飽和蒸氣壓的測(cè)定

關(guān)于飽和蒸氣壓的測(cè)定第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?.學(xué)習(xí)靜態(tài)法測(cè)定液體飽和蒸氣壓。2.用數(shù)字壓力計(jì)測(cè)定不同溫度下水的飽和蒸氣壓。3.使用克勞修斯—克拉佩龍關(guān)系式計(jì)算水的汽化熱。4.掌握氣壓計(jì)、數(shù)字壓力計(jì)和真空泵的使用方法。5.學(xué)習(xí)用origin7.5處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二、實(shí)驗(yàn)原理

在一定溫度下與液體處于平衡狀態(tài)時(shí)蒸氣的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。

密閉于真空容器中的液體，在某一溫度下有動(dòng)能較大的分子從液相跑到氣相，也有動(dòng)能較小的分子由氣相碰回液相。當(dāng)二者的速率相等時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，氣相中的蒸氣密度不再改變，因而有一定的飽和蒸氣。第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

液體的蒸氣壓是隨溫度而改變的，當(dāng)溫度升高時(shí)有更多的高動(dòng)能的分子能夠由液面逸出，因而蒸氣壓增大。當(dāng)蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)，液體便沸騰。

外壓不同時(shí)液體的沸點(diǎn)也就不同。我們把外壓為101.325kPa時(shí)的沸騰溫度定義為液體的正常沸點(diǎn)。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯一克拉貝龍方程式表示；

（1）第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

式中：p為液體在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓；

T為熱力學(xué)溫度；

為液體摩爾氣化熱（J.mol-1）；

在溫度較小的變化范圍內(nèi)，

可視為常數(shù)，積分（1）式可得：

（2）由（2）式可知，若用lnp對(duì)1/T作圖應(yīng)得一直線，斜率m為；（3）

或(4)第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日測(cè)定液體飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種：1．飽和氣流法在一定溫度和壓力下通過(guò)一定體積已被待測(cè)液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的重量，便可計(jì)算蒸氣的分壓，這個(gè)分壓就是該溫度下被測(cè)液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。2．靜態(tài)法

在某一溫度下將被測(cè)液體放在一個(gè)密閉的體系中，直接測(cè)量其飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3．動(dòng)態(tài)法利用當(dāng)液體的蒸氣壓與外壓相等時(shí)液體沸騰的原理，測(cè)定液體在不同外壓時(shí)的沸點(diǎn)就可求出不同溫度下的蒸氣壓。這些方法中以靜態(tài)法準(zhǔn)確性較高，即使蒸氣壓只有1333Pa(10mmHg)左右也可測(cè)定。靜態(tài)法以等位計(jì)的兩臂液面等高來(lái)觀察平衡較靈敏。對(duì)較高溫度下的蒸氣壓測(cè)定，由于溫度難以控制而準(zhǔn)確度較差。動(dòng)態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)溫度的控制要求不高，對(duì)于沸點(diǎn)低于100℃的液體，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可達(dá)到一定的精確度。飽和氣流法不僅可測(cè)液體的飽和蒸氣壓，亦可測(cè)定固態(tài)易揮發(fā)物質(zhì)，如碘的蒸氣壓。它的缺點(diǎn)是通常不易達(dá)到真正的飽和狀態(tài)，因此實(shí)測(cè)值偏低。故這種方法通常只用來(lái)求溶液蒸氣壓的相對(duì)降低。第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三、儀器和試劑如圖1裝置一套：包括玻璃恒溫槽1套，冷阱1個(gè)，數(shù)字精密壓力計(jì)1臺(tái)，真空泵及附件1套。圖1靜態(tài)法液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日四、實(shí)驗(yàn)步驟1.圖1安裝好實(shí)驗(yàn)裝置2.精密數(shù)字壓力計(jì)調(diào)試通電預(yù)熱精密數(shù)字壓力計(jì)10min左右，選擇kPa為單位，且在系統(tǒng)通大氣的情況下，調(diào)零。3.裝樣：

將蒸餾水從加樣口注入，關(guān)閉平衡閥1，打開(kāi)進(jìn)氣閥和平衡閥2，啟動(dòng)真空泵抽氣至壓力計(jì)讀數(shù)為-50kPa時(shí)停止抽氣，關(guān)閉平衡閥2，打開(kāi)平衡閥1，使乙醇沖入試樣球A。如此反復(fù)操作，使乙醇充滿試樣球A2/3及液封U型管體積的1/2。第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4.檢漏:開(kāi)啟冷卻水，接通電源，使真空泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)2min，關(guān)閉平衡閥1，打開(kāi)進(jìn)氣閥和平衡閥2抽氣，使系統(tǒng)減壓至壓力計(jì)讀數(shù)為-50kPa后停止抽氣，關(guān)閉進(jìn)氣閥和平衡閥2。此時(shí)系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。若壓力計(jì)數(shù)值下降在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（0.01kPa/4s）即為正常。否則應(yīng)檢查原因，設(shè)法消除，至不漏氣為止。

5.測(cè)定:開(kāi)啟冷卻水，調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度稍高于室溫（如25℃）作為實(shí)驗(yàn)起始溫度，通電加熱，A球內(nèi)蒸餾水的溫度隨水浴的溫度升高而升高。同時(shí)開(kāi)啟真空泵緩緩抽氣，使A球內(nèi)氣體呈氣泡一個(gè)一個(gè)地通過(guò)液封U管（切忌抽氣太快）排出。緩緩抽氣數(shù)分鐘后(注意勿使液體沸騰過(guò)猛)，使壓力計(jì)讀數(shù)約為-98kPa左右，關(guān)閉進(jìn)氣閥，使真空泵與大氣相通，停止抽氣。然后微微調(diào)節(jié)平衡閥1，使U型管兩液面等高為止（謹(jǐn)防空氣倒灌入A球），記下恒溫槽溫度和壓力計(jì)讀數(shù)。第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

如此重復(fù)操作兩次，若連續(xù)兩次測(cè)得的數(shù)值相等，則可認(rèn)為A、B管中的空氣已排凈。記下此時(shí)壓力計(jì)讀數(shù)，同時(shí)從氣壓計(jì)上讀取并記下室溫和大氣壓。用當(dāng)天大氣壓平均值減去表壓絕對(duì)值(p水=p大-│p表│)，即為設(shè)定溫度下水的飽和蒸氣壓。用上述方法，沿升溫方向每隔3～5℃測(cè)定一組設(shè)定溫度下的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)完畢，停止加熱，緩緩打開(kāi)平衡閥1和進(jìn)氣閥，待系統(tǒng)處于常壓時(shí)，關(guān)閉氣壓計(jì)電源，最后關(guān)閉冷卻水，復(fù)原。第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日五、數(shù)據(jù)記錄與處理1．?dāng)?shù)據(jù)記錄被測(cè)液體：乙醇

室溫：22.2℃

大氣壓：開(kāi)始讀數(shù)kPa

結(jié)束讀數(shù)

kPa平均值

kPa溫度t/℃T/K1/T(K-1)壓力計(jì)讀數(shù)p/kPa乙醇的蒸汽壓p/kPalnp24297.20.00336-97.828301.20.00332-97.0…第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2．用origin繪制lnp-1/T圖，求斜率m3．由m求4．求水的正常沸點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)也可以測(cè)定其他各種純液體，如乙醇、丙酮等的蒸氣壓和平均摩爾汽化熱。第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日溫度()壓力示數(shù)均值（）溫度（）液體飽和蒸汽壓（）1/T20.3-95.25293.456.958.84650

0.0034125.4-93.71298.558.509.047230.00335

30.5-91.42303.6510.789.285450.00329

35.6-87.80308.7514.409.574980.00324

40.5-83.84313.6518.369.81793

0.00319【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理】實(shí)驗(yàn)相關(guān)物理量數(shù)據(jù)的處理作lnp－1/T的函數(shù)關(guān)系圖，求外壓為102.02Kpa條件下乙醇的沸點(diǎn)第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日∵標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為Pa，則lnp＝代入y=-ax+b得：解得：1/T＝x＝2.8001×10-3K-1∴乙醇的正常沸點(diǎn)為：T＝357.130K.(t=83.980℃)②根據(jù)lnp－1/T直線的斜率，求乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)內(nèi)的平均摩爾汽化熱ΔvapHmΔvapHm＝－Rm＝－8.314×(－37307.69)＝37.30769kJ/mol③數(shù)據(jù)誤差分析：a.通過(guò)查閱附錄，得到乙醇的平均摩爾汽化熱參考值第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)所得乙醇的平均摩爾汽化熱相對(duì)誤差

b.通過(guò)查閱附錄，得到乙醇在下的沸點(diǎn)實(shí)驗(yàn)所得乙醇的T的相對(duì)誤差：第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持等位計(jì)AB液面間的空氣排凈。2.抽氣的速度要合適，必須防止等位計(jì)內(nèi)的液體沸騰過(guò)劇。3.因?yàn)檎魵鈮汉蜏囟扔嘘P(guān)，在測(cè)定過(guò)程中應(yīng)控制恒溫槽的溫度波動(dòng)為

±0.1℃。4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需防止U型管內(nèi)的液體回流入A球內(nèi)，帶入空氣，影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日七、思考題1．所測(cè)量?jī)x器的精確度是多少？估計(jì)最后氣化熱的有效數(shù)字。2．如何獲得較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？3．克勞修斯—克拉佩龍關(guān)系式在什么條件下才能應(yīng)用？為什么本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的只是平均氣化熱？4.如何判斷AB液面間的空氣已排凈？第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日八、附錄1真空泵真空是指壓力小于一個(gè)大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，常以壓強(qiáng)值表示，習(xí)慣上稱作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空間具有不同的分子密度。在現(xiàn)行的國(guó)際單位制（SI）中，真空度的單位與壓強(qiáng)的單位均為帕斯卡（Pasca），簡(jiǎn)稱帕，符號(hào)為Pa。在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，通常按真空度的獲得和測(cè)量方法的不同，將真空區(qū)域劃分為:粗真空(101325Pa～1333Pa);低真空(1333Pa～0.1333Pa);高真空(0.1333Pa～1.333×10-6Pa)；超高真空(<1.333×10-6Pa)。為了獲得真空，就必須設(shè)法將氣體分子從容器中抽出。凡是能從容器中抽出氣體，使氣體壓力降低的裝置，均可稱為真空泵。

如水流泵、機(jī)械真空泵、油泵、擴(kuò)散泵、吸附泵、鈦泵等等。第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日?qǐng)D2旋片式真空泵1.進(jìn)氣嘴;2.旋片彈簧;3.旋片;4.轉(zhuǎn)子;5.泵體;6.油箱;7.真空泵油;8-排氣嘴。

它主要由泵體和偏心轉(zhuǎn)子組成。

經(jīng)過(guò)精密加工的偏心轉(zhuǎn)子下面安裝有帶彈簧的滑片，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，偏心轉(zhuǎn)子緊貼泵腔壁旋轉(zhuǎn)?；繌椈傻膲毫σ簿o貼泵腔壁?；诒们恢羞B續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使泵腔被滑片分成的兩個(gè)不同的容積呈周期性的擴(kuò)大和縮小。氣體從進(jìn)氣嘴進(jìn)入，被壓縮后經(jīng)過(guò)排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復(fù)，將系統(tǒng)內(nèi)的壓力減小。實(shí)驗(yàn)室常用的真空泵為旋片式真空泵第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

旋片式機(jī)械泵的整個(gè)機(jī)件浸在真空油中，這種油的蒸氣壓很低，既可起潤(rùn)滑作用，又可起封閉微小的漏氣和冷卻機(jī)件的作用。在使用機(jī)械泵時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1.機(jī)械泵不能直接抽含可凝性氣體的蒸氣、揮發(fā)性液體等。因?yàn)檫@些氣體進(jìn)入泵后會(huì)破壞泵油的品質(zhì)，降低了油在泵內(nèi)的密封和潤(rùn)滑作用，甚至?xí)?dǎo)致泵的機(jī)件生銹。因而必須在可凝氣體進(jìn)泵前先通過(guò)純化裝置。

例如，用無(wú)水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分;用石蠟吸收有機(jī)蒸氣;用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

2.機(jī)械泵不能用來(lái)抽含腐蝕性成分的氣體。如含氯化氫、氯氣、二氧化氮等的氣體。因這類(lèi)氣體能迅速侵蝕泵中精密加工的機(jī)件表面，使泵漏氣，不能達(dá)到所要求的真空度。遇到這種情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)使氣體在進(jìn)泵前先通過(guò)裝有氫氧化鈉固體的吸收瓶，以除去有害氣體。

3.機(jī)械泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。使用時(shí)應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的電壓。若是三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的泵，第一次使用時(shí)特別要注意三相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是否正確。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)有摩擦、金屬碰擊等異聲。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)溫度不能超過(guò)50℃～60℃。

4.機(jī)械泵的進(jìn)氣口前應(yīng)安裝一個(gè)三通活塞。停止抽氣時(shí)應(yīng)使機(jī)械泵與抽空系統(tǒng)隔開(kāi)而與大氣相通，然后再關(guān)閉電源。這樣既可保持系統(tǒng)的真空度，又避免泵油倒吸。第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期日八、附錄2數(shù)字式壓力計(jì)數(shù)字式壓力計(jì)是運(yùn)用壓阻式壓力傳感器原理測(cè)定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間壓差的儀器。它可取代傳統(tǒng)的U型水銀壓力計(jì)，無(wú)汞污染現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康有極大的好處。該儀器的測(cè)壓接口在儀器后的面板上。使用時(shí)，先將儀器按要求連接在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上（注意實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能漏氣），再打開(kāi)電源預(yù)