Испарение воды при контакте с сухим воздухом


Помогите пожалуйста решить 13 задачу.

Что за книжка?

Эткинс, 8 издание

1 симпатия

Какое необычное задание. Давайте будем рассуждать. Что нам дано?

У нас есть некая пробирка, которая термоизолирована. Ничего не сказано о том, что пробирка “закрыта” по отношению к окружающей среде. Нас просят найти конечную температуру.

  1. Температуру чего? Воды? Водного пара? Пока непонятно

Нам дано давление насыщенного пара воды и мольная теплоемкость воды. Да, именно воды, а не водного пара. Рассмотрим предложение:

The vapor pressure of water is approximately constant at 3.17 kPa throughout, and its heat capacity is 75.5 J\, K^{-1}\, \text{mol}^{-1}

Жирным выделены существительные. В английском языке любое местоимение относится к последнему существительному перед ним. т.е. its относится к water

Окей. Поскольку нам не дана теплоемкость водного пара, скорее всего его температура будет неизменной (иначе у нас слишком мало данных для решения задачи).

Т.е. нужно найти финальную температуру воды. А от чего она будет меняться? Что происходит физически? Мы продуваем сухой воздух через воду. Что может происходить?

Наверное, воздух будет захватывать некоторые молекулы воды которые готовы выйти в газообразное состояние (а такие есть всегда, ибо равновесие насыщенного пара). Что нам это дает? Скорее всего объем насыщенного пара, который уйдет из раствора будет равен объему сухого воздуха, который был пропущен через жидкость

Таким образом, зная объем и давление насыщенного пара, допуская, что его температура будет неизменной (а значит равной 25\, ^o C), мы по уравнению идеального газа можем найти кол-во моль воды, которое перейдет в газообразное состояние.

И тут мы понимаем, что нам не хватает одной ключевой информации: энтальпия испарения воды. Без нее задачу не решить. Но возможно Atkins допускает, что тебе нужно пойти в аппендикс и посмотреть значение в справочнике (это тоже навык). Ибо дальше ход простой:

кол-во моль воды которое испарилось * молярную энтальпия испарения воды = кол-во теплоты, которое ушло из раствора

А дальше, поделив это кол-во теплоты на мольную теплоемкость и кол-во моль, можно найти насколько понизилась температура воды.

Уравнения:

pV = nRT \tag{1}
Q = \Delta_{vap, m} H \cdot \nu \tag{2}
Q = C_m \cdot \nu \cdot \Delta T \tag{3}
1 симпатия
© 2021 Общественный Фонд «Beyond Curriculum» (CC BY-NC-SA 4.0 International)