純液體飽和蒸汽壓測(cè)量方法的改進(jìn)

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 純液體飽和蒸氣壓測(cè)量方法的 改進(jìn)學(xué) 號(hào)： 07130801064姓 名： 方 菲教 學(xué) 院： 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 2008級(jí)應(yīng)用化學(xué)本科班指導(dǎo)教師： 陳 燕 芹完成時(shí)間： 2012年 5 月 15 日 畢節(jié)學(xué)院教務(wù)處制目錄純液體飽和蒸氣壓測(cè)量方法的改進(jìn).1摘要.1Abstract.11 緒論.2 1.1 研究背景.2 1.2 研究現(xiàn)狀.22 實(shí)驗(yàn)部分.3 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑.3 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑.3 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟.43 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).4 3.1 數(shù)據(jù)記錄.4 3.1.1 升溫法數(shù)據(jù)記錄.4 3.1.2 降溫法數(shù)據(jù)記錄.6 3.2.1 升溫法的P-

2、T曲線和P-1/T曲線.7 3.2.2 降溫法的P-T曲線和P-1/T曲線.104 數(shù)據(jù)分析.13 4.1 升溫法數(shù)據(jù)分析.13 4.2 降溫法數(shù)據(jù)分析.135 結(jié)果與討論.14參考文獻(xiàn).15致謝.16畢節(jié)學(xué)院本科畢業(yè)論文純液體飽和蒸氣壓測(cè)量方法的改進(jìn)摘要 本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法，分別用靜態(tài)升溫發(fā)和靜態(tài)降溫法測(cè)定不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)克勞修斯克拉貝龍方程進(jìn)行了驗(yàn)證，并由此方程計(jì)算出無(wú)水乙醇的平均摩爾汽化熱。對(duì)兩種方法所得到的結(jié)果進(jìn)行比較，看哪種方法的誤差更小，更合理。根據(jù)對(duì)兩種方法的反復(fù)試驗(yàn)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得靜態(tài)降溫法所測(cè)得的無(wú)水乙醇的摩爾汽化熱的相對(duì)誤差更小。更接

3、近文獻(xiàn)值。關(guān)鍵詞：靜態(tài)法 飽和蒸氣壓 摩爾汽化熱 無(wú)水乙醇 克勞修斯克拉貝龍方程 Abstract This experiment uses a static method, respectively, using static L Wen Fa and static cooling method for the determination of different temperature of the saturated vapor pressure of anhydrous ethanol. Based on the experimental results, Clausius Clark

4、e Bei Long equation was verified, and the equations to compute the average molar heat of vaporization of ethanol. On the results of two methods are compared, to see what kind of method error is smaller, more reasonable. According to the two kinds of methods of repeated trials, the data obtained are

5、processed, can be measured by the static cooling method of anhydrous ethanol molar heat of vaporization of the smaller relative error. Close to literature values.Keywords: Static method Saturated vapor pressure Molar heat of vaporization Anhydrous ethanol Clausius Clarke Bei Long equation 1.緒論 1.1 研

6、究背景純液體飽和蒸氣壓是物質(zhì)的重要熱力學(xué)參數(shù)之一，是重要的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它不僅在化學(xué)、化工領(lǐng)域，而且在無(wú)線電、電子、冶金、醫(yī)藥、環(huán)境工程乃至航天航空領(lǐng)域也同樣具有重要作用。同時(shí)，測(cè)定純液體飽和蒸氣壓也是一般本科院校普遍開設(shè)的基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生加深對(duì)“氣液”平衡和“克勞修斯克拉貝龍”方程等的理解具有重要作用。純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)也是我校開設(shè)的一個(gè)物理化學(xué)之一。老師們都是采用靜態(tài)法，即將被測(cè)物質(zhì)放在一個(gè)密閉的體系中，在不同的溫度下直接測(cè)量其飽和蒸氣壓，在不同外壓下測(cè)量相應(yīng)的沸點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，有的老師采用靜態(tài)升溫法，有的老師采用靜態(tài)降溫法，但兩種方法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大。在有限的課時(shí)安排

7、下，老師不可能讓學(xué)生同時(shí)用兩種方法分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所以，哪種方法所得的誤差更小，數(shù)據(jù)更合理，能讓學(xué)生更容易地掌握該實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)和基本技能，這正是研究該課題的意義所在。 1.2 研究的現(xiàn)狀純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)是一個(gè)熱力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝樣復(fù)雜、平衡管容易產(chǎn)生倒吸、數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜等因素，對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的改革有人也做了一些研究。例如：周蔚，段和平，李森蘭等對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)，采用環(huán)己烷代替有毒的苯或四氯化碳作為待測(cè)液；實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，用掛壁式數(shù)字氣壓計(jì)代替福廷式氣壓計(jì)，用數(shù)字式壓力計(jì)代替U型水銀壓力計(jì)；溫度測(cè)量裝置的改進(jìn)，改為恒溫水浴裝置；用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)代替手工制圖；同時(shí)對(duì)等壓計(jì)也做了

8、改進(jìn)。但是根據(jù)我校的實(shí)際情況，學(xué)校儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入還相當(dāng)有限的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)十分重要。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求也越來(lái)越高。在有限的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，就必須采用不同的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選出合適的實(shí)驗(yàn)方法。這樣才能使實(shí)驗(yàn)誤差降到最小，從而達(dá)到較理想的實(shí)驗(yàn)效果。 2實(shí)驗(yàn)部分 2.1 實(shí)驗(yàn)原理 在一定溫度下，與純液體處于平衡時(shí)的蒸氣壓力，稱為該溫度下的飽和蒸氣壓。這里指的平衡時(shí)動(dòng)態(tài)平衡。在某溫度下，被測(cè)液體處于密閉的真空容器里，液體分子從表面逃逸成蒸氣，同時(shí)蒸氣分子碰撞而凝接成液相，當(dāng)兩者的速率相同時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)氣相中的蒸氣密度不再改變，因而具有一定的飽和蒸

9、氣壓。 純液體的蒸氣壓是隨溫度的變化而變化的，它們之間的關(guān)系可以用克勞修斯克拉貝龍（ClausiusClapeyron）方程來(lái)表示： dp*pdTvapHm /RT2 (1)式中p*為純液體在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓；T為熱力學(xué)溫度；vapHm為液體的摩爾汽化熱；R為摩爾氣體常數(shù)。如果溫度的變化范圍不大，vapHm視為常數(shù)，當(dāng)做平均摩爾汽化熱。將上式積分得： p*/p=-vapHm/RT+C (2) 由(2)式可知，在一定溫度范圍內(nèi)，測(cè)定不同溫度下的飽和蒸氣壓，以p*/p對(duì)1/T作圖可以得到一條直線。由該直線的斜率求得實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱vapHm。 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑 HK-I

10、D恒溫水槽；DPCY-ZC型飽和蒸氣壓教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀；真空穩(wěn)壓包WYB-1型；無(wú)水乙醇(AR) 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟本試驗(yàn)采用靜態(tài)降溫法和靜態(tài)升溫發(fā)測(cè)定不同溫度下液體扥飽和蒸氣壓，具體的操作步驟如下： 1.升溫法：如圖1所示組裝好實(shí)驗(yàn)裝置。在等壓計(jì)中注入一定量的無(wú)水乙醇，讓等壓計(jì)與冷凝器磨口接牢并固定，使系統(tǒng)與真空泵及大氣相通。通電預(yù)熱數(shù)字壓力計(jì)10min，待數(shù)字壓力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后，將其置零。打開真空泵電源開關(guān)，使真空泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)4-5min后，隔絕系統(tǒng)與大氣的通路，抽氣減壓至系統(tǒng)負(fù)壓為53KPa時(shí)，檢查系統(tǒng)的氣密性，若系統(tǒng)不漏氣則將恒溫槽溫度調(diào)至比室溫高2-3攝氏度，開啟冷凝水，繼續(xù)抽氣減壓至液體輕微沸

11、騰，沸騰數(shù)分鐘后，認(rèn)為空氣被排盡，隔絕系統(tǒng)與真空泵的通路。當(dāng)恒溫槽達(dá)到第一個(gè)測(cè)定溫度時(shí)，緩緩放入空氣進(jìn)入系統(tǒng)，直至等壓計(jì)a和b兩管液面相平為止，記下此時(shí)的壓力差值。從氣壓計(jì)上讀出大氣壓值即可計(jì)算此溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓值。然后，依照此方法，每隔5攝氏度測(cè)定一次壓差，直至測(cè)到70攝氏度為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先通大氣，再與抽氣泵相通，然后切斷電源，最后關(guān)閉冷凝水，使系統(tǒng)復(fù)原。 2.降溫法：同升溫發(fā)一樣，先將無(wú)水乙醇裝入等壓計(jì)中，檢查系統(tǒng)是否漏氣，然后排盡空氣后，將恒溫槽溫度加熱至70攝氏度時(shí)停止加熱，緩緩放入空氣進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)?shù)葔河?jì) a和b兩管液面相平時(shí)，記下此時(shí)的壓力差值，依照此方法測(cè)到30攝氏度

12、為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，處理方法和升溫法一樣。 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 3.1 數(shù)據(jù)記錄3.1.1 升溫法測(cè)得的數(shù)據(jù)如下（表1-表5）：表1 無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始數(shù)據(jù)室 溫t/4.95.1平均值5.0大氣壓p/Kpa85.5585.55平均值85.55表2不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p140312.980.00320-68.3617.192.84245318.060.00314-63.1922.363.11350323.050.00310-57.1728.383.35455327.980.00305

13、-49.6235.933.58560333.060.00300-40.3845.173.81665337.890.00296-29.5955.964.02770342.810.00292-17.8067.754.22表3 無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始數(shù)據(jù)室 溫t/5.15.1平均值5.1大氣壓p/Kpa85.5185.55平均值85.53表4不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p140312.990.00319-68.0317.502.86245317.970.00314-63.6321.903.09350323.01

14、0.00310-57.5228.013.33455328.000.00305-50.2635.273.56560332.960.00300-41.2344.303.79665337.940.00296-30.4155.124.01770342.960.00292-17.1268.414.22表5無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始數(shù)據(jù)室 溫t/4.85.0平均值4.9大氣壓p/Kpa85.5885.52平均值85.55表6不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p140313.020.00319-68.2717.282.85245

15、318.010.00314-63.4822.073.10350322.960.00310-57.5128.043.33455327.980.00305-50.7034.853.55560332.940.00300-41.7143.843.78665338.020.00296-30.5954.964.01770342.980.00292-17.6267.934.22 3.1.2 降溫法測(cè)得的數(shù)據(jù)如下（表7-表12）表7無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始數(shù)據(jù)室 溫t/4.54.7平均值4.6大氣壓p/Kpa85.5085.60平均值85.55表8不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（

16、1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p170342.800.00292-17.4068.154.22265337.810.00296-30.5754.984.01360332.910.00300-41.1744.383.80455327.900.00305-50.8434.713.55550323.010.00310-57.5427.433.31645317.960.00315-63.5622.233.10740313.020.00319-67.3217.152.84表9無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始數(shù)據(jù)室 溫t/5.55.5.平均值5.5.大氣壓p/Kpa85.5785.59平均

17、值85.58表10不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p170343.030.00292-16.1469.444.24265337.920.00296-28.8056.784.04360333.030.00300-40.2245.363.81455327.980.00305-49.3136.273.60550322.960.00310-56.6828.903.36645318.060.00314-62.8622.723.12740313.020.00319-67.7017.882.89表11無(wú)水乙醇飽和蒸氣壓的原始

18、數(shù)據(jù)室 溫t/5.55.5.平均值5.5.大氣壓p/Kpa85.5885.58平均值85.58表12不同溫度下無(wú)水乙醇的飽和蒸氣壓及計(jì)算結(jié)果次序溫度/溫度T/K（1/T）/K-1測(cè)壓計(jì)的示數(shù)/Pa蒸氣壓P/Pap*/p170342.780.00292-17.4068.184.22265337.960.00296-29.5858.004.06360332.940.00300-40.3845.203.81455327.980.00305-49.4436.143.58550322.920.00310-57.2428.343.34645317.960.00315-63.2422.343.1174031

19、3.010.00319-68.1917.392.86 3.2數(shù)據(jù)處理3.2.1 升溫法P-T曲線和P-1/T曲線由表1可得到：圖2 P-T曲線圖3 P-1/T曲線 由表2可得到：圖4 P-T曲線圖5 P-1/T曲線 由表3可得到：圖6 P-T曲線圖7 P-1/T曲線3.2.2 降溫法的P-T曲線和P-1/T曲線由表4可得：圖8 P-T曲線圖9 P-1/T曲線 由表5可得：圖10 P-T曲線圖11P-1/T曲線 由表6可得：圖12 P-T曲線圖13 P-1/T曲線 4 數(shù)據(jù)分析 4.1 升溫法數(shù)據(jù) 根據(jù)表2所得的P-1/T曲線圖（如圖3所示），從圖3可知直線的斜率為-4934.2K,則：vapH

20、m（C2H5OH）1=-（-4934.2）8.3145=41.03（KJ.mol-1）。 與文獻(xiàn)值41.50KJ.mol-1相比，相對(duì)誤差為1.13 同理根據(jù)表4和圖5可得出vapHm（C2H5OH）2=-（-5018.8）8.3145=41.73（vapHm（KJ.mol-1） 相對(duì)誤差為0.55 根據(jù)表6和圖7可得出vapHm（C2H5OH）3=-（-5018.3）8.3145=41.72（KJ.mol-1）。相對(duì)誤差為0.53 4.2 降溫法數(shù)據(jù) 根據(jù)表8所得的P-1/T曲線圖（如圖9所示），從圖9可知斜率為-4993.8K，則：vapHm（C2H5OH）1=-（-4993.8）8.31

21、45=41.52（KJ.mol-1）。與文獻(xiàn)值41.50 KJ.mol-1相比，相對(duì)誤差為0.048同理依據(jù)表10和圖11可得出vapHm（C2H5OH）2=-（-4987.4）8.3145=41.47（KJ.mol-1）。相對(duì)誤差為0.072根據(jù)表12和圖13可得出vapHm（C2H5OH）3=-（-4995.9）8.3145=41.54（KJ.mol-1）。相對(duì)誤差為0.096 5 結(jié)果與討論 上述測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)在同樣的條件下，使用靜態(tài)升溫發(fā)和靜態(tài)降溫法所測(cè)得的結(jié)果相對(duì)誤差懸殊很大。由數(shù)據(jù)可知，靜態(tài)降溫法所測(cè)得的數(shù)據(jù)更合理。實(shí)驗(yàn)誤差更小。在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，本論文是用excel軟件作圖，這

22、樣就可以克服手工作圖時(shí)由于坐標(biāo)選擇不當(dāng)，不能反映實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)及由于主觀因素而造成的誤差。所以準(zhǔn)確度是很高的。而且使用excel軟件可以使數(shù)據(jù)處理變得簡(jiǎn)單，快捷，大大提高了學(xué)習(xí)的效率。同時(shí)可以提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。所以我建議學(xué)校在做此實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，數(shù)據(jù)處理可以教學(xué)生利用excel軟件作圖。在實(shí)驗(yàn)方法上應(yīng)該選擇靜態(tài)降溫法，因?yàn)榻禍胤ㄋ鶞y(cè)得的數(shù)據(jù)誤差更小，更接近文獻(xiàn)值。參考文獻(xiàn)1 周蔚，段和平，李森蘭.純液體飽和蒸氣壓測(cè)定實(shí)驗(yàn)改進(jìn)J.洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（5）:118-120.2 李森蘭，王寶玉.新編物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)M.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2004:23-26.3 復(fù)旦大學(xué)，等.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第2版)M.北京:高等教育出版社，1993:35-38.4 復(fù)旦大學(xué).物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版）M.北京:高等教育出版社，2004.5 蔣月秀.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究J.高教論壇，2005，8（4）：40-42.6 周進(jìn)康.液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置的改進(jìn)與實(shí)驗(yàn)J.貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,13(2):58-60.7 汪永濤，方芳，吳宗仁.分光光度計(jì)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)J.分析測(cè)試與儀 器.1998.134-177.8 李德忠，王宏偉，陳澤憲，等.液體飽和蒸氣