液體飽和蒸氣壓地測定-物化實驗報告材料

1、物理化學實驗（B）實驗報告【實驗名稱】B.5液體飽和蒸氣壓的測定【】J.N【班級】第4小組【學號】【組編號】5號【實驗日期】2015年5月11日【室溫】24.1 C【大氣壓】100.11 kPa【摘要】本實驗通過靜態(tài)法測得CCI4的lg （占）與T的關(guān)系為 lg （貞）=-9-L+ 4.9078 ,平均摩爾汽化熱為 3.274 X104 J? 氣化熵為93.87 J?1?1。通過動態(tài)法測得水的lg （占） 與T的關(guān)系為lg（pp）=-筈7 + 5.5792，平均摩爾汽化熱為3.980 X 104 J?1?氣化熵為106.7 J?1?1。溫度讀數(shù)的不準確對實驗的誤差極小，實驗誤差的主要是由于靜態(tài)

2、法中肉眼判斷液面平衡的 不準確性以及動態(tài)法中金屬測溫探頭在沸騰過程中并非一端位于液 面下一端位于液面上等因素所引起的一、實驗部分1. 主要儀器藥品和設(shè)備1.1主要藥品CC4、二次水等1.2主要儀器數(shù)字式溫度-壓力測定儀，循環(huán)水流泵，1/10刻度溫度計，電磁攪拌器，電 加熱器，兩口圓底燒瓶，真空緩沖瓶，安全瓶，直形冷凝管，攪拌磁子，真空脂, 冷凝水循環(huán)系統(tǒng)2. 實驗步驟2.1靜態(tài)法測定飽和蒸氣壓儀器裝置靜態(tài)法測定苗和蒸汽壓裝置圖Ia1-盛水大燒杯，2-溫度計，3-攪拌，4-平衡管，5-冷凝管,6-開口 U型水銀壓 力計，7-緩沖瓶，8- 進氣活塞，9-抽氣活 塞, 10-放空活塞，11-安全瓶，

3、12、13- 橡皮管，14-三通活 塞。實際儀器略有 差異，壓力溫度數(shù)值 從溫度-壓力測定儀 中讀出。平衡管中加入CCL4至容量的2/3.檢驗氣密性打開油泵，再開緩沖瓶上連接油泵的活塞，使體系壓力減少50 kPa關(guān)閉活塞，若5 min壓強變化少于0.3 kPa,則裝置氣密性良好。測大氣壓下沸點使體系與大氣相通，水浴加熱至78 °C，停止加熱不斷攪拌。當b、c液面達 到同一水平時，立即記下此時的溫度和大氣壓力。 重復測定，若連續(xù)兩次測定沸 點差小于0.05 C，貝U空氣已排凈，此時溫度即為大氣壓下沸點。測定不同壓強下沸點關(guān)閉通往大氣的活塞。先開由泵，再開連油泵的活塞，使體系減壓約6.7

4、 kPa 關(guān)閉接油泵活塞，攪拌，至 b、c液面達到同一水平時，立即記下此時的溫度和 大氣壓力。繼續(xù)減壓，測定其沸點。至壓力差為50 kPa結(jié)束實驗，讀大氣壓力。 整理儀器打開所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測定儀、冷凝水進出口及油泵開關(guān)，將儀器放回原位。2.2動態(tài)法測定飽和蒸氣壓熟悉儀器熟悉測定裝置各部分的結(jié)構(gòu)與作用，特別注意真空系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個活 塞的作用及調(diào)節(jié)方法。組裝測量系統(tǒng)并檢查氣密性兩口圓底燒瓶中加入二次水至溫度探頭恰好位于水面處（探頭尖端位于液面上側(cè)，另一端位于液面下）。磨口處涂抹真空脂以防止漏氣。使系統(tǒng)與大氣隔絕而與真空泵相同， 打開油泵，至壓力降低50 kPa,關(guān)閉連 接油泵

5、的活塞。觀察壓力計讀數(shù)變化，若 5 min變化少于0.3 kPa，則裝置氣密 性良好。調(diào)節(jié)外壓，測量不同外壓下的沸點保持系統(tǒng)負壓在50kPa左右。打開回流冷凝水，并調(diào)節(jié)流量適中。加熱并攪拌，當燒瓶中水沸騰且溫度不再上升時，記下溫度數(shù)值t，以及壓力計數(shù)值。停止加熱。微微開啟緩沖瓶通大氣的活塞，使少量空氣進入系統(tǒng)，使外壓差降低5 kPa左右時，關(guān)閉活塞。重新加熱。重復上述兩個步驟，讀取相應的幾組數(shù)據(jù)。最后一次使系統(tǒng)與大氣完全相通，繼續(xù)加熱，記下沸騰時的溫度。大氣壓 下的沸點最好平行測量3次。從實驗室的氣壓表上讀取大氣壓值和室溫度。整理儀器打開所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測定儀、冷凝水進出口及油

6、泵開關(guān)， 取下圓口燒瓶并倒出燒瓶的水，將儀器放回原位。3. 實驗條件待測液體通過加熱控制溫度，通過油泵來控制其蒸氣壓。 冷凝管處于冷水冷凝回流的環(huán)境中。二、實驗數(shù)據(jù)處理1.靜態(tài)法1.1將溫度、壓力數(shù)據(jù)列表，做溫度、壓力校正，算出不同溫度的飽和蒸氣壓Table 1靜態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789壓強/kPa-0.12-7.6112.3618.5124.1930.8637.4644.0151.27溫度廠C76.5372.8970.1768.4366.5664.2661.8658.6454.66蒸氣壓/kPa100.1192.6187.8681.7176.0369.3662.7656.2148

7、.95P/?0.9250.8770.8160.7590.6920.6270.5610.4891.00016258050P ig（歹0.000-000.0330.0560.0880.1190.1590.2020.2500.310826924937796672沸點/K349.6346.0343.3341.5339.7337.4335.0331.7327.88428111911/T/K-10.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0030.003859888989127927694379638985001400505計算舉例，以壓強為-7.61 kPa,溫度72.89

8、 C為例：蒸氣壓 p=100.11+0.12-7.61=92.61 kPap/?=92.61/100.11=0.9251 , lg (p/?) =lg0.9251=0.03382沸點 T=76.53+273.15=349.68 K , 1/T=1/349.68=0.0028598 K1.2作蒸氣壓-溫度的光滑曲線圖二靜態(tài)法測(XI斗沸點壓力關(guān)系圖$30333舌吃3431»即無A蠱點/K1.3作lg (廿)-1/T圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫成如下的形式lg(2) = - T+ b，求在此圖中當外壓為100.0 kPa或101.3 kPa (1 atm)時的沸 pT占。八

9、、°三靜態(tài)法IMp/j/ )1/70由圖得，A=1709.9, B=4.9078, Igg)1709.9T+ 4.9078當外壓為100.0 kPa時，lg(100.0100.111709.9?+ 4.9078，解得 T=348.37 K 即在100.0 kPa外壓下四氯化碳的沸點為 348.37 K當外壓為101.3 kPa時，lg (101.3100.111709.9?+ 4.9078，解得 T=348.77K，即在101.3 kPa外壓下四氯化碳的沸點為 348.77 K。1.4計算平均摩爾氣化熱，計算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比較。?= A?2.303R = 1.7099 X103

10、 ?x2.303 X8.314 J?1?1=3.274 x 104 J?1?正常沸點：當 P=101.3 kPa , Tb=348.77 K 則摩爾氣化熵：仝=32740 J ?：?348.77 K與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對誤差：(93 87-88 )J?88J?1 x100% = 6.7%2.動態(tài)法2.1將溫度、壓力數(shù)據(jù)列表，做溫度、壓力校正，算出不同溫度的飽和蒸氣壓Table 2動態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789101112壓強/kPa48.43.38.33.28.24.19.15.10.6.11.70.2596701148440891187412溫度81.83.86.88.89.91.9

11、3.94.96.97.98.99.廠C156816178554167815589148蒸氣壓/kPa51.756.662.267.071.375.880.385.189.394.098.5100.4629934269201P/?0.510.560.620.670.710.750.800.850.890.930.980.99683598152016312747252027262987412900Plg(P?)0.280.240.200.170.140.120.090.070.040.020.000.0066572655382684064555045933693695043沸點354.356.35

12、9.361.363.364.366.367.369.370.372.372./K3083313200693193307306631/T/K-0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0012822802782762752742722712702692682682525317648219979837477362.2作蒸氣壓-溫度的光滑曲線圖四動態(tài)法測CC4沸點-壓力關(guān)系圖10090807060aMK/壓氣蒸和飽507233863663326338536535432.3作lg (右)-1/T圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫成如下的形式lg

13、(2) = - T+ b，求在此圖中當外壓為100.0 kPa或101.3 kPa (1 atm)時的沸 pT占。八、°圖五動態(tài)法lg(p/?)-i/ ?圖0.000000.0026500-0.05000I0.00270000.0028500-0.10000p -0.15000-0.20000-0.250000.00275000.0028000y = -2078.7x + 5.5792R2= 0.9999-0.30000-0.350001/T/K-1由圖得，A=2078.7, B=5.5792, lg(£)2078.7T+ 5.5792當外壓為100.0 kPa時，lg(1

14、00.0100.112078.7T+ 5.5792，解得 T=372.55 K在100.0 kPa外壓下四氯化碳的沸點為 372.55 K當外壓為101.3 kPa時，lg(101.3100.112078.7T+ 5.5792，解得 T=372.92K,在101.3 kPa外壓下四氯化碳的沸點為 372.92 K。2.4計算平均摩爾氣化熱，計算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比較。?= A?2.303R = 2.0787 X103 ?x2.303 X8.314 J?1?1=3.980 x 104 J?1? 正常沸點：當 P=101.3 kPa , Tb=372.92 K 則摩爾氣化熵：?S=39801J?

15、：?372.92 K與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對誤差：(106 7-88 J?1?188J?1 X100% = 21%三、思考與討論1. 思考題1.1為什么平衡管中空氣要趕凈？如何判斷空氣已全部排出？如未排盡空氣，對實驗有何影響？怎樣防止空氣倒灌？答：若空氣不趕凈，則測得的壓力不是純液體的飽和蒸氣壓， 而是與空氣的 混合壓力，不能通過克拉貝龍-克勞修斯方程計算沸點；在大氣壓下重復多次趕 氣并測定沸點，若連續(xù)三次測定值在誤差圍之(< 0.05C)則可認為空氣已被趕凈； 未排盡空氣，則會使得沸騰時液體上方的飽和蒸氣壓小于所測壓強，從而使得測得的沸點偏低；防止空氣倒灌，在做完大氣壓下實驗讀取數(shù)據(jù)后，

16、立即關(guān)閉通大氣活塞，并開啟油泵以及接油泵活塞，或立即重新加熱，迅速使體系減壓。1.2升溫時如液體急劇氣化，應作何處理？答：停止加熱，同時緩緩放入空氣，使體系壓力慢慢升高，通過提高液體沸 點及減少熱源來避免液體急劇氣化。1.3每次測定前是否需要重新抽氣？答：不需要。因為不同溫度其飽和蒸氣壓也不同，而且飽和蒸氣壓隨著濃度 梯度升高而升高，即壓力計的測量值在減小，設(shè)計溫度升高梯度，可以避免每次 測定前重新抽氣這一步驟。2. 討論2.1實驗系統(tǒng)誤差來源（1）方法誤差在由克拉貝龍方程導出克勞修斯-克拉貝龍方程的過程中有 3個近似：將蒸 氣看做理想氣體，設(shè)Vm=RT/p與氣體摩爾體積相比，忽略液體的摩爾體

17、積；在 不太大的溫度間隔，將摩爾汽化熱看作常數(shù)。（2）溫度的測量不作校正（3）四氯化碳和二次水不純等。2.2關(guān)于褚魯統(tǒng)規(guī)則測定CC4的摩爾氣化熵為93.87 J 7?1，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，有6.7% 的相對誤差；測定水的摩爾氣化熵為 106.7 J?1，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比， 有21%的相對誤差。在1 atm下，CCI4的沸點為349.87 K，349.87=0.31440%，與實驗計算值有約為0.3%的誤差，誤差較?。辉?1 atm下，水的沸點為 373.15 K，373.15-:0.61637%，與實驗計算值有約為0.6%的誤差，誤差較小。由上述計算可知，實驗數(shù)據(jù)與褚魯統(tǒng)規(guī)則數(shù)據(jù)的誤差主要是由

18、于褚魯統(tǒng)規(guī)則應用到水時的不準確性引起的：褚魯統(tǒng)規(guī)則適于非締合型液體，而CCl4是非極性分子，分子間作用力弱，幾乎沒有締合作用，所以測得的氣化熵符合褚魯統(tǒng)規(guī) 則；水存在氫鍵，締合度很高，在氣化時要破壞氫鍵，氣化熵增大，因此褚魯統(tǒng) 規(guī)則不能應用于水的計算。2.3溫度讀數(shù)不穩(wěn)定的影響實驗過程中，在溫度較穩(wěn)定時仍有溫度仍在緩慢上升。為防止爆沸導致測得 溫度的偏高，實驗中當溫度在45 s無變化時即記為該壓強下的沸點。不妨設(shè)溫度 測定中存在0.05 C的誤差，貝U測定CCl4的沸點引起的誤差為磐2= 0.2%，即327.81溫度引起的誤差小于0.2%,誤差極??；測定水的沸點引起的誤差為 石5 = 0.1%，354.307即溫度引起的誤差小于0.15%，誤差也是極小的。因此，實驗過程中溫度讀數(shù)不 穩(wěn)定的影響可忽略不計。2.4實驗儀器的改進圖六改進后平衡管圖七 改進后的實驗裝置儀器圖該裝置具有以下優(yōu)點: 液面相平時易于觀察判斷,衛(wèi)結(jié)構(gòu)簡單，便于裝樣、拆御和清洗；調(diào)節(jié)外兩管 且F管下端細小，容易控制F管液面上升的速度而防止出現(xiàn)放人過量空氣的情況；調(diào)節(jié)系統(tǒng)真空度時，空氣不會倒灌人待測空間， 只會使待測空間變小，因此即使操作不熟練，也不會發(fā)生空氣倒灌而必須重新裝 樣、抽氣等情況，使操作變得簡單；裝樣時可事先在 F管中裝