a–22 wyznaczanie entalpii parowania wody

A–22
WYZNACZANIE ENTALPII PAROWANIA WODY
Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest wyznaczanie entalpii parowania wody na podstawie
zależności prężności pary nasyconej od temperatury wrzenia, korzystając z
prawa Clausiusa-Clapeyrona.
Zagadnienia: Entalpia. Przemiany fazowe ciecz – gaz w układzie jednoskładnikowym.
Ciepło przemiany fazowej, entalpia parowania. Prężność pary cieczy.
Równanie Clausiusa-Clapeyrona. Równanie Antoine’a. Reguła Troutona.
Wpływ ciśnienia zewnętrznego na prężność pary nasyconej nad cieczą.
Sprzęt:
Odczynniki:
elektroniczny miernik ciśnienia APAR tensometryczny
woda destylowana
czujnik ciśnienia,
termometr 50-100 °C z podziałką 0,2 °C
płaszcz grzejny,
autotransformator,
podciśnieniowa aparatura szklana, pompa próżniowa (ssak),
pipety jednomiarowe 50 cm3, 10 cm3, 5 cm3
UWAGA: Celem prawidłowego wykonania ćwiczenia należy zapewnić szczelność
każdego połączenia w podciśnieniowej aparaturze szklanej.
Przy pierwszym pomiarze należy regulować ciśnienie przy pomocy pompy, tak by
otrzymać wartość maksymalną ciśnienia. Pierwsze uruchomienie podciśnieniowego
układu szklanego należy wykonać w asyście prowadzącego zajęcia.
Wykonanie ćwiczenia:
1. Dokładnie zapoznać się z podciśnieniową aparaturą szklaną oraz wszystkimi połączeniami
w niej występującymi.
2. Do kolby pomiarowej układu szklanego wlać 50 cm3 wody destylowanej. Termometr
umieszczony w kolbie nie może być zanurzony w wodzie.
M.Ch./E.Z.
1
3. Zamknąć kran łączący układ szklany z atmosferą, otworzyć kran łączący układ z pompą
próżniową (ssakiem). Włączyć miernik ciśnienia.
4. Odpompować powietrze z układu szklanego, tak by osiągnąć najniższe ciśnienie
wewnątrz układu. Zamknąć kran łączący układ z pompą próżniową i wyłączyć pompę.
5. Włączyć płaszcz grzejny kolby pomiarowej i obieg wody w chłodnicy.
6. Po osiągnięciu temperatury wrzenia w kolbie pomiarowej i ustabilizowaniu się wskazań
termometru oraz manometru odczytać jednocześnie temperaturę i ciśnienie w układzie
szklanym.
7. Delikatnie otworzyć kran łączący układ z atmosfera, wpuścić do układu nieco powietrza,
tak by ciśnienie wewnątrz układu szklanego wzrosło o około 0,05 V. Wykonać pomiar
temperatury wrzenia według p.5.
8. Wykonać ok. 20 - 30 pomiarów (wpuszczając powietrze do układu szklanego, tak aby ciśnienie
wzrastało za każdym razem o około 0,05 V) pod coraz wyższym ciśnieniem, a ostatni pomiar
wykonać pod ciśnieniem atmosferycznym (tj. kran łączący układ szklany z atmosferą
otwarty).
9. Pomiary powtórzyć trzykrotnie.
10. Wartość ciśnienia atmosferycznego w danym dniu pomiarowym odczytać na barometrze.
Opracowanie wyników:
1. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli zawierającej następujące dane: temperatura,
ciśnienie, logarytm ciśnienia.
2. Wykonać wykres zależności ciśnienia zredukowanego od temperatury, p~ = f (T), oraz
logarytm ciśnienia zredukowanego od odwrotności temperatury, ln p~ = f (1/T), gdzie
ciśnienie zredukowane, p~ , opisane jest zależnością:
p
~
p=
p0
p - prężność pary nasyconej, p0 - ciśnienie standardowe (1013 hPa)
3. Wyznaczyć równanie prostej ln p~ = f (1/T) metodą najmniejszych kwadratów.
4. W oparciu o równanie Clausiusa-Clapeyrona – prostoliniową zależność ln p~ = f (1/T),
obliczyć entalpię parowania wody.
4. Wyznaczyć błąd obliczonej entalpii parowania wody oraz przeprowadzić dyskusję błędów.
M.Ch./E.Z.
2
Równanie kalibracyjne manometru elektronicznego APAR, czujnik 0,05 MPa, kanał
pomiarowy 2:
p = 1013 +
U [mV] − 11,6
[hPa]
1.983
Literatura:
1. L.Sobczyk, A.Kisza, K.Gatner, A.Koll, „Eksperymentalna chemia fizyczna” PWN
Warszawa 1992.
2. L.Komorowski, A.Olszowski, Chemia Fizyczna, tom 4, Laboratorium Fizykochemiczne,
PWN Warszawa 2013.
3. J.Bryłka, „Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej”, Skrypt Wyższej Szkoły
Inżynieryjnej w Radomiu, Radom 1983.
4. E.Dutkiewicz, „Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej”, Wydawnictwo Naukowe
UAM, Poznań 1997.
M.Ch./E.Z.
3