Определение теплоты паробразования легколетучих жидкостей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«

»

Кафедра физической

и аналитической химии

Отчет по лабораторной работе

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРОБРАЗОВАНИЯ ЛЕГКОЛЕТУЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

Выполнил:

___________

Проверил:

________________________

,   2011 г

Цель работы:

1.        Изучить зависимость давления насыщенного пара легколетучей жидкости от температуры.

2.        Вычислить теплоту парообразования легколетучей жидкости на основании опытных данных графическим и аналитическим способом.

3.        Рассчитать изменение энтропии в процессе испарения исследуемой жидкости.

Теоретическая часть

Теплота парообразования – количество теплоты, которое необходимо сообщить определенному количеству вещества при постоянной температуре и давлении, чтобы перевести его из жидкого состояния в пар.

Математическое выражение второго начала термодинамики:- для обратимых процессов:

dS = dQ/T

- для необратимых процессов:

dS> dQ/T

Энтропия фазового перехода определяется по уравнению:

ΔSф.п. = ΔНф.п./Тф.п.

Правило фаз Гиббса  – число степеней свободы  (С)

равновесной термодинамической системы, на которую влияют только

температура и давление, равно числу независимых компонентов (К)

системы минус число фаз (Ф) плюс два.

Математическое выражение правила фаз Гиббса для системы, на равновесие которой влияют только температура и давление:

С = К ─ Ф + 2

В точке О число степеней свободы будет равно С= К-Ф+2=3-Ф=3-3=0

Давление насыщенного пара – это давление, которого молекулы пара, находящегося в равновесии с жидкой фазой, оказывают на стенки сосуда и на поверхность жидкости.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса для описания термодинамики любых равновесных процессов:

dp/dt = ΔHф.п./ТΔV

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса для процессов испарения и возгонки:

d lnp/dT = ΔHисп,возг/RT2

Линейная зависимость ln p  от  1000/Т  имеет вид:

Теплоту парообразования графическим способом можно вычислить по  уравнению:

ΔH = 1000*R*tgα

Теплоту парообразования аналитическим способом можно вычислить по  уравнению:

ΔH = RT1T2ln(p2/p1)/(T2-T1)

Экспериментальная часть

Исследуемая жидкость: этанол

Экспериментальные данные и результаты их обработки

Давление насыщенного пара исследуемой жидкости рассчитывается по формуле

.

Рис.1. Зависимость давления паров этанола от температуры (кривая испарения):

Рис.2. Зависимость .

Расчет теплоты парообразования графическим способом

tg α = (6,3-5,03)/(3,15-2,92) = 1,27/0,23 = 5,523

45907,74 Дж = 45,91 кДж/моль

Расчет теплоты парообразования аналитическим способом

(8,314 Дж/(моль*К)*306К*343К*ln(463.8/37.4)) /(343К – 306К) = 59380,3 Дж = 59,4 кДж/моль

(8,314 Дж/(моль*К)*317К*349К*ln(635,8/149,6))/(349К – 317К) = 41590 Дж = 41,6 кДж/моль

(8,314 Дж/(моль*К)*330К*352К*ln(710,6/276,8))/(352К – 330К) = 41388 Дж = 41,39 кДж/моль

47,45 кДж/моль

Расчет теплоты парообразования по стандартным теплотам образования веществ

Термодинамические свойства веществ

Процесс фазового перехода ________кипение­­­­­­­________________

Тепловой эффект процесса испарения рассчитывается по уравнению

42,18 кДж/моль

Рассчитанные значения теплоты парообразования

различными способами

Расчет погрешности определения теплоты парообразования графическим способом

8,8%

Расчет погрешности определения теплоты парообразования аналитическим способом

12,4%

Более точным оказался графический способ расчета, так как в графическом способе учитываются неточности всех значений функции при прокладывании прямой в графике, и конечное значение получается более усредненным. А при аналитическом способе учитываются лишь несколько значений температуры и несколько значений давления, поэтому конечное значение получается менее усредненным и менее приближенным к теоретическому значению.

Расчет энтропии процесса испарения

42,18 *103 Дж/моль/351,4 К = 120,03 Дж/моль*К.

Рассчитанное значение энтропии (изменение энтропии) составило 120,03 Дж/моль*К, следовательно в процессе парообразования «мера беспорядка» увеличивается, как и должно быть при испарении. Также данное значение указывает на то, что молекулы ассоциируют, так как значение энтропии значительно отклонено в положительную сторону от значения многих недиссоциированных легколетучих жидкостей (88±4) Дж/моль·К (константа Трутона).

Вывод: Мы изучили зависимость давления насыщенного пара от температуры и выяснили, что с увеличением температуры давление тоже значительно увеличивается.

Также вычислили теплоту парообразования разными способами, и выяснили, что графический метод более точный, и причина этого расписана выше.

Рассчитали энтропию процесса парообразования, и опытным путем убедились, что при переходе системы из жидкого агрегатного состояния в газообразное, энтропия увеличивается, так как изменение энтропии положительно.

2