Определение теплоты парообразования жидкостей

Лабораторная работа по теме:

Определение теплоты парообразования жидкостей

Цель работы: Определить среднюю теплоту испарения заданной легколетучей жидкости.

Мы знаем, что для измерения теплоты фазового перехода существуют колориметрические методы. Но в своей работе показали, что теплоту фазового перехода можно определить манометрическим методом по уравнению Клапейрона-Клаузиуса, измеряя температуру перехода жидкости в пар при разных значениях давления.

Жидкость, помещенная в сосуд, объем которого больше объема жидкости, начинает испаряться. Молекулы, покинувшие жидкость, диффундируют в находящийся над ней воздух. Если сосуд закрыт, то со временем между жидкостью и её паром устанавливается динамическое равновесие. Пар насыщен. Давление насыщенного пара зависит от температуры. С повышением температуры давление его увеличивается и может достигнуть давления воздуха над жидкостью. При этом, если в жидкости находятся пузырьки растворенного воздуха, жидкость начинает испаряется не только со своей поверхности, но и в пузырьки. Пузырьки разрастаются и всплывают — происходит кипение. При продолжительном кипении жидкость обедняется пузырьками, кипение прекращается, жидкость перегревается. При случайном появлении пузырьков, например, из пор стенок сосуда, кипение происходит со взрывом, при этом температура жидкости несколько уменьшается. В курсе термодинамики выводится уравнение, называемое уравнением Клапейрона-Клаузиуса:

(1)

Уравнение (1) связывает dP — изменение давления и dT — изменение температуры с - удельной теплотой перехода из одного агрегатного состояния в другое. Применим уравнение (1) к переходу жидкость-газ.

Объём газа с некоторым приближением можно взять из уравнения Клапейрона-Менделеева:

.

Тогда получим другой вид уравнения (1):

Теплота испарения сравнительно слаба зависит от температуры, можно считать постоянной и пользоваться интегральной формой уравнения:

(2)

Уравнение (2) в координатах lnP и представляет собой прямую линию с угловым коэффициентом .

Определив из графика уравнения (2) значение углового коэффициента и приравняв его, легко вычислить .

Рис. 1 — 1. Сосуд с испытуемой жидкостью. 2. Обратный холодильник. 3. Водяной термостат. 4. Термометр. 5. Сушилка-сосуд, заполненный. 6. Ртутный манометр. 7. Маностат. 8. Игольчатый клапан. 9. Вакуумный клапан Выполнение работы:

1. Обогащают воздухом испытываемую жидкость, для этого: а) частично откачивают из системы воздух; б) открывают кран игольчатого клапана (8) и очень медленно впускают в систему воздух из атмосферы.

2. Нагревают воду термостата до 75° и ждут 5−7 мин. Для того, чтобы жидкость в сосуде (1) приняла температуру термостата.

3. Откачивая воздух из системы, заставляют испытываемую жидкость закипеть. В момент кипения (появление 3−4 пузырьков из глубины жидкости) фиксируют температуру кипения и высоты и уровней ртути в манометре, не давая жидкости долго кипеть.

Для прекращения кипения немного увеличивают давление в системе 4. Понижая температуру воды в термостате, вначале на 5−7°, а начиная с 50° - на 2−3°путем доливания холодной воды производят 12−15 аналогичных измерений.

Данные измерений представляют в таблице 1.

Таблица 1

фазовый переход клайперон уравнение

?H ист =2.3* tg б*R

Tg б =5.25/3.186=1.65

?H ист =2.3*1.65*8.31=31,54 КДж Вывод: молярная теплота фазового перехода была определена в интервале температур-от 37 до 52 °C и среднее значение составило 31,54 КДж.

Список использованной литературы

1. Миронов Г. С. «Основной органический синтез и нефтехимия Выпуск 5».

2. Физическая и коллоидная химия Учебник для ВУЗов, Хмельницкий Р. А., 2009 г.

3. Физическая химия Учебник для ВУЗов, Зимон А. Д., 2006 г.

4. Физическая химия, Стромберг А. Г., 2009 г.

5. Н. К. Воробьёв, В. А. Гольцшмидт, М. Х. Карапетьянц «Практикум по физической химии», Государственное научно-техническое издательство химической литературы, Москва, 1950.