液體飽和蒸汽壓的測定(動態(tài)法)

專業(yè)：__工科試驗(yàn)班專業(yè)：__工科試驗(yàn)班__姓名：__李歆___學(xué)號：__3080101590__日期：__2009.10.29__地點(diǎn)：紫金港化學(xué)實(shí)驗(yàn)樓__課程名稱：大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（P）指導(dǎo)老師：____滕啟文___成績：____________實(shí)驗(yàn)名稱：液體飽和蒸汽壓的測定實(shí)驗(yàn)類型：____同組學(xué)生姓名：__________一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得裝訂裝訂線液體飽和蒸氣壓的測定（動態(tài)法）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.加深理解飽和蒸氣壓、活度系數(shù)和滲透系數(shù)等概念。

2.學(xué)習(xí)測定液體飽和蒸汽壓的方法，了解蒸汽壓數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

3.理解蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高等溶液性質(zhì)及稀溶液的依數(shù)性。

4.熟悉溫度計的露莖校正法。

5.了解數(shù)字式真空測壓儀，熟悉福廷式氣壓計的使用方法及校正方法，初步掌握真空試驗(yàn)技術(shù)。

二、實(shí)驗(yàn)原理

在某一溫度下，封閉系統(tǒng)中的液體，有動能較大的分子從液相跑到氣相，也有動能較小的分子從氣相回到液相，當(dāng)二者的速率相等時，就達(dá)到了動態(tài)平衡。此時，氣相中的蒸氣密度不再改變，因而具有一定的飽和蒸汽壓。當(dāng)液體的飽和蒸汽壓與液體上方的壓力相等時液體就會沸騰，此時溫度就是沸點(diǎn)。

純液體和定組成溶液的飽和蒸汽壓是溫度的單值函數(shù)，蒸汽壓p隨溫度T的變化可用Clausius-Clapeyron方程表示：

dlnpdT=?vapHmRT2（式假定△vapHm與溫度無關(guān)，積分式1，有

lnp=-?vapHmRT+C（式2）

式中：C為積分常數(shù)，與壓力在應(yīng)用中常用Antoine方程描述飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系：

lnp=A-BT-C(式3)

式中：A、B、C此時可以估算不同溫度時的摩爾氣化焓和氣化熵?vapHm=BRT2（T-C）2測量蒸汽壓的方法可分為動態(tài)法和靜態(tài)法兩大類，靜態(tài)法（等壓計法）直接測定待測液體在指定溫度時的蒸汽壓，即固定T測定P得到蒸汽壓方程；動態(tài)法（沸點(diǎn)計法）是指測定待測液體在指定壓力下的沸點(diǎn)，即固定P測定T得到蒸汽壓方程。選擇何種方法主要取lnp對1/T作圖如下：Slope=-5237.42R=0.9982Slope=-5237.42R=0.9982圖3.lnp-T圖線如圖，直線的斜率為-5237.42，則?vapHm=43.54kJ查的文獻(xiàn)值為?vapHm=42.09kJ/mol，六、誤差分析及討論此次試驗(yàn)的誤差主要存在于以下幾個方面：1.試驗(yàn)儀器自身不夠精確。在試驗(yàn)的過程中數(shù)字式真空測壓儀的讀數(shù)一直無法穩(wěn)定，這表明系統(tǒng)存在輕微漏氣現(xiàn)象或者測壓儀有輕微漏氣，致使讀數(shù)存在誤差；另外，由于測量溫度計的溫度在讀數(shù)時也不穩(wěn)定，故溫度的讀取也有誤差。2.在進(jìn)行壓力的校正時，福廷式壓力計要求的是自身誤差校正、溫度校正、緯度及海拔校正等多項(xiàng)校正，而次試驗(yàn)中只進(jìn)行了緯度的校正，因此會有誤差存在。在試驗(yàn)中需要注意以下幾個問題：1.測定系統(tǒng)不漏氣是本實(shí)驗(yàn)成功的前提條件之一，實(shí)驗(yàn)裝置所有玻璃活塞均要用真空脂密封旋緊。2.在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意調(diào)節(jié)加熱電壓，每次測定完一個壓力下的沸點(diǎn)溫度時，必須先把電壓調(diào)回至0，待壓力改變穩(wěn)定之后再進(jìn)行下一次加熱。3.開真空泵錢必須先通冷凝水，以保證已蒸發(fā)的待測液冷凝回流至封閉液處。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)先將系統(tǒng)通大氣，再使真空泵通大氣，防止泵油倒灌。5.實(shí)驗(yàn)中測量溫度計的下段是插入到沸點(diǎn)計中去的，而上段則是露在大氣中的，因此兩段的溫度是不一樣的，因?yàn)樵诓煌臏囟认拢瑴囟扔媰?nèi)水銀的膨脹度也是不一樣的，所以觀測到的溫度就會有誤差，因此要進(jìn)行溫度的校正。溫度的校正公式為t=t1+0.000156h(t1-t2)6.福廷式氣壓計在使用之前應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣壓計必須垂直放置，在常壓下若與鉛直方向相差1°，則汞柱高度的讀數(shù)誤差約為0.015%。為此在氣壓計下端設(shè)定一固定環(huán)，在調(diào)節(jié)時，先擰松氣壓計底部圓環(huán)上的三個螺旋，令氣壓計鉛直懸掛，在旋緊這三個旋鈕，使其固定。而后慢慢旋轉(zhuǎn)地步的汞面調(diào)節(jié)螺旋，使汞槽內(nèi)的汞面升高，直到汞面恰好與象牙針尖接觸。7.福廷式氣壓計的刻度是以溫度為0℃，緯度為45°的海平面高度為標(biāo)準(zhǔn)的，故在一般的實(shí)驗(yàn)條件下刻度是不準(zhǔn)確的，需進(jìn)行校正。壓力的校正需多個校正。首先為自身誤差的校正，儀器出廠時會附有其校正卡片，據(jù)此來進(jìn)行校正。然后為溫度的校正，公式為?t=pt-p0=ptα-βt/(1+αt).?通過查閱資料還獲得如下與此次試驗(yàn)相關(guān)的信息：液體飽和蒸汽壓的測定除了動態(tài)法之外還有一些其他方法：1.靜態(tài)法。靜態(tài)法是在一定溫度下，調(diào)節(jié)外壓以平衡液體的蒸汽壓，求出外壓就能得到該溫度下的飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)時等壓計（圖4）儲液球和平衡柱中都裝有待測液，平衡柱中的待測液作封閉液。實(shí)驗(yàn)初始時，儲液球上方充滿空氣與待測液蒸氣的混合氣體，當(dāng)對系統(tǒng)抽氣時，混合氣體通過封閉液被不斷抽走，而儲液球內(nèi)的液體不斷蒸發(fā)，使得混合氣體中的空氣含量越來越少，直至被全部除盡，這時儲液球上方的氣體壓力就是待測液的飽和蒸汽壓。當(dāng)平衡柱兩側(cè)的液面同高時，記錄下壓差值E，則用大氣壓力減去E就是該溫度下待測液的飽和蒸汽壓。2.比較法。實(shí)驗(yàn)裝置見圖5。左邊盛液管內(nèi)位待測液，右側(cè)為蒸餾水（可查得其不同溫度下的蒸汽壓準(zhǔn)確值），平衡管內(nèi)為汞。先敞開左右盛液管，調(diào)節(jié)好恒溫槽溫度，讓液體中溶解的氣體逸出，待平衡管兩側(cè)的液面穩(wěn)定且等高后封閉兩側(cè)盛液管。在汞柱的高度差升降變化穩(wěn)定時記下汞面高度差就是兩液體見蒸汽壓的差值，至此待測液的蒸汽壓也可算。112233212133圖圖4.等壓計1.平衡柱；2.儲液球3.待測液圖圖5.比較法測定液體飽和蒸汽壓裝置1.恒溫槽；2盛液管；3平衡管3.飽和氣流法。在一定的溫度和壓力下，把載氣緩緩地通過待測物質(zhì)，使載氣被待測物質(zhì)的蒸汽所飽和，然后用另一物質(zhì)吸收載氣中待測物的蒸汽，測定一定體積的載氣中待測物質(zhì)蒸汽的質(zhì)量，即可計算其分壓，此法一般適用于在常溫下飽和蒸汽壓較低的物質(zhì)。七、問答題1.為什么要檢查裝置是否漏氣？系統(tǒng)漏氣或脫氣不干凈對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生什么影響？答：因?yàn)榇嗽囼?yàn)是在一定的真空度下進(jìn)行的，如果裝置漏氣，則不能保證實(shí)驗(yàn)所需的真空條件，因此實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)檢查裝置是否漏氣。如果系統(tǒng)漏氣，則實(shí)驗(yàn)所記錄的壓力就會比系統(tǒng)內(nèi)的真實(shí)壓力偏低，即會使壓力下的沸點(diǎn)偏高，影響實(shí)驗(yàn)的精確度。2.使用真空泵是應(yīng)該注意哪些問題？答：開啟真空泵之前，須讓緩沖瓶的旋塞打開，直接與泵連接的干燥瓶的旋塞也要打開，即讓系統(tǒng)與大氣相通。開啟真空泵后再將上述旋塞依次關(guān)閉，待系統(tǒng)達(dá)到所需要的真空度時將連接系統(tǒng)與真空泵之間的旋塞關(guān)閉，這樣就可保證系統(tǒng)穩(wěn)定在相應(yīng)的真空度之下，最后關(guān)閉真空泵。3.為什么要進(jìn)行細(xì)致的溫度和壓力校正？怎樣校正？答：測量溫度計的下段是插入到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中去的，而上段則是露在大氣中的，因此兩段的溫度是不一樣的，應(yīng)為在不同的溫度下，溫度計內(nèi)水銀的膨脹度也是不一樣的，所以觀測到的溫度就會有誤差，因此要進(jìn)行溫度的校正。福廷式氣壓計的刻度是以溫度為0℃，緯度為45°的海平面高度為標(biāo)準(zhǔn)的，故在一般的實(shí)驗(yàn)條件下刻度是不準(zhǔn)確的，需進(jìn)行校正。溫度的校正公式為t=t1+0.000156h(t1-t2)壓力的校正需多個校正。首先為自身誤差的校正，儀器出廠時會附有其校正卡片，據(jù)此來進(jìn)行校正。然后為溫度的校正，公式為?t=pt-p0=ptα-βt/(1+αt).?t為溫度校正值；4怎樣保證實(shí)驗(yàn)中溫度和壓力能夠測準(zhǔn)？答：保證實(shí)驗(yàn)中溫度測量的準(zhǔn)確應(yīng)該要控制實(shí)驗(yàn)的溫度范圍，首先必須使測量溫度計的水銀柱露出沸點(diǎn)計外以方便準(zhǔn)確讀數(shù)，其次是在讀數(shù)時如果出現(xiàn)因待測液沸騰而使得溫度不穩(wěn)定的情況，則每次讀數(shù)時應(yīng)一致讀取上限或者一致讀取下限，以減小人為因素造成的誤差。保證壓力測量的準(zhǔn)確應(yīng)確保數(shù)字式真空測壓儀不漏氣，整個的系統(tǒng)也不漏氣，讀數(shù)的時候要迅速。5對比分析靜態(tài)法和動態(tài)法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用對象。答：靜態(tài)法適用于蒸汽壓比較大的液體，其優(yōu)點(diǎn)為精確度較高，以等壓計的兩筆液面等高老觀測平衡較為靈敏，缺點(diǎn)是操作難度大，對較高溫度下的蒸汽壓測定由于溫度難以控制而降低準(zhǔn)確度。動態(tài)法適用于沸點(diǎn)不是太高的液體，其優(yōu)點(diǎn)是對溫度的控制要求不高，缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度較低。6.相同壓力下，純液體和相應(yīng)溶液的沸點(diǎn)有什么不同？為什么會產(chǎn)生這一現(xiàn)象？答：相同壓力下，純液體的沸點(diǎn)低于相應(yīng)溶液的沸點(diǎn)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于溶液中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，其占據(jù)了液體表面一定的面積，減少了蒸發(fā)到液體上方溶劑分子的量，因此當(dāng)溫度到達(dá)純液體的沸點(diǎn)時，溶液液面上方的蒸汽壓還小于純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎?，此時溶液不會沸騰，需要繼續(xù)升溫使溶劑繼續(xù)蒸發(fā)至液面上方的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎悍娇煞序v。參考文獻(xiàn)：浙江大學(xué)化學(xué)系.2005.中級化學(xué)實(shí)驗(yàn).第一版.北京:科學(xué)出版社袁譽(yù)洪等.2008.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).第一版.北京:科學(xué)出版社夏海濤等.2006.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).第一版.南京:南京大學(xué)出版社北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)組.2002.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).第四版.北京:北京大學(xué)出版社傅獻(xiàn)彩等.2005.物理化學(xué).第五版.北京:高等教育出版社Pet