实验二液体饱和蒸气压的测定.doc

实验二 液体饱和蒸气压的测定
【摘要】
在一定温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸汽压力，称为该温度下的饱和蒸汽压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子从表面逃逸成蒸汽，同时蒸汽分子因碰撞而凝结成液相，当两者的速率相同时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸汽密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸汽压。
纯液体的饱和蒸汽压是随温度变化而改变的，它们之间的关系可用克劳修斯——克拉贝龙方程式表示。
【关键字】
饱和蒸汽压 克劳修斯——克拉贝拉方程式 摩尔汽化热 平均摩尔汽化热 正常沸点 动态法
【目的要求】
1、明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系——克劳修斯-克拉贝龙方程式。
2、掌握用数字式真空机测定不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压，初步掌握低真空试验技术。
3学会由图解法求被测液体平均摩尔气化热和正常沸点。了解真空泵、恒温槽及气压计的使用及注意事项。
【实验原理】
通常温度下(距离临界温度较远时)，密闭真空容器中的纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。恒压条件下蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为101.325kPa时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。
液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示：
dln{p*/[p]}/dT=△vapHm/RT2
式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。
假定ΔvapHm与温度无关，或因温度范围较小，ΔvapHm可以近似作为常数，积分上式，得：
ln{p*/[p]}=（-△vapHm/RT）+C
其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对1/T作图，应为一直线，由斜率可求算液体的ΔvapHm。
测定饱和蒸气压的方法：测定饱和蒸气压的方法主要有：
①静态法：在一定温度下，直接测量饱和蒸气压。此法适用于具有较大蒸气压的液体。
②动态法：测量沸点随施加的外压力而变化的一种方法。液体上方的总压力可调，而且用一个大容器的缓冲瓶维持给定值， 汞压力计测量压力值，加热液体待沸腾时测量其温度。
③饱和气流法：在一定温度和压力下，用干燥气体缓慢地通过被测纯液体，使气流为该液(体的蒸气所饱和。用吸收法测量蒸气量，进而计算出蒸气分压，此即该温度下被测纯液体的饱和蒸气压。该法适用于蒸气压 较小的液体。本实验采用静态法测定环己烷在不同温度下的饱和蒸气压。
静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图2-3-1所示：
平衡管由A球和U型管B、C组成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B管与C管的液面处于同一水平时，则表示B管液面上的(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。
【仪器与试剂】
蒸气压测定装置 1台； 真空泵 1台
数字式气压计 1台 电加热器 1台 温度计 2支 数字式真空计 1台 磁力搅拌器 1台 无水乙醇（分析纯）

【实验步骤】
1打开恒温水浴开关，按回差键使之变为0.1。
2 装样： 打开饱和蒸汽压测定仪冷凝器上端的小玻璃帽，加入一定量的液体乙醇（平衡器中已装好）。使单管高度为6cm。打开冷凝器上水开关（水流不要太大）。
3抽空：
    关闭平衡阀1，打开平衡阀2，打开进气阀。旋转玻璃活塞，使两个活塞为全通。
    打开精密数字压力仪，使单位调为kpa。按采零键置零。
     打开真空泵，待泵运转正常后，关闭玻璃放空活塞，观察数字压力计上的读数，待压力计读数达-93.5kpa时，关闭玻璃活塞，打开玻璃放空活塞后，关闭真空泵，关闭进气阀。
4测量：
     关闭平衡阀2，缓慢打开平衡调节阀1放入空气，观察U型管两端液面相等（2分钟不变）时，关闭平衡阀1。记录下温度和精密数字压力计上的读数（室温测一个）。
    打开恒温槽上的加热开关，打开搅拌开关，设置温度。按置数键。然后数字闪动按正三角键加数，按倒三角键减数，调至所需温度，比上一个温度高5℃。。第一位数字设完后按置数键设定下一位，三位数设完后，按置数键进入工作状态。（加热时可用强档，当加热到与设定温度差2度时改用弱档）。待恒温后用放气调平法继续测定下一组（重复4.1，4.2操作）。共做6组。方法同上。
    当六个数测完后，打开平衡阀1，打开平衡阀2，打开进气阀，打开玻璃活塞，关闭冷凝水，关闭恒温槽电源，实验结束。
【注意事项】
1减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。
2抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使B管内液体快速蒸发。
3实验过程中，必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。
4测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。
5温度计读数须作露茎校正。
【数据处理】
1．数据记录表
被测液体：无水乙醇 室温：9℃ 实验压力：99.08kPa
温度/℃
压力计读数/kPa
系统平衡总压/kPa
Lnp
1/T/（10-3K)
10
-93.22
5.86
1.76
3.53
15
-91.14
7.94
2.07
3.47
20
-88.84
10.24
2.32
3.41
27
-86.32
12.76
2.55
3.33
33
-83.06
16.02
2.77
3.27
38
-78.61
20.47
3.02
3.21
2．以lnp对1/T作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度范围内水的平均摩尔气化热ΔvapHm，由图求算纯液体的正常沸点

【参考文献】
1傅献彩，沈文霞，姚天扬。物理化学上册。第四版。北京：高等教育出版社，1990.144
2JohnM怀特著。物理化学实验。钱三鸿，吕颐康译。北京：人民教育出版社，1981.207
3Daniels F，Alberty R A，Williams J W，Cornwell C D，Bender P，Harriman J E。