液體飽和蒸氣壓的測(cè)定-物化實(shí)驗(yàn)報(bào)告

-.z......資料...物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)〔B〕實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)名稱】B.5液體飽和蒸氣壓的測(cè)定【】J.N【班級(jí)】第4小組【**】【組編號(hào)】5號(hào)【實(shí)驗(yàn)日期】2015年5月11日【室溫】24.1℃【大氣壓】100.11kPa【摘要】本實(shí)驗(yàn)通過(guò)靜態(tài)法測(cè)得CCl4的QUOTE〖〗^〖〗QUOTE，氣化熵為通過(guò)動(dòng)態(tài)法測(cè)得水的QUOTE〖〗^〖〗QUOTE，氣化熵為。溫度讀數(shù)的不準(zhǔn)確對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差極小，實(shí)驗(yàn)誤差的主要是由于靜態(tài)法中肉眼判斷液面平衡的不準(zhǔn)確性以及動(dòng)態(tài)法中金屬測(cè)溫探頭在沸騰過(guò)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。實(shí)驗(yàn)局部主要儀器藥品和設(shè)備1.1主要藥品CCl4、二次水等1.2主要儀器數(shù)字式溫度-壓力測(cè)定儀，循環(huán)水流泵，1/10刻度溫度計(jì)，電磁攪拌器，電加熱器，兩口圓底燒瓶，真空緩沖瓶，平安瓶，直形冷凝管，攪拌磁子，真空脂，冷凝水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟2.1靜態(tài)法測(cè)定飽和蒸氣壓2.1.1儀器裝置1-盛水大燒杯，2-溫度計(jì)，3-攪拌，4-平衡管，5-冷凝管，6-開(kāi)口U型水銀壓力計(jì)，7-緩沖瓶，8-進(jìn)氣活塞，9-抽氣活塞，10-放空活塞，11-平安瓶，12、13-橡皮管，14-三通活塞。實(shí)際儀器略有差異，壓力溫度數(shù)值從溫度-壓力測(cè)定儀中讀出。平衡管中參加CCL4至容量的2/3.2.1.2檢驗(yàn)氣密性翻開(kāi)油泵，再開(kāi)緩沖瓶上連接油泵的活塞，使體系壓力減少50kPa。關(guān)閉活塞，假設(shè)5min壓強(qiáng)變化少于0.3kPa，則裝置氣密性良好。2.1.3測(cè)大氣壓下沸點(diǎn)使體系與大氣相通，水浴加熱至78℃，停頓加熱不斷攪拌。當(dāng)b、c液面到達(dá)同一水平時(shí)，立即記下此時(shí)的溫度和大氣壓力。重復(fù)測(cè)定，假設(shè)連續(xù)兩次測(cè)定沸點(diǎn)差小于0.05℃，則空氣已排凈，此時(shí)溫度即為大氣壓下沸點(diǎn)。2.1.4測(cè)定不同壓強(qiáng)下沸點(diǎn)關(guān)閉通往大氣的活塞。先開(kāi)由泵，再開(kāi)連油泵的活塞，使體系減壓約6.7kPa。關(guān)閉接油泵活塞，攪拌，至b、c液面到達(dá)同一水平時(shí)，立即記下此時(shí)的溫度和大氣壓力。繼續(xù)減壓，測(cè)定其沸點(diǎn)。至壓力差為50kPa，完畢實(shí)驗(yàn)，讀大氣壓力。2.1.5整理儀器翻開(kāi)所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測(cè)定儀、冷凝水進(jìn)出口及油泵開(kāi)關(guān)，將儀器放回原位。2.2動(dòng)態(tài)法測(cè)定飽和蒸氣壓2.2.1熟悉儀器熟悉測(cè)定裝置各局部的構(gòu)造與作用，特別注意真空系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個(gè)活塞的作用及調(diào)節(jié)方法。組裝測(cè)量系統(tǒng)并檢查氣密性兩口圓底燒瓶中參加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一樣，翻開(kāi)油泵，至壓力降低50kPa，關(guān)閉連接油泵的活塞。觀察壓力計(jì)讀數(shù)變化，假設(shè)5min變化少于0.3kPa，則裝置氣密性良好。調(diào)節(jié)外壓，測(cè)量不同外壓下的沸點(diǎn)保持系統(tǒng)負(fù)壓在50kPa左右。翻開(kāi)回流冷凝水，并調(diào)節(jié)流量適中。加熱并攪拌，當(dāng)燒瓶中水沸騰且溫度不再上升時(shí)，記下溫度數(shù)值t，以及壓力計(jì)數(shù)值。停頓加熱。微微開(kāi)啟緩沖瓶通大氣的活塞，使少量空氣進(jìn)入系統(tǒng)，使外壓差降低5kPa左右時(shí)，關(guān)閉活塞。重新加熱。重復(fù)上述兩個(gè)步驟，讀取相應(yīng)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(shí)的溫度。大氣壓下的沸點(diǎn)最好平行測(cè)量3次。從實(shí)驗(yàn)室的氣壓表上讀取大氣壓值和室溫度。2.2.4整理儀器翻開(kāi)所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測(cè)定儀、冷凝水進(jìn)出口及油泵開(kāi)關(guān)，取下圓口燒瓶并倒出燒瓶的水，將儀器放回原位。實(shí)驗(yàn)條件待測(cè)液體通過(guò)加熱控制溫度，通過(guò)油泵來(lái)控制其蒸氣壓。冷凝管處于冷水冷凝回流的環(huán)境中。二、實(shí)驗(yàn)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TableSEQTable\*ARABIC1靜態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789壓強(qiáng)/kPa-0.12-7.61-12.36-18.51-24.19-30.86-37.46-44.01-51.27溫度/℃76.5372.8970.1768.4366.5664.2661.8658.6454.66蒸氣壓/kPa100.1192.6187.8681.7176.0369.3662.7656.2148.951.0000.92510.87760.81620.75950.69280.62700.56150.48900.00000-0.03382-0.05669-0.0882-0.11949-0.15937-0.20279-0.25066-0.31072沸點(diǎn)/K349.68346.04343.32341.58339.71337.41335.01331.79327.811/T/K-10.00285980.00288980.00291270.00292760.00294370.00296380.00298500.00301400.0030505計(jì)算舉例，以壓強(qiáng)為-7.61kPa，溫度72.89℃為例：蒸氣壓p=100.11+0.12-7.61=92.61kPaQUOTE=92.61/100.11=0.9251，QUOTE0.9251=0.03382沸點(diǎn)T=76.53+273.15=349.68K，1/T=1/349.68=0.0028598K-11.2作蒸氣壓-溫度的光滑曲線1.3作圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫(xiě)成如下的形式，求在此圖中當(dāng)外壓為100.0kPa或101.3kPa〔1atm〕時(shí)的沸點(diǎn)。由圖得，A=1709.9，B=4.9078，當(dāng)外壓為100.0kPa時(shí)，QUOTE?〔/〕/_____________________________________當(dāng)外壓為101.3kPa時(shí)，QUOTE_^_〖〗^〖〗^()^()〖〗^〖〗^()D_Dd__________努???1.4計(jì)算平均摩爾氣化熱，計(jì)算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比擬。正常沸點(diǎn)：當(dāng)P=101.3kPa,Tb=348.77K則摩爾氣化熵：與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對(duì)誤差：QUOTE2.動(dòng)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TableSEQTable\*ARABIC2動(dòng)態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789101112壓強(qiáng)/kPa-48.59-43.67-38.01-33.14-28.84-24.40-19.89-15.11-10.87-6.14-1.71-0.22溫度/℃81.1583.6886.1688.1789.8591.5493.1694.7896.1597.5898.9199.48蒸氣壓/kPa51.7456.6662.2267.0971.3975.8380.3485.1289.3694.0998.52100.010.516830.565980.621520.670160.713120.757470.802520.850270.892620.939870.984120.99900-0.28665-0.2472-0.20655-0.17382-0.14684-0.12064-0.09555-0.07045-0.04933-0.02693-0.00695-0.00043沸點(diǎn)/K354.30356.83359.31361.32363.00364.69366.31367.93369.30370.73372.06372.631/T/K-10.00282250.00280250.00278310.00276760.00275480.00274210.00272990.00271790.00270830.00269740.00268770.00268362.2作蒸氣壓-溫度的光滑曲線2.3作圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫(xiě)成如下的形式，求在此圖中當(dāng)外壓為100.0kPa或101.3kPa〔1atm〕時(shí)的沸點(diǎn)。由圖得，A=2078.7，B=5.5792，當(dāng)外壓為100.0kPa時(shí)，QUOTE?〔/〕/_D_Dd__________????________________當(dāng)外壓為101.3kPa時(shí)，QUOTE_^_〖〗^〖〗^()^()〖〗^〖〗^()D_Dd__________努???2.4計(jì)算平均摩爾氣化熱，計(jì)算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比擬。正常沸點(diǎn)：當(dāng)P=101.3kPa,Tb=372.92K則摩爾氣化熵：與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對(duì)誤差：QUOTE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(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響？怎樣防止空氣倒灌"答：假設(shè)空氣不趕凈，則測(cè)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(guò)克拉貝龍-克勞修斯方程計(jì)算沸點(diǎn)；在大氣壓下重復(fù)屢次趕氣并測(cè)定沸點(diǎn)，假設(shè)連續(xù)三次測(cè)定值在誤差圍之(≤0.05℃)則可認(rèn)為空氣已被趕凈；未排盡空氣，則會(huì)使得沸騰時(shí)液體上方的飽和蒸氣壓小于所測(cè)壓強(qiáng)，從而使得測(cè)得的沸點(diǎn)偏低；防止空氣倒灌,在做完大氣壓下實(shí)驗(yàn)讀取數(shù)據(jù)后，立即關(guān)閉通大氣活塞，并開(kāi)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(shí)如液體急劇氣化，應(yīng)作何處理？答：停頓加熱，同時(shí)緩緩放入空氣，使體系壓力慢慢升高，通過(guò)提高液體沸點(diǎn)及減少熱源來(lái)防止液體急劇氣化。1.3每次測(cè)定前是否需要重新抽氣？答：不需要。因?yàn)椴煌瑴囟绕滹柡驼魵鈮阂膊煌?，而且飽和蒸氣壓隨著濃度梯度升高而升高，即壓力計(jì)的測(cè)量值在減小，設(shè)計(jì)溫度升高梯度，可以防止每次測(cè)定前重新抽氣這一步驟。2.討論2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差來(lái)源〔1〕方法誤差在由克拉貝龍方程導(dǎo)出克勞修斯-克拉貝龍方程的過(guò)程中有3個(gè)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，忽略液體的摩爾體積；在不太大的溫度間隔，將摩爾汽化熱看作常數(shù)?！?〕溫度的測(cè)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(cè)定CCl4的摩爾氣化熵為，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，有6.7%的相對(duì)誤差；測(cè)定水的摩爾氣化熵為，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，有21%的相對(duì)誤差。在1atm下，CCl4的沸點(diǎn)為349.87K，QUOTE與實(shí)驗(yàn)計(jì)算值有約為0.3%的誤差，誤差較小；在1atm下，水的沸點(diǎn)為373.15K，QUOTE與實(shí)驗(yàn)計(jì)算值有約為0.6%的誤差，誤差較小。由上述計(jì)算可知，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與褚魯統(tǒng)規(guī)則數(shù)據(jù)的誤差主要是由于褚魯統(tǒng)規(guī)則應(yīng)用到水時(shí)的不準(zhǔn)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(méi)有締合作用，所以測(cè)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(shí)要破壞氫鍵，氣化熵增大，因此褚魯統(tǒng)規(guī)則不能應(yīng)用于水的計(jì)算。2.3溫度讀數(shù)不穩(wěn)定的影響實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在溫度較穩(wěn)定時(shí)仍有溫度仍在緩慢上升。為防止爆沸導(dǎo)致測(cè)得溫度的偏高，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)溫度在45s無(wú)變化時(shí)即記為該壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)。不妨設(shè)溫度測(cè)定中存在0.05℃的誤差，則測(cè)定CCl4的沸點(diǎn)引起的誤差為QUOTE，即溫度引起的誤差小于0.2%，誤差極?。粶y(cè)定水的沸點(diǎn)引起的誤差為QUOTE，即溫度引起的誤差小于0.15%，誤差也是極小的。因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度讀數(shù)不穩(wěn)定的影響可忽略不計(jì)。2.4實(shí)驗(yàn)儀器的改良圖六改良后平衡管圖七改良后的實(shí)驗(yàn)裝置儀器圖該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：①衛(wèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于裝樣、拆御和清洗；②調(diào)節(jié)外兩管液面相平時(shí)易于觀察判斷，且F管下端細(xì)小，容易控制F管液面上升的速度而防止出現(xiàn)放人過(guò)量空氣的情況；③調(diào)節(jié)系統(tǒng)真空度時(shí)，空氣不會(huì)倒灌人待測(cè)空間，只會(huì)使待測(cè)空間變小，因此即使操作不熟練，也不會(huì)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(jiǎn)單；⑤裝樣時(shí)可事先在F管中裝滿待測(cè)液體，然后倒插人E管的液體中，這樣可使得待測(cè)空間無(wú)空氣或只有極少量空氣，使驅(qū)氣的時(shí)間縮短。因此，等壓計(jì)改良以后，使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單、容易，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，還可節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。此外，將機(jī)械真空泵改為水循環(huán)流泵，可減少機(jī)油可能產(chǎn)生的對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響及可降低噪音。四、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)測(cè)得CCl4的QUOTE〖〗^〖〗^()_D_Dd__________e??________________〖〗^()^()?〔/^〕QUOTE，氣化熵為水的QUOTE