Работа  №  22. Определение давления насыщенного пара и теплоты испарения чистого вещества

 

Цель работы − расчет теплоты испарения чистого вещества.

 

 Давление насыщенного пара над чистыми жидкостями, теплота их испарения и температура связаны уравнением Клайперона−Клаузиуса:          

 

,                                                        (2.16)

где ΔН_исп − мольная теплота парообразования (изменение энтальпии);

ΔV− разность мольных объемов пара и жидкости.

Используя уравнение Менделеева−Клапейрона

                                      ,

уравнение (2.12) легко преобразовать к виду

 

.

После интегрирования в пределах температур T₁ – Т₂получаем

                                    .                               (2.17)

Таким образом, для вычисления теплоты испарения необходимо изме­рить давление насыщенного пара при двух температурах Т₁ и Т₂.

В данной работе давление насыщенного пара определяется мето­дом уноса пара инертным газом. Сущность метода заключается в следующем: через испытуемую жидкость, находящуюся при постоянной температуре, медленно пропускается газ (не растворяющийся в дан­ной жидкости и не взаимодействующий с ней), при этом газ насыщается парами вещества и увлекает его из сосуда.

По объему пропущенного газа V, количеству исследуемого ве­щества, перешедшего в пар g, и молекулярной массе вещества М определяют давление насыщенного пара вещества при данной темпера­туре. Определение давления насыщенного пара при двух температурах позволяет рассчитать теплоту испарения.

Опыт осуществляется на установке, схема которой приведена на рис. 2.3.

 

 

 

                                              Рис. 2.3

 

 Сосуд для испарения (9) помещают в термостат (8), где поочередно поддерживаются две различные температуры, измеряемые термометром (6), при которых определяют давление насыщенного пара.

Инертным газом служит сухой воздух, который вытесняется из газометра (1) водой, поступающей в него через воронку (3) при открывании крана (2). Воздух осушается в процессе прохождения через колонку с хлористым каль­цием (11), поставленную на пути от газометра к сосуду (9). Сосуд с помощью резиновой трубки (10) соединяется с осушительной колонкой − тубусом (5), через который воздух поступает в сосуд (не путать с тубусом 7, через который воздух покидает его!).

Объем пропускаемого воздуха V определяется объемом воды, наливаемой в воронку. Воздух должен проходить через систему мед­ленно, чтобы обеспечивалось полное его насыщение испытуемым веществом.

Это насыщение достигается при условии, если скорость воздуха не превышает 2л/час, что соответствует прохождению примерно 120 пузырьков воздуха в минуту через прибор (9). Скорость воздуха регулируется краном (4).

Сопротивление, оказываемое всей системой проходящему через нее воздуху, определяет необходимость создания в газометре некоторого избыточного (по отношению к атмосферному) давления , которое фиксируется с помощью манометра (12).

Количество испарившегося вещества определяют по разности масс сосуда (9) с веществом до и после эксперимента.

Внешнее давление ризмеряется ртутным барометром в начале эксперимента и показание его проверяется в конце эксперимента.

В показание барометра вносится поправка на температуру. Зна­чение температурных поправок , которые следует вычитать из показаний барометра, приведены в таблице. Здесь же даны значения давления насыщенного пара воды , которые надо вычитать при расчете давления сухого воздуха.

Порядок выполнения работы

 

1. Взвесить сосуд (9) с исследуемым веществом (этиловый спирт, серный эфир) на аналитических весах (тубусы 5 и 7 должны быть закрыты пробками).

2. Собрать установку по приведенной схеме и погрузить сосуд в термостат.

3. Измерить температуру в термостате и атмосферное давле­ние р.

4. При закрытом кране (2) влить в воронку 3,5 л воды (объем определить мерным цилиндром).

5. Открыть кран (2) и, отрегулировав скорость тока воздуха краном (4), следить за вытеканием воды из воронки (3).

6. Измерить избыточное давление   по манометру (12).

7.  Когда вода из воронки (3) вытечет, закрыть кран (2), подождать, пока не окончится прохождение пузырьков воздуха через сосуд (9), извлечь его, закрыть тубусы пробками, вытереть фильтровальной бумагой и взвесить на аналитических весах. Проверить температуру и атмосферное давление. В случае изменения показаний, установлен­ных в начале эксперимента, взять для расчетов средние значения.

                       

Расчетная часть

 

Давление насыщенного пара вещества вычисляется по уравнению состояния идеального газа, причем предполагается, что смесь пара вещества с воздухом подчиняется закону Дальтона.

Число молей сухого воздуха, прошедшего через сосуд вычисляется по формуле

,

 

где V − объем вытесненного из газометра воздуха; р − атмосферное давление (показание барометра);   − избыточ­ное давление, отмеченное манометром; − температурная поправка;  − давление насыщенных паров водыпри температуре опыта; Т − абсолютная температура в термостате; q−  потеря в массе вещества (заключенного в сосуд 9 в процессе эксперимента); М– молекулярная масса вещества; р _х − определяемое давление насы­щенного пара.

  Это количество воздуха увлекает за  собой  молей пара иссле­дуемого вещества.

По закону Дальтона парциальное давление газа (пара) равно его мольной доле, умноженной на общее давление. Смесь пара с воз­духом покидает сосуд (9) при общем давлении , следова­тельно

.

 

Давление пара необходимо определить при двух температурах и по уравнению (2.13) рассчитать теплоту испарения.

 

                                                                                                

 

                                                                                      Таблица

 

Темпе- ратура, ^оС	Значения Δр при показаниях барометра							Давление паров воды, Δр3
	720	730	740	750	760	770	780
10	1,25	1,27	1,29	1,30	1,32	1,34	1,35	9,21
11	1,38	1,40	1.42	1,43	1,45	1,47	1,49	9,84
12	1,51	1,53	1,55	1,57	1,59	1,61	1,63	10,5
13	1,63	1,65	1,57	1,69	1,71	1,73	1,75	11,23
14	1,75	1,78	1,80	1,82	1,84	1,87	1,89	11,99
15	1,88	1,90	1,93	1,95	1,98	2,00	2,03	12,79
16   17	2,01   2,14	2,03   2,16	2,06   2,19	2,09   2,22	2,11   2,25	2,14   2,27	2,16   2,30	13,63   14,53
18	2,25	2,28	2,31	2,34	2,37	2,40	2,43	15,48
19	2,38	2,41	2,44	2,47	2,50	2,53	2,57	16,48
20	2,51	2,54	2,57	2,61	2,64	2,67	2,70	17,54
21	2,63	2,67	2,70	2,74	2,77	2,81	2,84	18,65
22 23 24 25 26 27 28	2,76 2,88 3,01 3,13 3,29 3,39 3,51	2,80 2,92 3,05 3,17 3,30 3,43 3,55	2,83 2,95 3,08 3,22 3,35 3,48 3,60	2,87 2,99 3,12 3,26 3,39 3,52 3,64	2,91 3,03 3,16 3,30 3,43 3,56 3,69	2,94 2,94 3,20 3,34 3,47 3,61 3,73	2,98 2,98 3,24 3,38 3,52 3,65 3,78	19,83 21,07 22,38 23,76 25,21 26,74 28,33