KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

Like dokumenter
Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 2. Partiell molar entalpi

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 1. Partielle molare volum

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 4. Tokomponent - faselikevekt

Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Oppgave 1. Bestemmelse av partielle molare volum

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 5. Standard reduksjonspotensial

Laboratorieoppgave 4: Tokomponent faselikevekt

Laboratorieoppgave 1: Partielle molare volum

Oppgave 4. Tokomponent faselikevekt

Laboratorieoppgave 5: Standard Reduksjonspotensial. Åge Johansen Ole Håvik Bjørkedal Gruppe 60 1.

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Oppgave 5. Standard elektrodepotensial

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Gravitasjonskonstanten

Bestemmelse av skjærmodulen til stål

TKP4110 Kjemisk reaksjonsteknikk Biodieselproduksjon i batch-reaktor

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

Eksperiment 14; Grignard reaksjon: Syntese av trifenylmetanol

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

Løsningsforslag til øving 10

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Varmepumpe. Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge

KJ2053 Kromatografi Oppgave 5: Bestemmelse av molekylmasser ved hjelp av eksklusjonskromatografi/gelfiltrering (SEC) Rapport

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

BESTEMMELSE AV TYNGDENS AKSELERASJON VED FYSISK PENDEL

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 6 SIDER MERKNADER: Alle deloppgaver vektlegges likt.

TKP 4105 Separasjonsteknikk (kontinuasjonseksamen) 16. august 2005

Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

Fasit til norsk finale

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

Mal for rapportskriving i FYS2150

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

BESTEMMELSE AV TYNGDENS AKSELERASJON VED FYSISK PENDEL

EN LITEN INNFØRING I USIKKERHETSANALYSE

TEMA: Damp/Væske-likevekter og Flash-Separasjon. Løsningsforslag:

MOT310 Statistiske metoder 1, høsten 2006 Løsninger til regneøving nr. 8 (s. 1) Oppgaver fra boka:

KJ2050 Analytisk kjemi, GK

Øving 12 TKP

Oppgave 3 -Motstand, kondensator og spole

Detaljert modellering av 'gas blowby'

HØGSKOLEN I STAVANGER

(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE. (51) Int Cl. Patentstyret

Hvordan temperatur påvirker reaksjonshastigheten til knekklys

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Oppgave 1. Svaralternativer. Oppgave 2. Svaralternativer

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 4: Analyse av løselighet og utfelling Gruppe 5

Vannbølger. 1 Innledning. 2 Teori og metode. Sindre Alnæs, Øistein Søvik Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge. 12.

2. Termodynamikkens lover Termodynamikkens 1. lov Energiutveksling i form av varme og arbeid Trykk-volum arbeid

Løsningsforslag til øving 1

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Løsningsforslag Øving 4

Quiz fra kapittel 1. Characteristics of the atmosphere. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

Eksperiment 12; Oksidasjon av isoborneol til Kamfer

Kraft på strømførende leder

Experiment Norwegian (Norway) Hoppende frø - En modell for faseoverganger og ustabilitet (10 poeng)

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Øving 1 TMA Grunnleggende dataanalyse i Matlab

Statisk magnetfelt. Kristian Reed a, Erlend S. Syrdalen a

HØGSKOLEN I STAVANGER

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Varmepumpe. Innledning. Teori. Tobias Grøsfjeld Espen Auseth Nilsen Peter Kristoersen. 1. desember Generell teori

Oppgave 1. Det oppgis at dersom y ij er observasjon nummer j fra laboratorium i så er SSA = (y ij ȳ i ) 2 =

Øgrim Bakken Pettersen Skrindo Dypbukt Mustaparta Thorstensen Thorstensen. Digitalt verktøy for Sigma 2P. Microsoft Excel

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

Løsningsforslag Øving 1

Preparativ oppgave Ammoniumjern(III)sulfatdodekahydrat NH 4 Fe(SO 4 ) 2 12 H 2 O. Audun Formo Buene Lab 1 Plass 17

Alkener fra alkoholer: Syntese av sykloheksan

Øvelse 4. Fredrik Thomassen. Rapport: Woods metall eller faseoverganger. Naturfag

Preparativ oppgave i uorganisk kjemi

Elektriske kretser. Innledning

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 15. august 2011 Tid:

Eksperiment 10; Etersyntese: Alkylering av paracetamol til Phenacetin

2. Hva er formelen for den ioniske forbindelsen som dannes av kalsiumioner og nitrationer?

Løsningsforslag Øving 8

Teknostart Prosjekt. August, Gina, Jakob, Siv-Marie & Yvonne. Uke 33-34

Utvalgte løsninger oppgavesamlingen

Veiledningshefte for rapportskriving i TFY4102/TFY4104/TFY4106 TFY4115/TFY4120/TFY4125

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

De viktigste formlene i KJ1042

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

NA Dok. 26b Dokumentets tittel: Krav til kalibrering og kontroll av termometre for akkrediterte laboratorier.

Løsninger til innlæringsoppgavene

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl. 10:00 og kl. 12:30

Transkript:

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton Kjetil F. Veium kjetilve@stud.ntnu.no Audun F. Buene audunfor@stud.ntnu.no Gruppe 21 Lab C2-107 Utført 21. februar 2012

Innhold 1 Innledning 3 2 Prinsipp 3 3 Utførelse 4 4 Resultat og diskusjon 6 4.1 Bestemmelse av fordampningsentalpi................. 6 4.2 Usikkerhet i fordampningsentalpi................... 7 4.3 Feilkilder................................. 8 5 Konklusjon 8 A Måleusikkerhet 11 B Måleskjema 12 1

Sammendrag I denne oppgaven er det blitt undersøkt hvordan man kan bestemme fordampningsentalpien for en væske. Dette ble gjort ved å endre trykket, inntil gassfase og væskefase var i likevekt. ln p ble plottet som funksjon av 1/RT, og en lineær regresjon ble gjennomført. Vinkelkoeffisienten for regresjonskurven er verdien for vap H. Fordampningsentalpien til aceton ble bestemt til 25 ± 2 kj/mol, mens litteraturverdien er oppgitt til å være 31 kj/mol. 2

1 Innledning Denne oppgaven ble utført i forbindelse med laboratoriekurs som en del av faget KJ1042 Termodynamikk GK med laboratorium ved NTNU våren 2012. Hensikten med oppgaven er å bestemme den molare fordamningsentalpien for aceton. Dette skal gjøres ved å måle damptrykket for aceton ved forskjellige temperaturer. Målingene skal gjennomføres i et vakuumsystem, slik at man kan oppnå lavere trykk enn atmosfæretrykket. Fordampningsentalpien bestemmes ved hjelp av Clausius-Clapeyrons ligning (2.1), som beskriver sammenhengen mellom trykk, temperatur og fordampningsentalpi. 2 Prinsipp Fordampningsentalpi er den varmemengden som må tilsettes en bestemt væske for å få den over i gassfase. Dette skjer under betingelsen konstant trykk. Temperaturen ved denne overgangen vil være lik kokepunktet for væsken ved det aktuelle trykket. Fordampningsentalpien kan bestemmes ved å undersøke sammenhengen mellom temperaturvariasjonen og damptrykket over væsken. Denne sammenhengen er gitt ved Clausius-Clapeyrons ligning: lnp = vaph RT + K (2.1) hvor p er trykket, vap H er fordampningsentalpien, R er gasskonstanten, T er temperaturen og K er en konstant. Ved å plotte ln p mot 1/RT kan fordampningsentalpien bestemmes fra vinkelkoeffisienten. 3

3 Utførelse Forsøksoppsettet er vist i figur 3.1, som er hentet fra oppgaveteksten i labheftet [1]. Detaljer er beskrevet i tabell 1. Figur 3.1: Apparat for måling av damptrykk og temperatur. A-beholderen med væske, B-lukket kapillar, C-hane til vakuumpumpe, D-hane for å slippe inn luft. Manometeret er ikke vist i figuren, men er koblet mellom systemet og vakuumpumpen. Termometeret målte temteraturen i beholderen (A). Varmespiralen er ikke gitt noe symbol i figuren, men det er innretningen helt til venstre i vannbadet. 4

Tabell 1: Detaljeliste over komponenter i apparaturet Symbol Navn Funksjon A Væskebeholder Holder væsken i systemet. B Kapillar Lite rør med væske hvor dampen fanges. C Vakuumhane Åpner systemet mot vakuumpumpen. Senker trykket. D Luftehane Lufter systemet mot omgivelsene. Øker trykket. Manometer Trykkmåler koblet til vakuumsystemet. Varmespiral Øker temperaturen i vannbadet. Termometer Måler temperatur i væskefasen. Fremgangsmåten er hentet fra labheftet [1]. Referanser i teksten til deler av apparaturet er beskrevet i tabell 1. Kapillaret (B) ble fylt opp med aceton til det var en liten luftboble igjen. Beholderen (A) ble også fylt med aceton. Kapillaret ble deretter snudd og festet til termometeret, fortsatt med en fanget luftboble i toppen av røret. Åpningen på røret røret ble festet omtrent 1,5 cm under væskeoverflaten i beholderen (A). Oppsettet ble senket ned i et vannbad med justerbar temperatur. Hanen (C) som gikk til vakuumpumpen ble åpnet forsiktig, til væsken i kapillaret kokte. For at luftboblen i kapillaret (B) skulle erstattes med damp, kokte væsken i ca. 5 minutter. Hanen (D) ble justert inntil væsken sluttet å koke. Deretter ble trykket finjustert til væskenivået i beholderen (A) og kapillaret (B) var lik. Da væskenivåene var like og hadde stabilisert deg, ble trykket lest av på manometeret, og temperaturen ble notert. Temperaturen i vannbadet ble endret fire ganger, og det ble gjort fem målinger av damptrykk og temperatur. 5

4 Resultat og diskusjon 4.1 Bestemmelse av fordampningsentalpi Måledataene, vist i tabell 2, ble analysert i Excel. Deretter ble lnp plottet som funksjon av 1/RT, som vist i figur 4.1. Ved bruk av lineær regresjon ble trendlinjen bestemt til: y = 24.941x + 20.399 (4.1) Fra Clausius-Clapeyrons ligning (2.1) vil vap H være vinkelkoeffisienten til kurven 4.1 funnet ved regresjon. Det kan derfor leses fra regresjonen at vap H har verdien 24.94 kj/mol. 6

Figur 4.1: Plott av måleverdiene med regresjonslinje. Verdiene ln p er plottet som funksjon av 1/RT, hvor R er gasskonstanten, T er den målte temperaturen, og p er det målte trykket. 4.2 Usikkerhet i fordampningsentalpi Usikkerheten i fordampningsentalpien er funnet ved hjelp av to metoder. Den ene metoden er Gauss feilforplantningslov, hvor standardavviket er vist i ligning (A.5) i appendix A. Denne usikkerhetsverdien ble bestemt til 0.032 kj/mol. Den andre metoden for å finne usikkerheten for fordampningsentalpien er å bruke en innebygd funksjon i Excel, som heter "Analysis Toolpack". Denne metoden gav et standardavvik på 0.991 kj/mol. Utregningene for standardavvikene til ln p og 1/RT er vist i appendix A. De utregnede verdiene er vist i tabell 2 og er lagt inn som feilskranker i figur 4.1. 7

Standardavviket for 1/RT var såpass lite, og oppløsningen i figuren var ikke stor nok til at feilskranken for 1/RT vises i figuren. Når man sammenlikner verdiene fra de to metodene, ser man at verdien fra Gauss feilforplantningslov er svært liten i forhold til standardavviket gitt fra Excel. Dermed ble denne verdien neglisjert. Den totale usikkehet i fordampningsentalpi for aceton er dermed valgt til 2 standardavvik, som gir en verdi for fordampningsentalpien på 25 ± 2 kj/mol. 4.3 Feilkilder Det er flere faktorer som kan ha bidratt til usikkerhet i fordamningsentalpien. Avlesningsfeil av temperaturen er en mulig feilkilde, såvel som ukalibrerte måleinstrumenter. Det var også litt utfordrende å se når væskenivåene var like, så dette kan ha påvirket usikkerheten i verdien for trykk. Det er også mulig at acetonen ikke var helt ren, noe som vil påvirke fordampningsentalpien. Det er naturlig å anta at disse feilkildene er med på å bidra til at den bestemte verdi for fordamningsentalpien til aceton (25 ± 2 kj/mol) er noe avvikende fra litteraturverdien [2] (31 kj/mol). 5 Konklusjon Fordampningsentalpien til aceton ble bestemt til å være 25 ± 2 kj/mol. Litteraturverdien [2] for fordampningsentalpien er 31 kj/mol. Resultatet er i samme størrelseorden som litteraturverdien, så det er naturlig å kunne anta at forsøket var vellykket. Avviket fra litteraturverdien kan skyldes feilkilder som ukalibrert måleutstyr og avlesningsfeil. 8

Symbolliste Symbolene brukt i rapporten er samlet og beskrevet i listen under. Symbol Dimensjon Betegnelse vap H kj/mol Fordampningsentalpi p Pa Trykk R J K 1mol 1 Gasskonstanten T K Temperatur s lnp Pa Standardavvik for ln p s 1/RT mol/kj Standardavvik for 1/RT n mol Stoffmengde J kg m 2 s 2 Energi Trondheim, 27. februar 2012 Kjetil F. Veium Audun F. Buene 9

Referanser [1] Kjelstrup, S.; Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. utgave, Tapir Akademiske Forlag, Kompendieforlaget, 2011. [2] Aylward, G. Findley, T.; SI Chemical Data, 6th edition, John Wiley & Sons Australia, Ltd., 2008. 10

A Måleusikkerhet Usikkerheten til parameter y er gitt ved: s y p ( ) 2 f s χ (A.1) i=1 χ i hvor s χ er standardavviket for komponent i. Usikkerheten for henholdsvis ln p og 1/RT er derfor gitt ved: s lnp = ( ) 2 p (lnp) s 2 p (A.2) s 1/RT = ( T ( )) 2 1 s 2 T RT (A.3) hvor s p og s T ble oppgitt på laboratoriet til å være henholdsvis 100 Pa og 0,1 K. Tabell 2: Måleskjema og usikkerhet T [ C] p [Pa] ln p s lnp 1/RT s 1/RT 17.65 238 10.077440 0.0042 0.000413 1.42 10 7 18.89 248 10.118598 0.0040 0.000412 1.41 10 7 20.01 259 10.161998 0.0039 0.000410 1.40 10 7 21.07 270 10.203592 0.0037 0.000409 1.39 10 7 22.02 276 10.225571 0.0036 0.000407 1.38 10 7 Omforming av Clausius-Clapeyrons ligning gir: vap H = ln prt + KRT (A.4) Usikkerheten til vap H er da gitt ved s vaph = ( vaph p ) 2 s 2 p + ( vap H T ) 2 s 2 T (A.5) 11

B Måleskjema 12