давления. Точное значение давления определяли ртутным манометром.

При расчетах использовались следующие формулы:






Экспериментальная часть



При последовательном изменении давления от 213 до 760 торр в системе были получены следующие значения температуры кипения н-пропилового спирта (таблица 1).

Таблица 1


Давление по манометру

атмосферное давление P0, торр

температура кипения, К

Средняя разность высот

Давление в системе, торр

ln (P/P0)

1000/T

левый столбик

правый столбик

530

564

760

337,2

547

213

-1,272

2,97

548

518




337,5

533

227

-1,208

2,96

471

498




341,8

484,5

275,5

-1,015

2,93

441

417




346

429

331

-0,831

2,89

390

369




349,1

379,5

380,5

-0,692

2,86

348

333




351,2

340,5

419,5

-0,594

2,85

261

258




355,6

259,5

500,5

-0,418

2,81

217

210




357,7

213,5

546,5

-0,33

2,8

158

156




360,2

157

603

-0,231

2,78

101

105




362,3

103

657

-0,146

2,76

42

51




364,4

46,5

713,5

-0,063

2,74

0

0




366,2

0

760

0

2,73


Видим, что температура кипения пропилового спирта возрастает с увеличением давления. Используя уравнение Клапейрона-Клаузиуса, мы можем определить такие термодинамические характеристики фазового перехода, как энтальпия и энтропия. Действительно, построив график зависимости величины ln (P/P0) от (1000/T) и сделав приближение по методу наименьших квадратов, мы получим соответствие уравнению Клапейрона-Клаузиуса в приближении, что теплота испарения не зависит от давления и температуры в рабочем интервале. По МНК были получены следующие значения (таблица 2). Величина R = 8,31 Дж/(моль*К).

Таблица 2

k

-5,31

Связь с ТД величинами

k=-H/1000R

Значение H (исп), кДж/моль

44

Ошибка

H, кДж/моль


13

b

14,52

b=S/R

Значение S (исп), Дж/(моль*К)

121

S, Дж/(моль*К)

38




Рассчитанное значение энтропии фазового перехода можно определить как отношение величины энтальпии фазового перехода к температуре фазового перехода. S0исп=120,2 Дж/(моль*К).

Табличное значение S0(ж)=192,88 Дж/(моль*К). Рассчитали значение S0(г)=S0(ж)+∆S0исп. Полученное значение S0(г)=313,08 Дж/(моль*К). Табличное значение S0(г)=324,80 Дж/(моль*К), то есть находится в пределах, определяемых ошибкой измерения энтальпии испарения – (277,53; 348,53) Дж/(моль*К).

Изменение внутренней энергии при испарении определили по формуле Насыщенный пар можно условно считать идеальным газом. Объёмом жидкости по сравнению с объёмом пара можно пренебречь. Таким образом, Vисп ≈ 0,03 м3. Изменение внутренней энергии составило Uисп40,96 кДж/моль. Тогда энергия межмолекулярного взаимодействия  приблизительно 8,2 кДж/моль.

Похожие:

Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования icon2. 5 Изучение фазового перехода испарение-конденсация
Цель работы: изучение фазовых переходов испарение – конденсация; определение зависимости давления насыщенного пара и теплоты парообразования...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЗадание № Определение относительной и абсолютной влажности воздуха с помощью психрометра Августа
Оборудование: психрометр, волосной и конденсационный гигрометры, пипетка, эфир, сосуд с водой, таблица зависимости давления насыщенного...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЛабораторная работа №3 измерение теплоты плавления и определение изменения энтропии при кристаллизации металла
Емпературы металла от време-ни при охлаждении в широком интервале температур, включа-ющем температуру плавления. Получение температурно-вре-менной...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconБилет №1 Какое количество теплоты надо передать свинцовому цилиндру массой 200 г, чтобы нагреть его от комнатной температуры 20° с до 100° С? Билет №2
Давление водяного пара при температуре 20° с равно 0,61 кПа. Давление насыщенного водяного пара при этой температуре равно 2,33 кПа....
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЛабораторная работа №09 изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры и определение ширины запрещенной зоны
Твердые тела, по своему удельному сопротивлению , могут быть разделены на три больших класса: металлы (проводники), полупро­водники...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЛабораторная работа №6 определение температурной зависимости коэффициента вязкости жидкости
Целью работы является измерение коэффициента вязкос-ти жидкости методом Стокса и получение эмпирической за-висимости вязкости от...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЛабораторная работа № определение термического коэффициента сопротивления металлов
При изменении температуры проводника изменяется его сопротивление. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconТепло-гидравлический расчет активной зоны
Цель расчета: определение изменения температур по активной зоне, расчет максимальной температуры оболочки и топлива, определение...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconИзучение изотермического процесса реального газа
...
Лабораторная работа ф-1 Определение зависимости давления насыщенного пара от температуры и расчёт теплоты парообразования iconЛабораторная работа Измерение температуры по излучению Петрозаводск, 2012 Задание
Оценить цветовую температуру лампы накаливания в видимом диапазоне спектра 400–700 нм и яркостные температуры на границах интервала....
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org