Порядок роботи. Робота № 1/2. Визначення тиску насиченої пари індивідуальної рідини динамічним методом

Робота № 1/2. Визначення тиску насиченої пари індивідуальної рідини динамічним методом

Мета роботи. Визначити залежність тиску насиченої пари певної рідини від температури та знайти величини мольної теплоти випаровування.

Методика роботи. Якщо припустити, що поведінка пари описується рівнянням стану ідеального газу, а теплота випаровування не залежить від температури кипіння, то залежність тиску насиченої пари від температури описується рівнянням Клапейрона – Клаузіуса

(1)

що після інтегрування дає

(2)

Таким чином, для визначення теплоти випаровування необхідно мати залежність тиску насиченої пари від температури.

1. На робочому столі зібрати та підготувати до роботи експериментальний пристрій (рис 1). Під наглядом викладача (інженера) перевірити стан усіх її основних вузлів (шліфи, крани, системи електро- та водоживлення та ін.).

2. У реактор 1 додати декілька гранул неглазурованої порцеляни, щоб запобігти місцевим перегрівам, та залити близько 50 мл рідини, що досліджується. У підготовленому стані реактор з термометром 2 перенести в термостат 3 та за допомогою шліфів та кранів 4 та 5 з'єднати з холодильником 6, вакуумною системою, манометром та атмосферою. Пересвідчившись у надійності герметичності зібраного пристрою, увімкнути термостат. За заданого значення зовнішнього тиску і температури води в термостаті рідина в реакторі нагрівається. Початок кипіння рідини супроводжується інтенсивним виділенням бульбашок пари. У цей час необхідно слідкувати за температурою. У таблицю попередніх даних слід записати лише такі значення температури (до десятих часток градуса) і рівнів ртуті у колінах манометра h₁ та h₂, що далі вже не змінюються, а при цьому частота крапель конденсату з холодильника становить 2-3 с. Друге і наступні вимірювання P_пари і температури здійснюються після підвищення зовнішнього тиску в реакторі на 20-25 мм рт. ст. (за сумою h₁ + h₂). Операцію з підвищення тиску треба виконувати обережно, щоб уникнути різкого перенесення ртуті в праве коліно манометричної трубки, а то й навіть її викидання до пастки 7. Слід мати на увазі, що верхнє значення T_кип даної речовини в умовах досліду залежить не лише від тиску в реакторі, але й від природи рідини та можливостей самого термостата.

3. Для зміни тиску насиченої пари в умовах досліду вакуумування реактора проводити доти, доки рівень ртуті в манометрі не підніметься до верхньої позначки на його шкалі ліворуч (h₁). Після кожного встановлення теплової рівноваги між двома фазами "рідина — пара" записати рівні ртуті на манометрі та показання термометра. Усього мас бути 9-12 точок. Дослід закінчують тоді, коли температура води в термостаті досягне 80-85 °С.

4. За рівнянням знайти значення тиску насиченої пари, що відповідає певному значенню температури, та побудувати графіки: P_пари – t, °C та lnP_пари – 1/T.

5. За допомогою графіка знайти значення мольної теплоти випаровування рідини, що досліджується, та порівняти з величиною, що задається наближеним рівнянням за правилом Труттона:

де індекс “н.т.к” означає температуру кипіння за нормальних умов.

6. За допомогою методу найменших квадратів (МНК) знайти числові значення коефіцієнтів А і В та скласти рівняння прямої лінії типу

(3)

7. З величини коефіцієнта А, визначеного за МНК, обчислити більш точне значення мольної теплоти випаровування і порівняти з величиною, знайденою із експериментального графіка за схемою п. 5.

Рис. 1. Схема експериментального пристрою для вимірювання тиску насиченої пари: 1 - реактор; 2 - термометр; 3 - термостат; 4, 5 -крани; 6 - холодильник; 7 – пастка.

8. Отримавши рівняння прямої за МНК, знайти виправлені значення lnP’_пари, що відповідають заданим значенням T, нанести на графік та провести пряму.

9. За рівнянням (3) знайти температуру кипіння досліджуваної рідини за нормального атмосферного тиску, отриману величину порівняти з довідковою.

10. Оцінити похибку вимірювань.

Інтегрування диференціального рівняння Клаузіуса -Клапейрона у вузькому температурному інтервалі приводить до рівняння

(4)

звідки

(5)

Після диференціювання і логарифмування цього рівняння отримаємо:

(6)

Наприклад, для CCl₄ за T₁ = 313 К і T₂ = 323 К; P₁ = 216 мм рт. ст. і P₂ = 317 мм рт. ст.

Видно, що за точності вимірювання температури ±0,5 °С та точності вимірювання тиску ±0,5 мм. рт. ст. основний внесок у похибку визначення мольної теплоти випаровування досліджуваної рідини робить інтервал температур. За T₂ – T₁ = 10 °C відношення становить ±10%.

Отже, в лабораторних умовах довести величину похибки до 2-3 % можна, якщо температурний інтервал становитиме 40-50 °С.

11. Вихідні дані, результати проміжних та кінцевих розрахунків занести в таблицю за схемою

№

Pбар

Температура

h1

h2

h1+h2

Pпари = Pбар – (h1+h2)

lnPпар

(10^3/T)^2

lnPпари ∙ (10^3/T)

lnP’ (за мнк)

t, °C

T, K

10^3/T

Література: [21, с. 61-66, 68, 69].

Дата добавления: 2015-05-24