乙醇饱和蒸汽压地测定

1、液体饱和蒸气压的测定1. 实验目的(要求)(1) 掌握等压管测定液体饱和蒸气压的原理和方法。(2) 了解蒸气压的概念和影响因素。(3) 学会应用克-克方程，求得乙醇的摩尔气化热。(4) 学会温度计露出校正方法。2. 实验原理(概要)在一定温度下，纯液体与其蒸气达到相平衡状态时的压力，称为该液体在此温 度下的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与液体的本性及温度等因素有关，纯液体饱 和蒸气压随温度上升而增加。根据热力学理论可以导出饱和蒸气压与温度的关系式, 此式称克拉贝龙-克劳修斯方程，简称克-克方程。其微分式如下：(S20-1 )din pvap H mdTRT2式中P为纯液体饱和蒸气压，T为绝对温度

2、， vapHm为液体的摩尔气化热，R为通用气体常数。当上述各物理量用 SI制单位时，R = 8.314 J? mol 一1 ? O1在一定外压下，纯液体与其蒸气达到气液平衡时的温度称为沸点。因此，克克方程也表示纯液体的外压p与沸点T的关系。在101325 Pa的外压下，纯液体的沸点称为正常沸点。纯液体的气化热随温度上升而降低。通常温度下，气化热随温度变化较小，在 临界温度附近，气化热急剧下降。在临界温度时，纯物质气化热为零。当远离临界温度，而且温度变化较小时，气化热 vapHm可视为常数。对式(S201 )不定积分，得：,vapH m 1 亠In pC(S20-2 )R T式中，C为不定积分常

3、数。由此式可知，In p与1/T成直线关系。以1n p与1/T的实验值作图，应得直线，若直线斜率为m，则：ap H m = - mR( S20-3 )此vap H m为实验温度范围内的平均摩尔气化热。根据热力学推导，液体气化热与温度的关系式为：vap H m(-)Cp,m(g) Cp,m(l)( S20-4 )式中，Cp,m ( g )及Cp,m ( I)分别为纯物质饱和蒸气及饱和液体的恒压摩尔热容。如果此热容差与温度成直线关系，Cp,m (g ) Ci3，m (I)= Za + ZbT，则代入式(S20-4 )，可积分得气化热与温度的关系式如下：b 2 vapHm Ho aT T(S20 5

4、)式中ZHo ,Za及Zb均为常数。将式(S20 5)代入式(S20 1 )进行不定积分,精彩文档得:ln p AH。1R TT2R(S20 6)(S20 8）接算空4温 度 计1(S2)9）丿'空气+誠气1乙醇ffi S2L-1等压背示意團式中A为不定积分常数，合并常数得:(S20 7)1n p = A + BT 1 + C1nT + DT根据实验测得不同温度T时的饱和蒸气压 p,按最小二乘法可求出式 （S20 7）中各常数 A、B、C、D。根据式（S20 6）中各常数与式（S20 7）中各常数的对应关系可求得气化热与温度关系式为:apHm = BR + CRT + DRT2热容差与

5、温度的关系式为：Cp,m（g） Cp,m（l） = CR + 2DRT本实验采用等压管法测定乙醇的蒸气压。等压管如图S20 1所示。在管a处装有乙醇，其上方为乙醇蒸气和空气。如在管 b中气相为纯乙醇蒸气，具有实验温度下的饱和蒸气压，液体乙醇与管 a相通。当改变图S20 1中P外，使管a、b中 的液面相平时，乙醇的饱和蒸气压 p*和等压管外的压力 P外相等，p* = P外。如 用水银压差计测量 P外，则P外=P大气-PhP大气为外界的大气压力。式中Ph为压差计上左右水银柱的高度差所代表的压力差,所以：p* = P 大气一Ph(S20-10 )3. 实验操作过程概述1. 将洗净烘干的等压管 a、b

6、处各装入适量的无水乙醇。将管b放入管a中,注意勿使空气进入管b。2. 装好等压管，打开通入冷凝器3的冷却水。检查好管线后启动真空泵，转动考克10,使真空泵接通装置。当U型压差计上汞高差达 600 mm 左右时，转动考克10,使真空泵接通大气并隔绝装置，停止真空泵。检查系统真空度是否稳定。若一分钟内水银面变化小于1 mm，可认为系统不漏气，可进行实验。如果真空度下降较快，说明系统漏气。要检查系统的漏气位置，进行处理后，重新试漏。3. 启动真空泵，接通装置，使等压管a内不断有气泡冒出(此时压差计上水银柱差为700 mm 左右)。转动考克10，切断系统，把真空泵通大气，然后停泵。管b内乙醇仍不断气化

7、，乙醇蒸气带着b管中的空气冒出。排气 3 5分钟，管b处的空气基本排净。上述赶空气过程需在水浴温度为25 C左右时进行。温度太低，可先升温至此温度。4. 启动恒温槽搅拌器、 电子继电器及电加热器，调节恒温槽温度至 30.0 C。此步可与上步试漏同时进行。把手指堵在进气口上，打开考克9，慢慢放入空气，使管b液面逐渐下降，当等压管b和a内液面相平时，记下精密温度计读数T和辅助温度计读数Ts及压差计读数，同时记下精密温度计水银柱露出水面部分温度示值n（不作温度计露出校正时，可不记Ts及n ）o5. 升高恒温槽温度，每隔5 C重复步骤4 ,测定蒸气压。测完70.0 C蒸气压后， 再测乙醇在常压下的沸点

8、 （即饱和蒸气压等于实验时大气压力的温度）。在实验过程中，随水浴温度升高，要移动辅助温度计，使其水银球位于精密温度计露出水面的 水银柱中部。实验过程中要保持等压管全部浸没于水浴中。实验开始和结束时各读 取大气压一次（大气压力计使用方法见第三章大气压力计部分），取平均值。实验完毕，切断电源，关闭冷却水。实验过程记录1. 实验仪器及试剂（包括试剂等级，仪器、装置型号及编号）仪器：饱和蒸汽压测定装置药品：无水乙醇（AR ）。2. 实验过程记录及处理结果室温21 T大气压101.63kPa温度计浸入部分温度读数050:-4.250100:46实验结果记录：实验结果处理作图1/(T+DT)/ In p*

9、/kPT/CTs/CDP/kPaDT/CT+DTp*/kPa1/(T/C) C)a0.003392.2460121.1020.00-92.180.00445321.109.4580.003398521.0019.00-94.310.00806421.017.320.00340.00341.990610.0033525.0019.50-92.670.02569625.038.9640.0033542.192770.003282.5176931.0120.00-89.230.06202631.0712.4080.00328760.003252.6447534.3020.00-87.550.0880

10、8834.3914.0830.00325252.8460738.4220.00-84.410.1256138.5517.220.003210.00320810.003133.1793045.4020.00-77.600.20157445.6024.0390.00313733.3232348.3520.00-73.880.23836748.5927.750.003110.003108654.4027.00-64.210.03682654.4459.6226.00-55.060.07326559.6962.5025.00-49.500.09962.6066.7524.50-36.940.14027

11、66.8972.2024.00-20.120.20205472.4073.7024.00-17.700.2202773.9277.5425.00-2.730.26513877.8177.9524.500.000.27323678.220.003053.6222037.4230.00305350.003003.8409546.5750.00300470.002973.9537452.1390.00297810.002944.1696064.6920.00294170.002894.4007281.5160.00289460.002884.4299883.9330.00288130.002854.

12、5941098.9020.00284990.002844.62133101.6380.0028469120.000.00100.0080.0060.0040.0020.0020.0040.0060.0080.000.00100.00温度/c5.0e4.03.53.02.54.52.01.5ren5.14.64.13.63.12.62.11.60.0028 0.00290.0030.00310.0032 0.0033 0.0034 0.00351/(T/K)实验结果:DH/JmoL-1DE/DH校正温度前39844.85-6.45%校正温度后39741.75-6.69%理论值42590思考题及建

13、议1. 如果要判断等压管 b处空气是否排净，应如何检查 ？在初次测量时，重复测量两次蒸汽压，两次相差较小可认为系统中无空气。2. 在实验过程中为什么要防止管b中进入空气？若有空气进入则测得结果将有什么样的变化？在改造的系统中，已经解决了空气倒灌的问题。实验过程的任何操作不可能导 致空气进入系统。3. 对恒温槽的温度涨落有什么要求？在实验操作中放空气、读数据时应如何适应此涨落？液体在气化室吸热，会导致系统温度下降，放入空气后等待片刻可以保证系统达到平衡，在改造的系统中，实际上不必等待系统传热平衡，直接读取温度及平衡 压力即可。4. 由于气候条件不同，在不同大气压力下测出的液体蒸气压数据相同吗？实验过程中大气压力的变化对实验结果有影响吗？液体的饱和蒸汽压不会随着气候改变，若测量系统与环境压差，则环境压力改变会导致蒸汽压计算结果改变，若测定绝压（以真空定压力零点），则气压变化对结果无影响。5. 大气压力计铜标尺的零点在何处 ？水银柱上方空间含有一定气体，将对大气压力测定产生怎样的误差 ？系统已经改变，不再采用水银压力