实验4液体的饱和蒸汽压测定

1、实验4液体的饱和蒸汽压测定（大气压力计的使用）实验目的：（1）测定苯在不冋温度下的饱和蒸汽压，求其平均摩尔气化热。（2）掌握大气压力计使用方法，实验原理：在一定温度下，气液达平衡时的蒸汽压叫做饱和蒸汽压，蒸发一摩尔液体所需要吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。蒸汽压随着绝对温度的变化率服从克拉贝龙方程dp .：HdT FVg-Vi）式中： H为摩尔气化热，Vg和V|分别为一摩尔气体和液体的体积。若气体可视为理想 气体，和气体体积比较，液体体积可忽略，并假设温度变化范围不大，摩尔汽化热可近似看 作常数，将上式积分得p1HInp2RTT2T1T2AH1或In p 二BRT式中：R为气体普适常数

2、，B为积分常数。此式称为 克劳修斯-克拉贝龙方程式，若以升 华热代替气化热，此式也适用于气固两相平衡。从上式可以看出用实验测得不同温度下液体饱和蒸汽压P,且用lnP对1/T作图，应为一直线，从其斜率可求得摩尔气化热。测定液体饱和蒸汽压的方法有两类：（1）静态法，测量在某一温度下饱和蒸汽压。或间接测量，在一定外界压力测量其沸点.（2）饱和气流法：使干燥的惰性气流通过被测物质，并使其为被测物质所饱和，然后测定所通过气体中被测蒸汽的含 量，就可以根据分压定律算出被测物质的饱和蒸汽压。本实验采用静态法中的直接测量在某一温度下的饱和蒸汽压。实验步骤：实验装置见图 D3-1其中平衡管（又称等张计）是 由三

3、个相连的玻璃管 a, b和c组成。a管储存液体.b 管和c管中液体在底部相通。当a管和b管上部是待测液体的蒸汽，且 b管和c管中液面在同一水平时， 则表示加在b管液面上的蒸汽压与加在 c管液面上的 外压相等。此时液体的温度即体系的气液平衡温度亦 即沸点，平衡管与冷凝管相连，冷凝管左边通压力计， 右边通稳压瓶（缓冲瓶）。稳压瓶上有考克通过毛细管 与大气相通。平衡管中的液体可用下法加入：将洗干净的平衡SD3-1等张计测量饱和蒸气压装置管放在烘箱中烘干，再如图装配好。把冷凝管上方橡 皮管打开，从冷凝管中用滴管加入液体，再将橡皮管 接好，抽气，达一定负压（3040mmHg ）后，用稳 压瓶放气（倒入空

4、气），将液体压入 a管。一次量不 足可再次同法处理。直至在 a管中液体高度约2/3为宜。（以上工作，实验室已准备好）仪器药品:封闭式电炉，电动搅拌器，大烧杯，冷凝管与等张计，真空泵，缓冲瓶，水银温度计，DP-A数字压力计（或U型水银压力计），分析纯苯。因水银有毒，易污染环境，国家提倡仪器无汞化，本实验采用DP-A数字压力计取代水银压力计。蒸汽压测定：（1）打开冷却水，检查大烧杯中水的数量，如等张计不能全部浸入水中， 须加适量水，直至a管和b管间弯管全部浸没关闭测量系统与真空泵连接的玻璃阀门（玻璃 阀门俗称考克），打开缓冲瓶上的放空阀，启动真空泵备用。（2）打开数字压力计电源开关，把测量单位选择

5、为mmHg;检查确定已打开缓冲瓶上放空阀后按一下采零按钮，使窗口显示为零， 这样显示的数字即以大气压为基准，也就是比当前大气压大多少 mmHg或小多少 mmHg，小多少 mmHg在数字窗口显示有负号。（3 ）把电炉电源接通，加热，开启搅拌器（烧杯空间有限，调节转速不可太快，以免损坏玻璃仪器）直至温度接近测量液体沸点。本实验中苯的沸点约 80C,可加热到79C。在加热期间，从福廷式大气压力计读出当天大气压。（4）随着加温，b管液面降低，通冷凝管的 c管液面升高，直至气泡从 c管升出（气泡 中气体为空气和苯蒸汽）随着出泡加快，a管上方的空气逐渐减少，温度近测量液体沸点（79C）把电源插头拔去，利用

6、余热足以最后把a管和b管间空气赶光，只剩下苯蒸汽，出泡速度减慢，最后当 c管和b管液面相平时，记录此时温度。关闭缓冲瓶上放空阀，打开测量 系统与真空泵连接的玻璃阀门抽气，使系统和大气压相差50s 70mmHg ;由于外压降低，测量的液体（苯）又开始沸腾，又因已停止加热，和环境热交换使液体温度逐渐降低，出泡速 度逐渐减慢，当c管和b管液面相平时再次记录下温度与压力差 P （此时蒸汽压为大气压减去厶P）。以后每次减压使 P比前次相差增加 50s 70mmHg，方法与此相同。共测量八个实 验点（其中包括大气压下的沸点作为一个）。最终数字压力计指示压差（ P）不可超过400mmHg。操作要点：实验中注

7、意防止空气从 c管倒入b管方法是：先记录好压力差 P, 旦C管和b管液 面相平，马上在减压，然后再记温度。（实验中温度下降慢，倒吸快！）。如果实验中发生倒吸，（如在 P=50 mmHg这点倒吸）这点可放弃，再多减压一点，例 如减到80mmHg.此时压力降低，又会沸腾，大量气泡将空气带走。每次减压，通真空泵的玻璃考克一开就马上关上，看数字压力计指示值是否达到需要， 不够再把玻璃考克再开一次，直至符合要求。注意此玻璃考克不可长期开着。如一次压差调节不当，减压太多，可用缓冲瓶上放空考克（平常关闭，仅当在测量大气压下沸点时是开着的）稍许放气进系统，操作时务必注意等张计，不得倒吸。实验结果与数据处理：饱

8、和蒸气压测量记录室温：大气压力：（mmHg）编号压力差 P沸点t( C)蒸气压P=大气压- PlnP1/T12345678在方格座标纸上用lnP作纵座标，1/T作横座标，用O标出所有实验点，绘制直线，求出斜 率，由斜率求出气化热。 思考题：(1) 克一克方程在什么条件下才能应用？(2) 开启通大气考克放空气入体系时，放得过多有空气倒入a管中应如何处理？在体系中安置缓冲瓶和应用毛细管放气目的何在？气化热与温度有无关系？为什么最终压差控制在小于400mmHg?(5)为什么平衡管 a，b，c中的空气要赶净，怎样判断它已赶净？在实验中为什么要防止空气倒入a管？参考资料：1 罗澄源等，物理化学实验，P6

9、0,人民教育出版社.(1979)2 复旦大学等，物理化学实验(上册),P54，高等教育出版社.(1985)3 David P. Shoemaker et. Al., Experiments in Physical Chemistry (fifth edition), P224,McGraw-Hill Book Compa ny(New York)1989.4 Hugh W. Salzberg et. al., Physical Chemistry Laboratory: P99,MACMillan Publishing Co.,INC.(New York).附录：气压计的构造和使用实验室中常用

10、的气压计为福丁式(Fortin)大气压力计，它的主要部分为一盛汞的玻璃管倒置于汞槽中，玻璃管项部设置真空汞槽底由一羚羊皮紧紧包住(皮的外缘联在棕榈木的套管上)，经过棕榈木的套管固定在盖槽上，空气可以从皮孔出 入而水银不会溢出.黄铜管外的上部刻有标尺，开有长方形的小窗，用来观看水银柱的高低，窗前有一游标，转动螺旋可使游标上下移动.水银槽底部是一羚羊皮囊，下端由螺旋支持， 转动它可调节槽内水银面高低.水银槽上部是玻璃壁，顶盖上 有一倒置象牙针，针尖是标尺零点。使用方法1 先旋转底部螺旋，调节水银面，使水银面与象牙尖刚 好接触.稍等几秒钟，待象牙尖与水银的接触情形无变动时， 开始作下一步。2 转动大

11、气压力计上部调节游标螺旋使升起比水银面稍高然后慢慢落下，直到游标底边与游标后边金属片的底片同时 和水银柱凸面顶端相切.(注意读数时眼的位置应与水银面在Principles and Experiments,图D3乜福廷式大气压力计同一平面上)，按照游标下缘零线所对标尺上的刻度，读出大气压的整数部分，小数部分用游标来决定，即从游标上找出一根与标尺上某一刻度相吻合(在同一水平面上)的刻度线， 它的刻度就是小数部分的读数。记录四位有效数字，同时记下气压计的温度(温度计附在压 力计上)以及气压计的仪器系统误差，然再进行校正.注意：在旋转底部螺旋使槽内水银面上升时，水银柱凸面格外凸出，下降时凸面凸出得 少

12、一些，这两种情形都要影响读数的正确性，所以在调节螺旋时，要轻轻弹一下黄铜外管的 上部，使水银柱凸面恢复正常。水银气压计的刻度是以0C,纬度45o的海平面高度为标准的，从气压计上直接读出的数 值须经过仪器误差、温度、海拔高度等校正后，才能得到正确的值。（1）仪器误差：每台气压计出厂时都附有仪器误差的校正卡片，气压计观察值应首先加以 此项作校正。（2）温度校正：在纬度 450和0 C时海平面上大气压力为760毫米汞柱，温度改变，水银密度改变，会影响读数，同时铜管本身热胀冷缩，也要影响刻度，由于水银柱胀缩数值较黄铜管胀缩数值大，所以温度高于0C,气压值应减去温度校正值，反之，温度低于0C时要加上温度

13、校正值。一般气压计的铜管是用黄铜制作的，温度校正值可用下式表示：1'-tt - 'tP0P 二 P - P1 t1 t式中：P为气压计读数；P。为将读数校正到0C后的数值，t为气压计的温度（C ） 水 银在Os 35C之间的平均线膨胀系数=0.0001818。黄铜的线膨胀系数!?= 0.000184。温度C740mmHg750mmHg760mmHg770mmHg780mmHg151.811.831.861.881.91161.931.961.982.012.03172.052.082.102.132.16182.172.202.232.262.29192.292.322.352

14、.382.41202.412.442.472.512.54212.532.562.602.632.67222.652.692.722.762.79232.772.812.842.882.92242.892.932.973.013.05253.013.053.093.133.17263.133.173.213.283.30273.253.293.343.383.42283.373.413.463.513.56293.493.543.583.633.68303.613.663.713.753.80（3）重力校正：重力加速度随海拔高度（H）和纬度（i）的影响，经温度校正后的数值再乘以1-2.6 10

15、；cos2i -3.1 10H（4）其它如水银蒸气压的校正，毛细管效应校正等，因引起的误差很小，一般可不考虑。DP A数字压力计使用说明（一）使用条件：1.电源：220V ± 10%、50Hz . 2环境温度：-10s 50C； 3,相对湿度：V 85%RH 4.压力传递介质；除氰化物气体外的各种气体介质均可使用；（二 ）使用方法（A）操作前准备：1 该机压力传感器与二次仪表为一体.用真空橡胶管将仪器后盖板压力接口与被测系统连接（DP AG无需连接直接测量大气压 ）。*DP-A还应将温度传感器插入后盖板传感器接口，传感器置于被测体系中。2将仪表后盖板的电源线接入交流220V电网，电源插头与插座应紧密配合。3将面板电源开关置于 ON 位置，按动“复位”健，显示器 LED 和指示灯亮，仪表处 于工作状态。仪器显示压力值 （DP-A 左边为温度值 ）。4选择压力单位：接通电源： ，初始状态 KPa 指示灯亮， LED 显示以 KPa 为计算单位 的差压值：按一下。"单位” mmH20或mmHg指示灯亮，LED显示以mmH20或mmHg 为计量单位的差压值。根据需要选择所属单位。5预热：接通电源，仪表预热 5 分钟即可正常工作。（B）操作步骤：1试压及气密性检查：缓慢加压到满量程值，检查传感器及其检测系统是否有泄漏， 确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复 2-3