純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定——靜態(tài)法(華南師范大學(xué)物化實(shí)驗(yàn))范文

1、華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定靜態(tài)法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)理解克勞修斯-克拉貝龍方程，掌握飽和蒸汽壓的概念，清楚純液體飽和蒸 汽壓與溫度的關(guān)系。(2)學(xué)會(huì)用靜態(tài)法測(cè)定純液體飽和蒸汽壓，掌握其原理和方法，并懂得用圖解 法求純液體的平均摩爾汽化熱和正常沸點(diǎn)。(3)學(xué)會(huì)使用數(shù)字式真空測(cè)定儀和氣壓計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系純液體的飽和蒸汽壓指的是在一定的溫度條件下，純液體與其自身的蒸汽達(dá) 到平衡時(shí)的蒸汽壓力。我們將蒸汽看做理想氣體，那么可用克勞修斯-克拉貝龍方 程式表示飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系：dlnp AvapHmr= RT2 式中，T為熱力學(xué)溫度，單位為K； p為純液體在溫度T時(shí)

2、的飽和蒸汽壓, 單位為Pa； AvapHm為純液體在溫度T時(shí)的摩爾汽化熱，單位為j/mol； R為摩爾 氣體常數(shù),其值為8.314J/(mol K)。在4070范圍內(nèi)，我們可以把AvapHm看做常數(shù)，將式積分可得_ AapHm 1Inp =-R-x-+ c用Inp對(duì)1/T作圖，得到一條直線，斜率為-vapHm那么可得AvapHm=-Rm因此當(dāng)測(cè)得一組不同溫度下純液體的飽和蒸汽壓值時(shí)，可求得該溫度范圍內(nèi) 該純液體的平均摩爾汽化熱 vapHmo正常沸點(diǎn)當(dāng)液體的飽和蒸汽壓等于外界壓力時(shí)，液體沸騰，此時(shí)的溫度即為該液體的 沸點(diǎn)。當(dāng)外壓為latm (Pa)時(shí)，液體的沸點(diǎn)稱為正常沸點(diǎn)。靜態(tài)法測(cè)定純水的飽和

3、蒸汽壓原理如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置圖所示所示，等壓計(jì)由三個(gè)相連的玻璃管A、B、C組成, A中貯存的是本次實(shí)驗(yàn)的待測(cè)液體純水，B管和C管那么用U形管連通。B、C管 內(nèi)也裝有純水。測(cè)量時(shí)，當(dāng)U形管兩邊的液面在同一水平面時(shí)，表示U形管兩邊上方的氣體壓力相等。A管中純水的飽和蒸汽壓即等于C管上面所加的外壓, 此時(shí)要迅速記錄下溫度和壓力。圖L液體飽和蒸汽壓測(cè)定裝置圖在測(cè)量前，我們?cè)诖髿鈮簵l件下對(duì)儀器實(shí)施了置零操作，在測(cè)量時(shí)測(cè)壓儀所 顯示的示數(shù)為相對(duì)大氣壓的差值。因此，我們要用大氣壓值加上測(cè)壓儀的示數(shù)， 才可以得到對(duì)應(yīng)溫度下的實(shí)際飽和蒸汽壓值。三、儀器與試劑實(shí)驗(yàn)儀器液體蒸汽壓測(cè)定裝置1套真空泵1臺(tái)100水銀玻璃溫

4、度計(jì) 1根實(shí)驗(yàn)試劑純水U!U!實(shí)驗(yàn)步驟讀取大氣壓和室溫在實(shí)驗(yàn)前記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫與大氣壓，完成實(shí)驗(yàn)后再讀一次大氣壓，并做好 記錄。裝置儀器卸下等壓計(jì)，倒入少量純水，并使睡由管C流經(jīng)U形管。管B、最后到達(dá)管 Ao不斷調(diào)整，知道管A中裝入羽體積的純水為止。接著把等壓計(jì)豎直，想管C 倒入純水，使U形管兩邊水面向平。把等壓計(jì)安裝好，檢查所有接口處要嚴(yán)密 不漏氣，啟動(dòng)精密數(shù)字式壓力計(jì)，以mmHg作為測(cè)量單位，在大氣壓力下重置 儀器的零點(diǎn)。檢漏關(guān)閉直通活塞，隔絕大氣，啟動(dòng)真空泵，慢慢旋轉(zhuǎn)三通活塞使系統(tǒng)與真空泵 連通。抽氣減壓至壓力計(jì)示數(shù)為-400mmHg時(shí)，關(guān)閉三通活塞，使系統(tǒng)與真空泵、 大氣均不連通。此時(shí)

5、觀察壓力計(jì)示數(shù)，假設(shè)壓力機(jī)在3-5分鐘內(nèi)維持不變，那么系統(tǒng) 的氣密性良好。假設(shè)示數(shù)變化，那么說明系統(tǒng)漏氣，要找出漏氣原因，排除故障。排空氣翻開直通活塞，連通大氣，關(guān)閉三通活塞，接通回流水，并開始水浴加熱和 攪拌。設(shè)置水浴溫度升為40,到達(dá)既定溫度后，慢慢翻開三通活塞，使測(cè)壓 儀示數(shù)為-720mmHg左右。此時(shí)A、B管內(nèi)的空氣會(huì)隨著氣泡逸出。持續(xù)35分 鐘后可認(rèn)為排氣完全，隨即關(guān)閉三通活塞。不同溫度下純水飽和蒸汽壓的測(cè)定排氣操作后，由于管A內(nèi)的蒸汽經(jīng)B、C逸出，導(dǎo)致U形管的水面左邊高右 邊低。旋轉(zhuǎn)直通活塞，調(diào)節(jié)液面相平，迅速記下此時(shí)的壓力和溫度。設(shè)置水浴溫度為45,到達(dá)既定溫度后，調(diào)節(jié)U形管頁面

6、。液面相平時(shí)迅 速記錄溫度和壓力。重復(fù)上述操作，每隔5測(cè)量一組數(shù)據(jù)，直至水溫升至70C。最后翻開直通 活塞，關(guān)閉三通活塞，整理實(shí)驗(yàn)儀器，關(guān)閉會(huì)流水、真空泵和電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理壓力校正大氣壓的溫度影響校正公式為Po = ITP = P P3Po = ITP = P P31 + pt表1.相關(guān)參數(shù)說明物理量PoP大，較水銀柱在物理意義氣果十讀室溫臂間數(shù)的膨脹系數(shù)黃銅的線膨脹系數(shù)讀數(shù)校正到0時(shí)的氣壓值經(jīng)溫度校正后的大氣壓值實(shí)驗(yàn)前為業(yè)乙,士102.44KPa/數(shù)值 實(shí)驗(yàn)后 20.09 C102.32KPao.o.實(shí)驗(yàn)前為102.10KPa實(shí)驗(yàn)后101.99KPa102.05KPa不同溫度下純

7、水飽和蒸汽壓記錄表2,不同溫度下純水飽和蒸汽壓值次序 溫度t/ 溫度T/K VT/K-1測(cè)壓儀測(cè)壓儀蒸汽壓示數(shù)示數(shù)/Pap/Pa nP/mmHg140.00313.150.-705.4-94045.38004.6618.988245.00318.150.-689.0-91858.910191.149.229349.99323.140.-668.8-89165.812884.259.464455.00328.150.-643.7-85819.416230.639.695559.98333.130.-612.5-81659.720390.289.923665.00338.150.-574.3-76

8、566.825483.1810.146769.98343.130.-528.1-70407.331642.6510.362(lmmHg=133.322Pa)53作lnpl/T圖，求純水的正常沸點(diǎn)圖2Jnp- 1/T圖 y= -4.9264 x + 24.7129R2 = 0.99991/T/ xlO K1標(biāo)準(zhǔn)壓力下，純水的飽和蒸汽壓等于標(biāo)準(zhǔn)壓力，p0=p飽和=101.325KPa,根據(jù) 直線方程，求得T=373.58K。即純水的正常沸點(diǎn)T正常=373.58K求平均摩爾汽化熱AvapHm根據(jù)圖2.所得的lnp-3/T曲線圖，直線的斜率m=-4.9264,根據(jù)式-vapHm_求得純水在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)內(nèi)

9、的平均摩爾汽化熱 vaPHm=40.96KJ/mol誤差分析實(shí)驗(yàn)所得純水的正常沸點(diǎn)為T正常=373.58K,與文獻(xiàn)值T=373.15K相比，相對(duì) 誤差為0.12%。實(shí)驗(yàn)求得純水在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)內(nèi)的平均摩爾汽化熱A vaPHm=40.96KJ/mol,與文 獻(xiàn)值40.63KJ/mol相比，相對(duì)誤差為0.81%。從以上數(shù)據(jù)來看，本次實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高。本實(shí)驗(yàn)的誤差來源很多，包括測(cè)壓 儀和水浴裝置的精密度、系統(tǒng)氣密性、當(dāng)?shù)卮髿鈮?、判斷液面是否相平的?biāo)準(zhǔn)、液面 相平時(shí)溫度和壓力數(shù)據(jù)的采集情況等。為了盡可能地減少誤差，首先我們采用了 精密數(shù)字壓力計(jì)和數(shù)字式溫度計(jì)，使用精密度較高的儀器，以及用讀數(shù)顯示輸

10、出 來代替人工讀數(shù)，很大程度上增加了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。第二，我們對(duì)系統(tǒng)的氣密性 進(jìn)行了檢查，確保儀器正常無故障才開始實(shí)驗(yàn)。第三，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后一 共讀取了兩次大氣壓值，并且根據(jù)實(shí)際溫度進(jìn)行校正，取平均值。第四，至于判 斷液面相平和讀數(shù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中均由同一位同學(xué)負(fù)責(zé)，防止個(gè)體讀數(shù)差異。 把握讀數(shù)時(shí)間，在液面相平時(shí)，及時(shí)記下溫度和壓力。六、討論與思考實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思考實(shí)驗(yàn)過程中，需要反復(fù)調(diào)節(jié)直通活塞和三通活塞來調(diào)節(jié)U形管的液面相平, 此操作在實(shí)驗(yàn)中耗費(fèi)時(shí)間較多。實(shí)驗(yàn)過程中就遇到因調(diào)節(jié)不慎，空氣倒灌的情況, 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。在調(diào)節(jié)液面過程中，系統(tǒng)尚未充分恒溫并到達(dá)氣液平衡就匆忙讀 數(shù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。我們

11、可以考慮在U形管上標(biāo)上刻度，方便判斷液面是否平衡?；蛘咧苯幼x 出U形管兩液面的高度，通過計(jì)算的方法求得飽和蒸汽壓。計(jì)算公式為P飽和二P壓力計(jì)+pg（hB-hc）參考相關(guān)文獻(xiàn)，有研究者提出使用單液管裝置，通過管內(nèi)液體高度修正數(shù)字 壓力表讀數(shù)得到純水的飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)思考題（1）什么是液體的飽和蒸汽壓？什么叫正常沸點(diǎn)？液體的沸點(diǎn)與外壓有何關(guān) 系？在一定溫度下，純液體與其自身的蒸汽到達(dá)氣壓平衡時(shí)，蒸汽的壓力成為該 溫度下的該液體的飽和蒸汽壓。而當(dāng)液體的飽和蒸汽壓等于外界壓力時(shí)丁液體沸 騰，此時(shí)的溫度即為該液體的沸點(diǎn)。當(dāng)外壓為latm （Pa）時(shí)，液體的沸點(diǎn)稱為 正常沸點(diǎn)。液體的沸點(diǎn)跟外部壓強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)

12、液體所受的壓強(qiáng)增大時(shí)，它的沸點(diǎn)升 高；壓強(qiáng)減小時(shí)；沸點(diǎn)降低。（2）本實(shí)驗(yàn)方法能否用于測(cè)定溶液的蒸汽壓？為什么？本實(shí)驗(yàn)方法只能用于測(cè)定純液體的蒸汽壓，純液體有恒定的沸點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程 中容易判斷是否到達(dá)沸騰狀態(tài)。而溶液為混合物，不一定有恒定的沸點(diǎn)，難以測(cè) 定出溶液的蒸汽壓。（3）等壓計(jì)U形管中的液體起到什么作用？冷凝器起什么作用？U型管液面相平時(shí)，表示兩側(cè)壓力相等。U形管兩側(cè)分別連接待測(cè)液體（純 水）以及壓力計(jì)，那么我們通過壓力計(jì)的讀數(shù)就可以求得某一溫度下對(duì)應(yīng)的飽和 蒸汽壓。冷凝器起到了冷凝回流的作用。U形管內(nèi)的水并不多，該實(shí)驗(yàn)又必須在水沸 騰的狀態(tài)下進(jìn)行，如果不將蒸發(fā)的水蒸氣冷凝回U形管，里面的水

13、很快就會(huì)完 全蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行。（4）怎樣從數(shù)字式低真空測(cè)壓儀的示數(shù)得到純液體的飽和蒸汽壓？在測(cè)量前，我們?cè)诖髿鈮簵l件下對(duì)儀器實(shí)施了置零操作，在測(cè)量時(shí)測(cè)壓儀 所顯示的示數(shù)為相對(duì)大氣壓的差值。因此，我們要用大氣壓值加上測(cè)壓儀的示 數(shù)，才可以得到對(duì)應(yīng)溫度下的實(shí)際飽和蒸汽壓值。（5）能否在加熱情況下檢查是否漏氣？我們是在使系統(tǒng)與真空泵和大氣均不相通的情況下，觀察壓力計(jì)的示數(shù)是否 變化，如果在35min內(nèi)示數(shù)穩(wěn)定，那么系統(tǒng)氣密性良好。但溫度的改變，會(huì)導(dǎo)致 純水外表上的蒸汽壓的改變，此時(shí)測(cè)壓儀的示數(shù)將有變化。(6)實(shí)驗(yàn)過程中為什么要防止空氣倒灌？我們的目的是要測(cè)量純液體的飽和蒸汽壓，即要保證純水外表的空間全部被 液體蒸汽所充滿。假假設(shè)空氣倒灌，空氣混在液體蒸汽里頭，所測(cè)出來的數(shù)值就不 是液體的蒸汽壓。(7)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？抽氣和漏入空氣的速度一定不能夠過快，稍微旋開活塞即可。假假設(shè)抽氣過快, 可能導(dǎo)致U形管里面的水被抽走；假假設(shè)漏入空氣過快，那么可能導(dǎo)致空氣倒灌。(8)實(shí)驗(yàn)時(shí)大燒杯中的水為什么一定要淹沒等壓計(jì)球A和球B間的U形管？U形管內(nèi)的水是跟本次測(cè)定的純液體相連通的，要保證他們?cè)谕粋€(gè)系統(tǒng)里 面，保持溫度相同，才可