Transcript P water
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 xc 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 = Pair@T0 V0 RT0 0.082 L atm K-1 mol-1 nair = Patm V0 RT0 2. หา Pair@T1 ที่ อยู่ในหลอดที่อณ ุ หภูมิ T1 (อยู่ในช่วง ที่อณ ุ หภูมิ T1 วัดปริมาตรได้ V1 Pair@T1 = nair RT1 V1 แทนค่า nair = Patm V0 RT0 ที่อณ ุ หภูมิ T1 วัดปริมาตรได้ V1 Pair@T1 = Patm V0 RT1 = Patm V0T1 V1T0 V RT 0 1 3. หา Pwater@T1 ที่ อยู่ในหลอดที่อณ ุ หภูมิ T1 ที่อณ ุ หภูมิ T1 Patm = Pair @T1 + Pwater@T1 = 1.00 atm Pwater@T1 = 1.00 atm – Pair@T1 4. สร้ างกราฟระหว่ าง 1/T vs Log(P ) water Slope = - ∆Hvap 2.303R 1/T log Pwater@T1 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 xc 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 TV