从实验测得乙烯的蒸气压与温度的关系为:lnp/Pa= -1921K/T+1.75lnT/K-1.928×10-2T/K+12.26试求乙烯在正常沸点169.5K时的摩尔蒸发焓变。
从实验测得乙烯的蒸气压与温度的关系为:
lnp/Pa= -1921K/T+1.75lnT/K-1.928×10-2T/K+12.26
试求乙烯在正常沸点169.5K时的摩尔蒸发焓变。
题目解答
答案
解:dlnp/dT=1921/T2+1.75/T-1.928×10-2
T=169.5K时,dlnp/dT=1921/169.52+1.75/169.5-1.928×10-2=0.0579
由Clausius-Clapeyron方程式可知,dlnp/dT=△vapHm/RT2
△vapHm = RT2 dlnp/dT =8.314×169.52×0.0579=13830 J.mol-1
解析
考查要点:本题主要考查利用克劳修斯-克拉佩龙方程(Clausius-Clapeyron equation)结合实验测得的蒸气压与温度关系式,计算物质的摩尔蒸发焓变($\Delta_{\text{vap}}H_m$)。
解题核心思路:
- 对给定的蒸气压方程求导:题目给出$\ln p$与$T$的关系式,需对$\ln p$关于$T$求导,得到$\frac{d\ln p}{dT}$的表达式。
- 代入克劳修斯-克拉佩龙方程:方程$\frac{d\ln p}{dT} = \frac{\Delta_{\text{vap}}H_m}{R T^2}$建立导数与蒸发焓变的关系。
- 代入已知条件计算:将正常沸点$T = 169.5 \, \text{K}$代入导数表达式,结合气体常数$R = 8.314 \, \text{J·mol}^{-1}\text{·K}^{-1}$,最终求出$\Delta_{\text{vap}}H_m$。
破题关键点:
- 正确求导:需对$\ln p$的每一项分别求导,注意分式项、对数项和线性项的导数形式。
- 单位一致性:确保计算过程中所有物理量的单位统一(如$R$的单位与结果单位匹配)。
步骤1:对$\ln p$关于$T$求导
题目给出:
$\ln p = -\frac{1921}{T} + 1.75 \ln T - 0.01928 T + 12.26$
对$T$求导得:
$\frac{d\ln p}{dT} = \frac{1921}{T^2} + \frac{1.75}{T} - 0.01928$
步骤2:代入克劳修斯-克拉佩龙方程
克劳修斯-克拉佩龙方程为:
$\frac{d\ln p}{dT} = \frac{\Delta_{\text{vap}}H_m}{R T^2}$
联立得:
$\Delta_{\text{vap}}H_m = R T^2 \cdot \frac{d\ln p}{dT}$
步骤3:代入$T = 169.5 \, \text{K}$计算导数值
将$T = 169.5$代入导数表达式:
$\begin{aligned}\frac{d\ln p}{dT} &= \frac{1921}{(169.5)^2} + \frac{1.75}{169.5} - 0.01928 \\&\approx \frac{1921}{28730.25} + 0.0103 - 0.01928 \\&\approx 0.0669 + 0.0103 - 0.01928 \\&= 0.0579\end{aligned}$
步骤4:计算$\Delta_{\text{vap}}H_m$
代入公式:
$\begin{aligned}\Delta_{\text{vap}}H_m &= 8.314 \times (169.5)^2 \times 0.0579 \\&= 8.314 \times 28730.25 \times 0.0579 \\&\approx 13830 \, \text{J·mol}^{-1}\end{aligned}$