PK WIiTCh GR. 34 Zespół nr 1
|
Ćwiczenie: 1 (poprawa) |
Data: 18.01.2001 |
1. Rynduch Zygmunt 2. Mierzwa Rafał
|
Temat: Wyznaczanie ciepła parowania cieczy z pomiarów prężności pary metodą izoteniskopową. |
Ocena: |
Część teoretyczna.
Temperatura wrzenia jest to temperatura, w której prężność pary nad roztworem równa jest ciśnieniu zewnętrznemu.
Pomiaru prężności pary dokonuje się zazwyczaj dwoma metodami:
a) dynamiczną, w której ustala się w aparaturze określone ciśnienie pary nasyconej, a następnie mierzy się temperaturę wrzenia pod tym ciśnieniem;
b) statyczną, w której przy ustalonej temperaturze mierzymy prężność pary nasyconej. Pomiaru dokonujemy dla różnych temperatur. Metodę tą nazywamy też izoteniskopową.
Rys. Schemat aparatury próżniowej do izoteniskopowego pomiaru prężności pary cieczy:
A - manometr rtęciowy, B - zbiornik buforowy, C - izoteniskop, D - naczynko termostatowe,
E - rurka kapilarna, F - mały zbiornik buforowy, G - chłodnica
Opis wykonania ćwiczenia:
Do zbiorniczka K i manometru M izoteniskopu nalewamy toluenu, tak aby jego poziom był w przyblizeniu taki jak na powyższym rysunku. Zanurzamy izoteniskop w naczynku termostatowym, włączamy obieg wody chłodzącej i ustalamy pierwszą temperaturę pomiarową. Przy zamkniętych kranach 1 i 3 oraz otwartym kranie 2 włączamy pompę, a nastepnie wolno otwieramy kran 1, tak aby słup rtęci w manometrze rtęciowym opadał z nieznaczą szybkością. Przy pewnym ciśnieniu przez toluen w manometrze M izoteniskopu zaczną przedostawać się banieczki powietrza znad poziomu toluenu do zbiorniczka K. Przez regulację kranu 1 można szybkość przedostawania się banieczek ustalić na nieznacznym poziomie. Proces odpowietrzania prowadzimy około 5 minut. Po odpowietrzeniu zbiorniczka K odcinamy próżnię przez zakręcenie kranu 1, wpuszczamy do aparatury niewielką ilość powietrza przez chwilowe otwarcie kranu 3, co spowoduje zmniejszenie „rzucania” toluenu w manometrze M. Kolejne otwarcia kranu 3 doprowadzają do wyrównania się poziomów toluenu w manometrze M. Oznacza to, że cisnienie pary nasyconej nad toluenem w zbiorniczku K jest równe ciśnieniu powietrza w aparaturze. To ostatnie odczytujemy na manometrze rtęciowym, jako różnicę poziomów rtęci w milimetrach. Analogicznie postepujemy przy kolejnych temperaturach. Jeżeli jednak w trakcie wyrównywania poziomów toluenu w manometrze M pęcherzyk powietrza przedostanie się do zbiorniczka K, pomiar rozpoczyna się od początku.
Część obliczeniowa.
W ćwiczeniu wyznaczamy ciepło parowania toluenu:
- masa molowa M=92,14 g/mol
- temperatura wrzenia Twrz=110,62 *C
- gęstość d=0,866÷0,867 g/cm3
- entalpia parowania w temp. wrzenia ΔHwrz=43,47 kJ/mol
Lp |
T[K] 310 |
T[K] 315 |
T[K] 323 |
T[K] 328 |
T[K] 334 |
|
p [mmHg] |
p [mmHg] |
p [mmHg] |
p [mmHg] |
p [mmHg] |
1 |
45 |
54 |
75 |
89 |
118 |
2 |
42 |
55 |
73 |
88 |
114 |
3 |
41 |
52 |
72 |
91 |
116 |
4 |
pśred = 42,7 |
pśred = 53,7 |
pśred = 73,3 |
pśred = 89,3 |
pśred = 116,0 |
Lp. |
T [K] |
p [Pa] |
1/T |
lnp |
1 |
310,15 |
5688,9 |
0,00322 |
8,6463 |
2 |
315,15 |
7155,6 |
0,00317 |
8,8756 |
3 |
323,15 |
9777,8 |
0,00309 |
9,1879 |
4 |
328,15 |
11911,1 |
0,00305 |
9,3852 |
5 |
334,15 |
15466,7 |
0,00299 |
9,6464 |
Obliczenia na podstawie równania Clausiusa-Clapeyrona:
-kąt nachylenia prostej
Z regresji liniowej powyższego wykresu odczytujemy kąt nachylenia prostej, którego tangens jest równy współczynnikowi kierunkowemu prostej wykresu.
= -4254,4
H = -8,314 ⋅ (-4254, 4)
H = 35,375 kJ/mol
Wnioski
Wartość tablicowa ΔH toluenu wynosi 33,32[kJ/mol]. Wyznaczona przez nas entalpia parowania toluenu wynosi 35,375[kJ/mol]. Na błąd złożyć się mogło kilka powodów m.in. niedokładnie odczytywana różnica poziomów rtęci w U-rurce, a także przedostanie się pęcherzyków powietrza do zbiorniczka z toluenem. Największą trudność przy pomiarze stanowiło operowanie zaworem doprowadzającym powietrze i to mogła być jedna z głównych przyczyn błędu.