饱和蒸气压的测定20150918

1、纯液体饱和蒸气压的测定 一、实验目的及要求二、实验原理 三、仪器和试剂四、实验步骤五、数据记录与处理六、 实验注意事项七、思考题八、附录1 真空泵一、实验目的及要求1.学习静态法测定液体饱和蒸气压。2.用数字压力计测定不同温度下水的饱和蒸气压。3.使用克劳修斯克拉佩龙关系式计算水的汽化热。4.掌握气压计、数字压力计和真空泵的使用方法。5.学习用origin7.5处理实验数据。二、实验原理 在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体的度下液体的饱和蒸气压饱和蒸气压。密闭于真空容器中的液体，在某一温度下有动能较大的密闭于真空容器中的

2、液体，在某一温度下有动能较大的分子从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。分子从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。当二者的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度当二者的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度不再改变，因而有一定的饱和蒸气。不再改变，因而有一定的饱和蒸气。液体的蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更多的液体的蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更多的高动能的分子能够由液面逸出，因而蒸气压增大。当蒸气压与高动能的分子能够由液面逸出，因而蒸气压增大。当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。外界压力相等时，液体便沸腾。外压不同时液体的沸点也就不

3、同。我们把外压为外压不同时液体的沸点也就不同。我们把外压为101.325101.325kPakPa时的沸腾温度定义为液体的时的沸腾温度定义为液体的正常沸点正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯一克拉贝龙液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯一克拉贝龙方程式表示；方程式表示； （1 1）2*)/ln(RTHdTkPapdmvap式中：式中：p p为液体在温度为液体在温度T T时的饱和蒸气压；时的饱和蒸气压；T T为热力学温度；为热力学温度；为液体摩尔气化热（为液体摩尔气化热（J.molJ.mol-1-1）；）；在温度较小的变化范围内，在温度较小的变化范围内， 可视为常数，可视为常数

4、，积分（积分（1 1）式可得：）式可得： （2 2）由（由（2）式可知，若用）式可知，若用lnp对对1/T作图应得一直线，斜率作图应得一直线，斜率m为为 ； （3 3） 或或 (4)mvapHmvapHBTRHpmvap1lnRHmmvapRmHmvap测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种：测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种：1 1饱和气流法饱和气流法在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸气的分压，这个分质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸

5、气的分压，这个分压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。体。 2静态法静态法 在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。3动态法动态法 利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同外压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。外压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。 这些方法

6、中以静态法准确性较高，即使蒸气压只有这些方法中以静态法准确性较高，即使蒸气压只有1333Pa(10mmHg)左右也可测定。静态法以等位计的两臂液面等高来观察平衡较灵敏。对左右也可测定。静态法以等位计的两臂液面等高来观察平衡较灵敏。对较高温度下的蒸气压测定，由于温度难以控制而准确度较差。动态法的较高温度下的蒸气压测定，由于温度难以控制而准确度较差。动态法的优点是对温度的控制要求不高，对于沸点低于优点是对温度的控制要求不高，对于沸点低于100的液体，如四氮化碳、的液体，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达到一定的精确度。饱和气流法不丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达到一定的精确度。饱和气

7、流法不仅可测液体的饱和蒸气压，亦可测定固态易挥发物质，如碘的蒸气压。仅可测液体的饱和蒸气压，亦可测定固态易挥发物质，如碘的蒸气压。它的缺点是通常不易达到真正的饱和状态，因此实测值偏低。故这种方它的缺点是通常不易达到真正的饱和状态，因此实测值偏低。故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。三、仪器和试剂如图1装置一套：包括玻璃恒温槽1套，冷阱1个，数字精密压力计1台，真空泵及附件1套。图图1静态法液体饱和蒸气压测定装置静态法液体饱和蒸气压测定装置四、实验步骤1 1. 图图1安装好实验装置安装好实验装置2. 精密数字压力计调试精密数字压力计调试通电预热精密数字

8、压力计通电预热精密数字压力计10min左右，选择左右，选择kPa为单位，且在系统为单位，且在系统通大气的情况下，调零。通大气的情况下，调零。3. .装样：装样： 将蒸馏水从加样口注入，关闭平衡阀将蒸馏水从加样口注入，关闭平衡阀1，打开进气阀和平衡阀，打开进气阀和平衡阀2，启，启动真空泵抽气至压力计读数为动真空泵抽气至压力计读数为-50 kPa时停止抽气，关闭平衡阀时停止抽气，关闭平衡阀2，打开，打开平衡阀平衡阀1，使乙醇冲入试样球，使乙醇冲入试样球A。如此反复操作，使乙醇充满试样球如此反复操作，使乙醇充满试样球A 2/3及液封及液封U型管体积的型管体积的1/2。4.检漏检漏:开启冷却水，接通电

9、源，使真空泵正常运转开启冷却水，接通电源，使真空泵正常运转2 2minmin，关闭平衡阀关闭平衡阀1 1，打开进气阀和平衡阀，打开进气阀和平衡阀2 2抽气，使系统减压至压力计读数为抽气，使系统减压至压力计读数为-50kPa后停止后停止抽气，关闭进气阀和平衡阀抽气，关闭进气阀和平衡阀2 2。此时系统处于真空状态。若压力计数值下此时系统处于真空状态。若压力计数值下降在标准范围内（降在标准范围内（0.010.01kPa/4skPa/4s）即为正常。否则应检查原因，设法消除，即为正常。否则应检查原因，设法消除，至不漏气为止。至不漏气为止。 5.5.测定测定: :开启冷却水，开启冷却水，调节恒温槽的温度

10、稍高于室温（如调节恒温槽的温度稍高于室温（如2 255）作为实验起）作为实验起始温度，通电加热，始温度，通电加热，A A 球内蒸馏水的温度随水浴的温度升高而升高。同时球内蒸馏水的温度随水浴的温度升高而升高。同时开启真空泵缓缓抽气，使开启真空泵缓缓抽气，使A A球内气体呈球内气体呈气泡一个一个气泡一个一个地通过液封地通过液封U U管（管（切忌切忌抽气太快抽气太快）排出。缓缓抽气数分钟后）排出。缓缓抽气数分钟后( (注意勿使液体沸腾过猛注意勿使液体沸腾过猛) ) ，使压力计，使压力计读数约为读数约为-98-98kPakPa左右，关闭进气阀，使真空泵与大气相通，停止抽气。然左右，关闭进气阀，使真空泵

11、与大气相通，停止抽气。然后微微调节平衡阀后微微调节平衡阀1 1，使，使U U型管型管两液面等高两液面等高为止（为止（谨防空气倒灌入谨防空气倒灌入A A球球），记），记下恒温槽温度和压力计读数。下恒温槽温度和压力计读数。如此重复操作两次，若连续两次测得的数值相等，则可认为A、B管中的空气已排净。记下此时压力计读数，同时从气压计上读取并记下室温和大气压。用当天大气压平均值减去表压绝对值(p水=p大-p表)，即为设定温度下水的饱和蒸气压。用上述方法，沿升温方向每隔35测定一组设定温度下的数值。实验完毕，停止加热，缓缓打开平衡阀1和进气阀，待系统处于常压时，关闭气压计电源，最后关闭冷却水，复原。五、数

12、据记录与处理1 1数据记录数据记录被测液体：乙醇被测液体：乙醇 室温：室温：22.2 大气压：开始读数大气压：开始读数 kPa 结束读数结束读数 kPa 平均值平均值 kPa温度温度t/T/K1/T(K-1)压力计读数压力计读数p/kPa乙醇的蒸汽压乙醇的蒸汽压p/kPalnp24297.20.00336-97.828301.20.00332-97.02 2用用origin绘制绘制lnp-1/T图，求斜率图，求斜率 m3 3 由由m求求4 4求水的正常沸点。求水的正常沸点。 本实验也可以测定其他各种纯液体，如乙醇、丙酮等的蒸气压和平均本实验也可以测定其他各种纯液体，如乙醇、丙酮等的蒸气压和平均

13、摩尔汽化热。摩尔汽化热。mvapH温度( )压力示数均值（ ）温度（ ）液体饱和蒸汽压（ ）1/T20.3 -95.25 293.456.95 8.84650 0.00341 25.4 -93.71 298.55 8.50 9.04723 0.00335 30.5 -91.42 303.65 10.78 9.28545 0.00329 35.6 -87.80 308.75 14.40 9.57498 0.00324 40.5 -83.84 313.65 18.36 9.81793 0.00319 oCakPKakPln P0.00320.00330.00348.59.09.510.02013/

14、11/3 14:08:20ln p1/TY= -4487.33435X+24.10257Y= -4487.33435X+24.10257 R R2 2=0.9914=0.9914ln pln p1/T1/T【实验数据记录与处理实验数据记录与处理】实验相关物理量数据的处理实验相关物理量数据的处理作作ln p1/T的函数关系图，求外压为的函数关系图，求外压为102.02Kpa条件下乙醇的沸点条件下乙醇的沸点 标准大气压为 Pa，则 ln p 代入y = -ax + b得： 解得：1/T x 2.800110-3 K-1 乙醇的正常沸点为：T357.130K. (t=83.980)根据根据l n p

15、1/T直线的斜率，求乙醇在实验温度区内的平均摩尔汽化热直线的斜率，求乙醇在实验温度区内的平均摩尔汽化热vapHm vapHmRm8.314(37307.69)37.30769 kJ/mol数据误差分析数据误差分析： a.通过查阅附录，得到乙醇的平均摩尔汽化热参考值 142.59vapmHkJ mol0.12402759.42590.4237.307690725. 030.78)30.78980.83(1实验所得乙醇的平均摩尔汽化热相对误差 1atm78.30otCb.通过查阅附录，得到乙醇在 下的沸点实验所得乙醇的T的相对误差：六、 实验注意事项 1.整个实验过程中，应保持等位计整个实验过程中

16、，应保持等位计AB液面间的空气排净。液面间的空气排净。 2.抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾过剧。抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾过剧。 3.因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温槽的温度波动为因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温槽的温度波动为 0.1 。 4. 实验过程中需防止实验过程中需防止U型管内的液体回流入型管内的液体回流入A球内，带入空气，影响球内，带入空气，影响实验结果。实验结果。 七、思考题1 1所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有效数字。所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有效数字。2 2如何获得较准确的实验结果？如何获得较准

17、确的实验结果？3 3克劳修斯克劳修斯克拉佩龙关系式在什么条件下才能应用克拉佩龙关系式在什么条件下才能应用？为什么本实验测？为什么本实验测得的只是平均气化热？得的只是平均气化热？4. 4. 如何判断如何判断AB液面间的空气已排净？液面间的空气已排净？八、附录1 真空泵真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程度，常以压强值表示，习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空度，常以压强值表示，习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间具有不同的分子密度。间具有不同的分子密度。在现行的国际单位制（在现行的国际单位制（S

18、ISI）中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯卡（卡（PascaPasca），），简称帕，符号为简称帕，符号为PaPa。在物理化学实验中，通常按真空度的获得和测量方法的不同，将真空在物理化学实验中，通常按真空度的获得和测量方法的不同，将真空区域划分为区域划分为: :粗真空粗真空(101325(101325PaPa1333Pa);1333Pa);低真空低真空(1333(1333PaPa0.1333Pa);0.1333Pa);高高真空真空(0.1333(0.1333PaPa1.3331.3331010-6-6Pa)Pa)；超高真空超高真空( 1.333( 1.33

19、31010-6-6Pa )Pa )。为了获为了获得真空，就必须设法将气体分子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体得真空，就必须设法将气体分子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体，使气体压力降低的装置，均可称为真空泵。，使气体压力降低的装置，均可称为真空泵。如水流泵、机械真空泵、油泵、扩散泵、吸附泵、钛泵等等。如水流泵、机械真空泵、油泵、扩散泵、吸附泵、钛泵等等。图图2 2 旋片式真空泵旋片式真空泵1.1.进气嘴进气嘴;2.;2.旋片弹簧旋片弹簧;3.;3.旋片旋片; ;4.4.转子转子;5.;5.泵体泵体;6.;6.油箱油箱; ;7.7.真空泵油真空泵油;8-;8-排气嘴。排气嘴。 它主要由泵

20、体和偏心转子组成。它主要由泵体和偏心转子组成。经过精密加工的经过精密加工的偏心转子下面安装偏心转子下面安装有带弹簧的滑片，由电动机带动，偏心转子有带弹簧的滑片，由电动机带动，偏心转子紧贴泵腔壁旋转。滑片靠弹簧的压力也紧贴紧贴泵腔壁旋转。滑片靠弹簧的压力也紧贴泵腔壁。滑片在泵腔中连续运转，使泵腔被泵腔壁。滑片在泵腔中连续运转，使泵腔被滑片分成的两个不同的容积呈周期性的扩大滑片分成的两个不同的容积呈周期性的扩大和缩小。气体从进气嘴进入，被压缩后经过和缩小。气体从进气嘴进入，被压缩后经过排气阀排出泵体外。如此循环往复，将系统排气阀排出泵体外。如此循环往复，将系统内的压力减小。内的压力减小。 实验室常

21、用的真空泵为旋片式真空泵实验室常用的真空泵为旋片式真空泵旋片式机械泵的整个机件浸在真空油中，这种油的蒸气压很低，既可旋片式机械泵的整个机件浸在真空油中，这种油的蒸气压很低，既可起润滑作用，又可起封闭微小的漏气和冷却机件的作用。起润滑作用，又可起封闭微小的漏气和冷却机件的作用。在使用机械泵时应注意以下几点在使用机械泵时应注意以下几点: :1.1.机械泵不能直接抽含可凝性气体的蒸气、挥发性液体等。因为这些机械泵不能直接抽含可凝性气体的蒸气、挥发性液体等。因为这些气体进入泵后会破坏泵油的品质，降低了油在泵内的密封和润滑作用，甚至气体进入泵后会破坏泵油的品质，降低了油在泵内的密封和润滑作用，甚至会导致

22、泵的机件生锈。因而必须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。会导致泵的机件生锈。因而必须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。例如，用无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收水分例如，用无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收水分; ;用石蜡吸收有用石蜡吸收有机蒸气机蒸气; ;用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等。用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等。2.2.机械泵不能用来抽含腐蚀性成分的气体。如含氯化氢、氯气、二氧化机械泵不能用来抽含腐蚀性成分的气体。如含氯化氢、氯气、二氧化氮等的气体。因这类气体能迅速侵蚀泵中精密加工的机件表面，使泵漏气，氮等的气体。因这类气体能迅速侵蚀泵中精密加工的机件表面，使泵漏气，不能达到所要求的真空度

23、。遇到这种情况时，应当使气体在进泵前先通过装不能达到所要求的真空度。遇到这种情况时，应当使气体在进泵前先通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶，以除去有害气体。有氢氧化钠固体的吸收瓶，以除去有害气体。3.3.机械泵由电动机带动。使用时应注意电动机的电压。若是三相电动机机械泵由电动机带动。使用时应注意电动机的电压。若是三相电动机带动的泵，第一次使用时特别要注意三相电动机旋转方向是否正确。正常运带动的泵，第一次使用时特别要注意三相电动机旋转方向是否正确。正常运转时不应有摩擦、金属碰击等异声。运转时电动机温度不能超过转时不应有摩擦、金属碰击等异声。运转时电动机温度不能超过50 50 60 60 。4.4.机械泵的进气口前应安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽机械泵的进气口前应安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽空系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。这样既可保持系统的真空度，空系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。这样既可保