Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Ход эксперимента.

4. Экспериментальные данные (см. протокол к лабораторной работе).

5. Обработка экспериментальных данных.

6. Вывод.

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах Краткие теоретические сведения

Однокомпонентные системы отражают свойства одного вещества, простого или сложного, химический состав которого постоянен и на свойства которого влияют лишь внешние независимые переменные (температура Т и давление Р). Диаграммы состояния таких систем обычно изображают в координатах Р-Т или P-V.

На рис. 4 в качестве примера изображена диаграмма состояния воды в координатах Р-Т.

Рис. 4. Диаграмма состояния воды при низком давлении.

Линии ОА, ОС и ОВ разделяют диаграмму на три поля, показывающие области существования трех устойчивых агрегатных состояний вещества: твердого, жидкого и газообразного. На линиях диаграммы в равновесии находятся две фазы: на линии испарения (или конденсации) OС – газ и жидкость, на линии плавления (или кристаллизации) ОА – жидкая и твердая фазы, а на линии возгонки (сублимации) ОB – твердая фаза и пары. Каждая линия диаграммы показывает зависимость температуры соответствующего фазового превращения от внешнего давления над жидкой (линия ОС) или твердой (линия ОВ) фазами. Точка О, в которой пересекаются три линии фазовых переходов называется тройной точкой, показывающей температуру Т₀ и давление Р₀, при которых могут сосуществовать в безвариантном равновесии одновременно три фазы.

Для описания переходов между конденсированными фазами (процессы плавления-кристаллизации) применяют следующую форму уравнения Клаузиуса-Клапейрона:

,

где T_m – температура плавления, K; Δ_mH – теплота плавления, Дж/моль.

При фазовых превращениях жидкость – газ (испарение, конденсация) и твердое – газ (возгонка, сублимация), если процесс протекает вдали от критической точки, уравнение Клаузиуса-Клапейрона может быть преобразовано к виду:

или ,

где Δ_vН – теплота испарения, Дж/моль; Δ_sН – теплота сублимации (возгонки), Дж/моль.

При температуре кипения жидкости или температуре, необходимой для возгонки твердого вещества, давление насыщенного пара равно внешнему давлению, поэтому по уравненю Клаузиуса-Клапейрона можно определить зависимость температуры кипения (возгонки) от внешнего давления:

,

которая в координатах lnp – 1/T явлдяется прямолинейной.

По величине углового коэффициента зависимости lnp от 1/T определяют среднюю теплоту процесса испарения и вычисляют изменение энтропии испарения по уравнению:

,

где T_v – температура кипения жидкости при нормальном (1 атм.) давлении, принимая при этом, что в небольшом температурном интервале значение Δ_vН остается постоянным.

По правилу Трутона для многих недиссоциированных жидкостей изменение энтропии составляет 92±4 Дж·моль⁻¹·K⁻¹. Значительные положительные отклонения от этого значения указывают на заметную ассоциацию молекул жидкости.

Лабораторная работа №5. Давление насыщенного пара

Цель работы: определить теплоту и энтропию испарения предложенной жидкости.

Сущность работы. Используя динамический метод измерения давления насыщенного пара, получают экспериментальную зависимость температуры кипения жидкости от давления. По экспериментальным данным строят зависимость в координатах lnp – 1/T. После математической обработки, вычисляют теплоту, изменение энтропии испарения жидкости и ее константу кипения (эбуллиоскопическую постоянную).

Оборудование и реактивы. Колбонагреватель, вакуумный насос, манометр, термометр со шлифом на температурный интервал от 0 до 150°С, колба круглодонная двугорлая объемом 100 мл, обратный шариковый холодильник (Аллина) длиной 25 см, склянка для промывания газов (Вульфа), колба круглодонная с длинным горлом, каплеуловитель, кран трехходовой – 1 шт., кран вакуумный трехходовой – 1 шт., трубка соединительная Т-образная – 3 шт.