純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定

1、華 南 師 范 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 化學(xué)（師范） 年級(jí)班級(jí) 課程名稱 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證 設(shè)計(jì) 綜合 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2013年11月5日 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師 李國(guó)良 實(shí)驗(yàn)評(píng)分 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?） 明確純液體飽和蒸汽壓的概念及其與溫度的關(guān)系，加深對(duì)克勞修斯-克拉伯龍方程的理解。（2） 掌握測(cè)定純液體飽和蒸汽壓的原理及方法，學(xué)會(huì)用圖解法求純液體的平均摩爾汽化熱和正常沸點(diǎn)。（3） 了解數(shù)字式低真空測(cè)壓儀，熟悉常用氣壓計(jì)的使用及校正方法，初步掌握真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)。【實(shí)驗(yàn)原理】1飽和蒸氣壓、平均汽化熱和正常沸點(diǎn)：在一定溫度下，純液體與其自身的蒸

2、氣達(dá)平衡時(shí)蒸氣的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。蒸發(fā)1 mol液體所吸收的熱量稱為該溫度下該液體的摩爾氣化熱。將蒸氣視為理想氣體，飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉伯龍方程表示：     (1)式中，T為熱力學(xué)溫度，R為摩爾氣體常數(shù)，P為純液體在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓；vapHm為在溫度T時(shí)純液體的摩爾氣化熱。假定vapHm與溫度無(wú)關(guān)，或因溫度范圍較小，vapHm可以近似作為常數(shù)，積分上式，得： (2)其中C為積分常數(shù)。由此式可以看出，以lnp對(duì)1/T作圖，應(yīng)為一直線，直線的斜率為 ，由斜率可求算液體的vapHm。當(dāng)蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)液體便沸

3、騰。因此在各沸騰溫度下的外界壓力就是相應(yīng)溫度下液體的飽和蒸氣壓。外壓為101.325kPa時(shí)的沸騰溫度定義為液體的正常沸點(diǎn)。 2靜態(tài)法、低壓技術(shù)：靜態(tài)法測(cè)定液體飽和蒸氣壓，是指在某一溫度下，直接測(cè)量飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。靜態(tài)法測(cè)量不同溫度下純液體飽和蒸氣壓，有升溫法和降溫法二種。本次實(shí)驗(yàn)采用升溫法測(cè)定不同溫度下純液體的飽和蒸氣壓，所用儀器是純液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置，如圖1所示： 平衡管由A球和U型管B、C組成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管與壓力計(jì)相連。A內(nèi)裝待測(cè)液體，當(dāng)A球的液面上純粹是待測(cè)液體的蒸氣，而B管與C管的液面處于同一水平時(shí)，則表示B管液面上的(即A

4、球液面上的蒸氣壓)與加在C管液面上的外壓相等。此時(shí)，體系氣液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點(diǎn)。 圖1.液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置圖1.恒溫槽；2.冷凝管；3.壓力計(jì)；4.緩沖瓶平衡閥；5. 平衡閥2(通大氣用)；6. 平衡閥1（抽真空用）；8平衡管【儀器與試劑】精密數(shù)字壓力計(jì)，玻璃恒溫水浴，液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置，旋片式真空泵，純水【實(shí)驗(yàn)步驟】1、 裝置儀器：將待測(cè)液體裝入平衡管A球約2/3體積，U形管中液面以平衡后接近B球和C球底部為佳，然后按裝置圖裝妥各部分，所有接口處要嚴(yán)密。將精密數(shù)字壓力計(jì)的電源接通并打開，單位選擇mmHg一檔，并在大氣壓條件下置零。2、 系統(tǒng)氣密性檢查：關(guān)閉直通活塞

5、，旋轉(zhuǎn)三通活塞使系統(tǒng)與真空泵連通，開動(dòng)真空泵，抽氣減壓至壓力計(jì)顯示壓差為400mmHg時(shí)，關(guān)閉三通活塞停止抽氣，觀察壓力計(jì)示數(shù)，如果壓力計(jì)的示數(shù)在3-5min內(nèi)保持不變，則表明系統(tǒng)不漏氣。否則應(yīng)逐段檢查，消除漏氣原因。3、 排除空氣：檢查不漏氣后，接通冷凝水，開啟攪拌裝置，將恒溫槽調(diào)至40左右，繼續(xù)抽氣降壓接近730mmHg，此時(shí)AB彎管內(nèi)的空氣不斷隨蒸氣從C管逸出，如此沸騰3-5min后，可認(rèn)為空氣被排除干凈。4、 不同溫度下水的飽和蒸汽壓的測(cè)量：當(dāng)空氣被排除干凈，且體系溫度恒定后，旋轉(zhuǎn)直通活塞慢慢放入空氣，直至BC管中液面平齊，關(guān)閉直通活塞，記錄溫度與壓力。然后用同樣地方法，將恒溫槽溫度每

6、升高5測(cè)量，記錄各個(gè)溫度和對(duì)應(yīng)的壓力。從低溫到高溫依次測(cè)定，共測(cè)6-8組。5、 最后打開直通活塞，關(guān)閉回流水、真空泵、電源。【數(shù)據(jù)記錄與處理】1、 數(shù)據(jù)記錄：室溫：25.5 氣壓計(jì)讀數(shù)：102.43kPa 經(jīng)溫度校正后的大氣壓值（P大，校）：102.005kPa溫度t/溫度T/K1/T/K-1測(cè)壓儀的示數(shù)/mmHg測(cè)壓儀的示數(shù)/Pa蒸氣壓p/Palnp40313.130.003194-710-94657.27347.88.90215645318.130.003143-694.9-92644.19360.9329.144350323.130.003095-674.3-89897.712107.3

7、29.40156654.99328.120.003048-649.1-8653815466.999.64646360333.130.003002-618.5-82458.419546.589.88055665338.130.002957-581.2-77485.624519.4210.1072269.89343.020.002915-536.7-71552.830452.1610.323912、 作lnp-1/T圖得：當(dāng)壓力為1atm（101.325Pa時(shí)），lnp=4.618333，代入上述公式可得1/T=0.00268，可算得純水的正常沸點(diǎn)為T正常=373.1302K。3、 vapHm=-

8、Rm=42667.4J/mol=42.667KJ/mol4、 計(jì)算相對(duì)誤差：查閱文獻(xiàn)知純水沸點(diǎn)為373.13K，水的摩爾汽化熱為40.8KJ/molT正常相對(duì)誤差Et=（373.1302-373.15）/373.15×100%=-0.0053%vapHm相對(duì)誤差Et=(42.667-40.8)/40.8×100%=4.57%【結(jié)果與討論】1、 作lnp-1/T圖直線相關(guān)性較高，線性較好，適宜用于進(jìn)行平均摩爾汽化熱vapHm與正常沸點(diǎn)T正常的代入計(jì)算。2、 根據(jù)計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)值比較，純水沸點(diǎn)的測(cè)定誤差很小，為-0.0053%，主要是進(jìn)氣旋塞控制得好，沒有出現(xiàn)回氣的情況，且加熱

9、過程中也較為平穩(wěn)。但溫度較高的時(shí)候較易出現(xiàn)誤差，還沒到達(dá)預(yù)設(shè)溫度水就沸騰了，測(cè)得的水的摩爾汽化熱比文獻(xiàn)值略高，這也可能與恒溫水浴裝置靈敏度不高等問題相關(guān)?！緦?shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】1、 減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時(shí)達(dá)不到本實(shí)驗(yàn)要求的真空度。2、 抽氣速度要合適，必須防止平衡管內(nèi)液體沸騰過劇，致使B管內(nèi)液體快速蒸發(fā)。3、 實(shí)驗(yàn)過程中，必須充分排除凈AB彎管空間中全部空氣，使B管液面上空只含液體的蒸氣分子。AB管必須放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。4、 測(cè)定中，打開進(jìn)空氣活塞時(shí)，切不可太快，以免空氣倒灌入AB彎管的空間中。如果發(fā)生倒灌，則必須重新排除空氣?！舅伎碱}】1、什么是液體的飽和

10、蒸汽壓？什么叫正常沸點(diǎn)？液體的沸點(diǎn)與外壓有何關(guān)系？答：在一定溫度下，純液體與其自身的蒸氣達(dá)平衡時(shí)蒸氣的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。外壓為101.325kPa時(shí)的沸騰溫度定義為液體的正常沸點(diǎn)。液體沸點(diǎn)隨外壓增大而增大。2、 本實(shí)驗(yàn)方法能否用于測(cè)定其它溶液的蒸汽壓？為什么？答：不可以。因?yàn)槿芤簼舛入S著溶劑的蒸發(fā)而增大，蒸汽壓也因此變化，故難以測(cè)量準(zhǔn)確。3、 等壓計(jì)U形管液體有什么作用？冷凝器有什么作用？答：U型管的作用是封閉氣體，防止空氣進(jìn)入AB管內(nèi)，保證液面上的壓力為液體的蒸汽壓，同時(shí)用于觀察U型管兩端液面是否相平，以判斷兩端壓力是否相等。冷凝器的作用是冷凝U型管內(nèi)的蒸汽，防止蒸干。4、 能否在加熱情況下檢查是否漏氣？答：不能。加熱過程中溫度不能恒定，氣液兩相不能達(dá)到平衡，壓力也不恒定5、 實(shí)驗(yàn)中為什么要防止空氣倒灌？答：若發(fā)生倒灌則管內(nèi)不再是純液體的蒸汽，測(cè)量的將不是純液體蒸汽壓。6、 實(shí)驗(yàn)時(shí)抽氣和漏入空氣的速度應(yīng)如何控制？為什么？答：不論抽氣還是漏入空氣都應(yīng)該盡可能地慢，防止氣壓變化過