Presión de vapor y entalpía de vaporización del agua

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR

PRESIÓN DE VAPOR Y ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

PROBLEMA

Determinar la entalpía de vaporización del agua.

OBJETIVOS:

1.- Determinar la presión de vapor del agua a distintas temperaturas.

2.-Determinar la relación volumen-temperatura según la Ley de Charles.

3.- Calcular la entalpía de vaporización del agua usando datos experimentales.

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Datos experimentales. (Tabla 1)

2. Algoritmo de cálculo.

a. Determinar el volumen que ocupa el aire a cada una de las temperaturas de trabajo, aplicando la ley de Charles. Datos registrados en la tabla 1.

Evento 1.

V_2=(V_1/T_1 ) T_2=((3.6 mL)/(273.85 K))353.15=4.64 mL

T1=273.15 +0.7°C=273.85 K

b. Determinar, por diferencia entre el volumen experimental y volumen del aire calculado en el inciso (a), el volumen que ocupa el vapor de agua dentro de la probeta, a cada una de las temperaturas registradas. Datos registrados en la tabla 1.

Evento 1.

Vvapor = Vgas – Vaire

Vvapor = 4.64 mL – 3.6mL = 1.04 mL

c. Calcular la presión parcial del aire y la presión de vapor del agua, a partir de los valores de fracción mol de los componentes y de la presión total del sistema. Datos registrados en la tabla 1.

Evento 1.

Pparcial aire=V_aire/V_exp x 586 mmHg=(3.6 mL)/(4.64 mL) ×586 mmHg=454.413 mmHg

Pvapor agua=Patm+Pparcial aire=586 mmH-454.413 mmHg= 131.587 mmHg

d. Calcular el logaritmo natural de la presión de vapor y el inverso de la temperatura absoluta. Datos registrados en la tabla 1.

Evento 1.

ln⁡〖P_vap=ln⁡131.587 〗= 4.880

1/T= 1/353.15=2.832 ×〖10〗^(-3)

TABLA 1. Datos experimentales y calculados para la determinación de la presión de vapor del agua en la Ciudad de México.

Tinicial aire 0.7 ºC Vinicial aire 3.6 mL Presión atmosférica _586 mmHg

Evento T

(°C) Vexperimental

(mL) T

(K) Vaire

calculado

(mL) Vvapor

calculado

(mL) Pparcialaire (mmHg) Pvapagua

(mmHg) 1/T

(K -1) ln Pvap

1 80 7.6 353.15 4.642 1.042 454.413 131.587 2.832E-03 4.880

2 77.2 7.4 350.35 4.606 1.006 458.045 127.955 2.854E-03 4.852

3 73.8 7 346.95 4.561 0.961 462.534 123.466 2.882E-03 4.816

4 69.6 6.8 342.75 4.506 0.906 468.202 117.798 2.918E-03 4.769

5 61.6 6.6 334.75 4.401 0.801 479.391 106.609 2.987E-03 4.669

6 54.1 6.4 327.25 4.302 0.702 490.378 95.622 3.056E-03 4.560

7 52.9 6.2 326.05 4.286 0.686 492.182 93.818 3.067E-03 4.541

8 51.1 6 324.25 4.263 0.663 494.915 91.085 3.084E-03 4.512

9 47.7 5.8 320.85 4.218 0.618 500.159 85.841 3.117E-03 4.452

10 44 5.6 317.15 4.169 0.569 505.994 80.006 3.153E-03 4.382

11 41 5.4 314.15 4.130 0.530 510.826 75.174 3.183E-03 4.320

Gráficas.

Gráfica 1. Gráfica de presión de vapor (mm Hg) en función de la temperatura absoluta.

Gráfica 2. Gráfica de ln presión de vapor (mm Hg) en función del inverso de la temperatura absoluta

Gráfica 3. Gráfica de volumen experimental y volumen de aire (mL) en función de la temperatura

ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Al inicia el experimento encontramos que en la parte superior de la probeta se encuentra confinado una muestra de aire, que es una mezcla de gases en proporciones variables (nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (0-7%),

...