P water

Report
ปฏิบตั ิ การเคมีทวไป
ั่ I
การทดลองเคมีแบบย่อส่วน
Rudolf Clausius
Claypeyron
การทดลองที่ 5
ความดันไอและความรอนแฝงของ
้
การเกิดไอ
ความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอ
ิ อนแฝงของการ
ของของเหลวกับอุณหภูมความร้
dP H vap

T V
ความดันไอของของเหลว dT
โดยที่ Vvap >>> Vliq
nRT
V
P
n =1
V  Vvap
กลายเป็ นไอของของเหลว
dP 
H vap dT
1
dP 
P
nRT 2
H vapdT
TVvap
Clausius–Clapeyron
relation
 H vap  1 
 C
ln(P) 
R  T 
เราสามารถทาการศึ กษาหาคา่ ΔHvap จาก
Slope ของเส้นตรงระหวาง
Log(P) vs 1/T โดย
่
Log(P
อาศัย)ความสั มพันธดั
์ งนี้
water
Slope = - ∆Hvap
2.303R
 H vap  1

ln(P) 
R  T
y
m

C


xc
1/T
หรือประมาณคาความดั
นไอทีอ
่ ุณหภูมต
ิ างๆ
่
่
จากกราฟหรือคานวณตามสมการ
 H vap  1 1 
P1
  
ln( ) 
P2
R  T2 T1 
การทดลอง นิสิต 2 คนทาการทดลองด
ตอนที่ 1 หาปริมาตรของแก๊สผสม (ไอน้า+
วัอากาศ)
นนี้ ที่ 5 °C และในช่วงอุณหภูมิ 50-80 °C
ตอนที่ 2
หาจานวนโมลของอากาศ
ตอนที่ 3 หา PH2O ในช่วงอุณหภูม ิ 50-80 °C และ
หาความรอนแฝงของการเกิ
ดไอของน้าจาก
้
กราฟ log PH2O vs 1/T
การ
จัดตัง้ อุปกรณ์ การวัดปริมาตร
ทดลอง
ของไอน้าดังรูป
ลวด
อากา
หลอดวัดปรศิ มาตร
เทอร์มอ
มิเตอร์
บีกเกอร์ 250 mL
เครื่องกวน
แม่เหล็ก
ชนิดให้
บรรจุ
น
้
า
กลั
นในบี
่
ก
ขัน้ ตอน
เกอร์
บรรจุน้ากลันใน
่
หลอด
ควา่ หลอดที่บรรจุน้ากลันลง
่
ในบีปรั
กเกอร์
บที่ว่าง (อากาศ) ใน
หลอดให้ได้ ≈1.50 mL (ใช้
ติดหลอดหยด
ตัง้
)
ิ
เทอร์
โ
มม
เ
ตอร์
วัดปริมาตร (ที่ว่าง)
oC
บันทึกปรทีิ ม่ 5าตรช่
วงระหว่าง
คานวณ & สร้าง
ควา่ หลอดที่บรรจุน้ากลันลงในบี
่
กเกอร์
บรรจุน้ากลันให้
่
เต็มหลอด
ระดับน้า
ต้องท่วม
หลอด
ระวัง
ฟองอากาศ
พยามยาม
ให้หลอดตัง้
ตรงใน
แนวดิ่ง
ใช้หลอดหยดบีบอากาศเข้าไปในหลอดเพื่อปรับ
อากาศให้ได้ 1.50-2.00 mL
หลอดหยด
ส่วนที่เป็ น
อากาศ
ความดันภายนอก = ความดันภายในหลอด
Patm = 1.00 atm = Pair + Pwater
ติดตัง้
เทอร์โมมิเตอร์
จุ่มเทอร์โมมิเตอร์ลงในบีกเกอร์แล้ววางให้ได้
ตาแหน่ งดังภาพ เห็นสเกลชัดเจน ใช้ที่จบั บิว
วัดปริมาตร (ที่ว่าง)
ที่ 5 oC
ค่อยๆเติมน้าแข็งพร้อมดูดน้าออก และใช้แท่ง
แก้วคนเบาๆ จนอุณหภูมิใกล้เคียง 5 oC บันทึก
น
า
V ที่ ได้ไปคานวณหา
Pwater  0 atm
อุณหภูมิและปริมาตรอากาศในหลอด
nair นอากาศภายนอกจากบารอม
Patmิ เตอร์= 1.0 atm = Pair
ความดั
บันทึกปริมาตรช่วงระหว่าง 50-80 oC
ค่อยๆ ต้มน้าในบีกเกอร์ให้
ร้อนขึน้ และใช้แท่งแก้วคน
เบาๆ จนอุณหภูมิใกล้เคียง 50
ิ
ิ
น
ทึ
ก
อุ
ณ
หภู
ม
แ
ละปร
ม
าตร
oบั
C
อากาศในหลอด
ต้มน้าในบีกเกอร์ให้ร้อนขึน้ ไป
เรื่อยๆ พร้อมใช้แท่งแก้วคน
เบาๆ บันทึกอุณหภูมิและ
ปริมาตรอากาศในหลอด ที่
อุณหภูมิ 55 – 80 oC อย่างน้ อย 5
การคานวณและการสร้างกราฟ
1. หาจานวน mol ของ Air ที่ อยู่ในหลอด (nair )
ที่อณ
ุ หภูมิ 50c ประมาณว่าน้ากลายเป็ นไอ
น้ อยมาก ดังนัน้
Pair
atm
Pwater ≈ 0 atm
ในหน่วย
Pair ≈ Patm = 1.00
nair = [email protected] V0
RT0
0.082 L atm K-1 mol-1
nair = Patm V0
RT0
2. หา [email protected] ที่ อยู่ในหลอดที่อณ
ุ หภูมิ T1 (อยู่ในช่วง
ที่อณ
ุ หภูมิ T1
วัดปริมาตรได้ V1
[email protected] = nair RT1
V1
แทนค่า nair = Patm V0
RT0
ที่อณ
ุ หภูมิ T1
วัดปริมาตรได้ V1
[email protected] = Patm V0 RT1 = Patm V0T1
V1T0
V
RT
0
1
3. หา [email protected] ที่ อยู่ในหลอดที่อณ
ุ หภูมิ T1
ที่อณ
ุ หภูมิ T1
Patm = Pair @T1 + [email protected] = 1.00 atm
[email protected] = 1.00 atm – [email protected]
4. สร้
างกราฟระหว่
าง 1/T vs
Log(P
)
water
Slope = - ∆Hvap
2.303R
1/T
log [email protected]
logP1 = -ΔHvap + C
2.303 RT1
ตารางบันทึกผลการทดลอง
อุณหภูมิ
V (mL) T (K)
(°C)
80.0
75.0
70.0
65.0
60.0
55.0
50.0
5.0
+ 273.0
Pair
(atm)
Pwater
(atm)
logPwater
1/T
(K-1)
2302115 Gen Chem Lab I : การทดลองที่ 5 ความดันไอและความร้อนแฝงของการกลายเป็ นไอ
ประเมินผลการเรียนรู้ด้วยตนเอง (ทาเครื่องหมาย  ในช่องที่ต้องการ)
หัวข้อ
มาก
ผลการเรียนรู้ที่ได้
ปานกลาง น้ อย ไม่ได้เลย
1. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความดัน/ปริมาตร/
จานวนโมล/และอุณหภูมิได้ตามกฎของแก๊สใน
อุดมคติ
2. แสดงวิธีการหาความดันไอของน้าจากการ
ทดลอง
3. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอของน้า
กับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงได้ตามสมการของ
Clausius-Clapeyron
4. คานวณหา ΔHvapของน้า
5. ยกตัวอย่างการนาค่า ΔHvap มาใช้ประโยชน์
และ....อื่นๆที่ผเ้ ู รียนอยากจะบอกผูส้ อน
2302115 Gen Chem Lab I : การทดลองที่ 5 ความดันไอและความร้อนแฝงของการกลายเป็ นไอ
ฝึ กอ่านสเกลบนหลอดก่อนบรรจุน้า
1. บรรจุน้ากลันในบี
่
กเกอร์ 2. บรรจุน้ากลันให้
่ เต็มหลอด
ระวังฟองอากาศ
Liquid  Gas (Vaporization)
water to water vapor: 540 Cal g-1
 Energy must also be
supplied to overcome
molecular attractive
forces in a liquid.
 As for a solid, this energy is
supplied externally, normally as heat,
and does not increase the
temperature.
 Latent heat of
vaporization is the
amount of heat
required to convert a
unit mass of liquid into
vapor without a
change in
temperature.
 As a fluid changes from liquid to
vapor at its boiling point, its
temperature will not rise above its
boiling point.
Evaporation
Evaporation - Ordinary evaporation is a surface phenomenon - some molecules
have enough kinetic energy to escape. If the container is closed, an equilibrium is
reached where an equal number of molecules return to the surface. The
pressure of this equilibrium is called the equilibrium vapor pressure.
Air inside the container
for which evaporation has
reached equilibrium with
the surface is saturated.
Equilibrium vapor pressure - the equilibrium pressure of a vapor above its liquid
(or solid); that is, the pressure of the vapor resulting from evaporation of a liquid
(or solid) above a sample of the liquid (or solid) in a closed container.
gas-liquid
gas-solid
http://www.vivoscuola.it/us/rsigpp3202/umidita/copie/vappre.htm#c3
The number of molecules leaving
the solid or liquid surface is
equivalent to the number of
molecules condensing back onto
the surface once equilibrium is
reached. The number of molecules
coming and going is temperature
dependent for all substances.
Vapor Pressure
Equal pressure (force per unit
area) exerted initially. P1=P2=1
atm (~ 1000 mb, 760 mm Hg)
Greater pressure (force per
unit area) exerted by gas in
container at later time. P1>P2
P1 P2
P2
P1
100°C
t=0
100°C
Equilibrium Vapor Pressure
t=later
At equilibrium P1-P2 = 1013 mb (760 mm Hg) the equilibrium vapor pressure for water at
100°C. - The pressure inside the closed container
is 2x the atmospheric pressure at this point!
Adopted from http://wine1.sb.fsu.edu/chm1045/notes/Forces/Vapor/Forces05.htm
 H vap  1 
ln(P) 
 c
2.303R  T 
y
m
xc
Clasius-Clapeyron Equation
Log(Pwater)
Slope = - ∆Hvap
2.303R
** How can you
calculate P ?
** T is easy to
measure
1/T
การทดลอง
• ใส่ น้ ำกลัน่ ประมำณ 200 ml ในบีก
เทอร์ มอมิเตอร์
เกอร์ขนำด 250 ml
อากาศ
• พยำยำมให้มีอำกำศในหลอด
ประมำณ 1.5 ml
• ต้มน้ ำให้ที่อุณหภูมิ 50
(ใช้แท่งแก้วคนให้อุณหภูมิสม่ำเสมอ)
• วันปริ มำตรอำกำศในหลอด
• จำกนั้นเพิ่มอุณหภูมิทีละ 5 องศำ
อย่ าทาการคนแรงเพื่อป้องกันไม่ ให้
๐
จนกระทัง่ 80 C และวัดปริ มำตรใน อากาศเข้ าไปในหลอด
หลอด บันทึกผล ( 7 exps.)
• ค่อย ๆ ใส่น ้าแข็ง ลงไปเพื่อให้ อณ
ุ หภูมิต่ากว่า 5 ๐C
เทอร์ มอมิเตอร์
•คานวณโมลของอากาศ
nair 
PatmV
RT
น ้าแข็ง
อากาศ
• คานวณความดันย่อย
Pair  nair
• คานวณความดันของไอน ้า
RT
Vcorr
Pwater  Patm  Pair
* ค่ อย ๆ ใส่ นา้ แข็งเพื่อป้องกันฟองก๊ าซ และถ้ านา้ ล้ นให้ เอาดร๊ อปเปอร์ ดูด
ออก (เช่ นกัน ทาอย่ างระวังเพื่อป้องกันฟองก๊ าซ เข้ าไปในหลอดทดลอง)
ความดันไอของของเหลวสัมพันธ์กบั อุณหภูมิ
ตาม Clapeyron equation
dP = ΔS
dT
ΔV
T = อุณหภูมิ (K)
V = Vvap–Vliq
Hvap = ความร้อนแฝงของการ
เกิดไอ
Clausius–Clapeyron relation
dP H vap

dT TV

similar documents