题目
在273K和293K时,固体苯的蒸气压分别为3.27kPa和12.30kPa,液体苯在293K时的蒸气压为10.02kPa,液体苯的摩尔蒸发焓为34.17kJ .mol-1。试求(1) 303K时液体苯的蒸气压;(2) 固体苯的摩尔升华焓;(3) 固体苯的摩尔熔化焓。
在273K和293K时,固体苯的蒸气压分别为3.27kPa和12.30kPa,液体苯在293K时的蒸气压为10.02kPa,液体苯的摩尔蒸发焓为34.17kJ .mol-1。试求
(1) 303K时液体苯的蒸气压;
(2) 固体苯的摩尔升华焓;
(3) 固体苯的摩尔熔化焓。
题目解答
答案
解:(1) 由Clausius-Clapeyron方程式可知,dlnp/dT=△vapHm/RT2
lnp2/p1=-△vapHm/R(1/T2-1/T1),
lnp2/10.02=-34.17×103/8.314(1/303-1/293)=0.4629
p2/10.02=1.58867,p2=1.58867×10.02=15.92kPa
(2) 由Clausius-Clapeyron方程式可知,dlnp/dT=△solHm/RT2
ln3.27/12.30=-△solHm/8.314(1/273-1/293),
△solHm=8.314×1.3248/(1/273-1/293)=44.05kJ.mol-1
(3) 苯(s)==苯(l)==苯(g)
△solHm=△fusHm+△vapHm
△fusHm=△solHm-△vapHm =44.06-34.17=9.89 kJ.mol-1
解析
步骤 1:计算303K时液体苯的蒸气压
根据Clausius-Clapeyron方程式,我们有:
\[ \ln\left(\frac{p_2}{p_1}\right) = -\frac{\Delta_{vap}H_m}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) \]
其中,\(p_1 = 10.02\,kPa\),\(T_1 = 293\,K\),\(T_2 = 303\,K\),\(\Delta_{vap}H_m = 34.17\,kJ\cdot mol^{-1}\),\(R = 8.314\,J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}\)。
步骤 2:计算固体苯的摩尔升华焓
根据Clausius-Clapeyron方程式,我们有:
\[ \ln\left(\frac{p_2}{p_1}\right) = -\frac{\Delta_{sol}H_m}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) \]
其中,\(p_1 = 3.27\,kPa\),\(p_2 = 12.30\,kPa\),\(T_1 = 273\,K\),\(T_2 = 293\,K\),\(R = 8.314\,J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}\)。
步骤 3:计算固体苯的摩尔熔化焓
根据相变焓的叠加原理,我们有:
\[ \Delta_{sol}H_m = \Delta_{fus}H_m + \Delta_{vap}H_m \]
其中,\(\Delta_{sol}H_m\)为固体苯的摩尔升华焓,\(\Delta_{vap}H_m\)为液体苯的摩尔蒸发焓,\(\Delta_{fus}H_m\)为固体苯的摩尔熔化焓。
根据Clausius-Clapeyron方程式,我们有:
\[ \ln\left(\frac{p_2}{p_1}\right) = -\frac{\Delta_{vap}H_m}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) \]
其中,\(p_1 = 10.02\,kPa\),\(T_1 = 293\,K\),\(T_2 = 303\,K\),\(\Delta_{vap}H_m = 34.17\,kJ\cdot mol^{-1}\),\(R = 8.314\,J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}\)。
步骤 2:计算固体苯的摩尔升华焓
根据Clausius-Clapeyron方程式,我们有:
\[ \ln\left(\frac{p_2}{p_1}\right) = -\frac{\Delta_{sol}H_m}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) \]
其中,\(p_1 = 3.27\,kPa\),\(p_2 = 12.30\,kPa\),\(T_1 = 273\,K\),\(T_2 = 293\,K\),\(R = 8.314\,J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}\)。
步骤 3:计算固体苯的摩尔熔化焓
根据相变焓的叠加原理,我们有:
\[ \Delta_{sol}H_m = \Delta_{fus}H_m + \Delta_{vap}H_m \]
其中,\(\Delta_{sol}H_m\)为固体苯的摩尔升华焓,\(\Delta_{vap}H_m\)为液体苯的摩尔蒸发焓,\(\Delta_{fus}H_m\)为固体苯的摩尔熔化焓。