实验三纯液体饱和蒸气压的测定

1、实验三纯液体饱和蒸气压的测定1 目的要求明确气液两相平衡的概念和液体饱和蒸气压的定义，了解纯液体饱和蒸气压与温度之间的关系。测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压，并求在实验温度范围内的平均摩尔汽化热。熟悉和掌握饱和蒸气压测定仪的使用方法。2 基本原理（1）饱和蒸气压、正常沸点和平均气化热：液体在密闭的真空容器中蒸发，当液体上方蒸气的浓度不变时，即气液两相平衡时的压力，称为饱和蒸气压或液体的蒸气压。当液体的饱和蒸气压与大气压相等时，液体就会沸腾，此时的温度就叫该液体的正常沸点。而液体在其它各压力下的沸腾温度称为沸点。当纯液体与其蒸气之间建立平衡X (l)X (g)(p,T)(2.3.1)热力学上可以

2、证明，平衡时p与T有如下关系：式中，p为液体在温度T(K)时的饱和蒸气压，C为积分常数。实验测得各温度下的饱和蒸气压后，以lgp对1T作图，一直线，其斜率m为Hvm 由此即可求得平均摩尔气化热Hv。(2.3.6).2303R(2)测定饱和蒸气压的方法：测定饱和蒸气压的方法主要有：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。动态法：测量沸点随施加的外压力而变化的法。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， 压力计测量压力值，加热液体待沸腾时测量其温度。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

3、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乙醇在不同温度下的饱和蒸气压。所用仪器是饱和蒸气压测定仪，如图2.3.1所示。图2.3.1纯液体饱和蒸气压测定装置示意图1.U型水银压力计2.等压计左支管 3.等压计中管4.等压计右支管 5.温度计 6.缓冲瓶管4中盛待测液体，本实验为乙醇，2、3管中液体可以认为是管4中液体蒸发后冷凝而成，当然与管2中是同一种纯液体。管2、3之间的这部分液体具有两方面作用：一是隔绝空气浸入管2与管4之间的气体空间，当该空间只有被测纯物质气体所充满时，气液达平衡，此时气相所具有的压力才是饱和蒸气

4、压；另一个作用是用作测量的标度，当管2与管4之间气体部分纯粹是被测物质的蒸气时，调节管3上面压力使管3与管2液面处于同一水平面，此时管3上面的压力与饱和蒸气压相等，通过测定此时管3上面的压力就可以达到测定饱和蒸气压的目的。平3上面与系统连接，系统压力由开口水银U形压力计测定，由压力计读出压力差h，则系统内的压力可由下式求得p = p0 -hg(2.3.7)式(2.3.8)中p0为大气压(Pa)，为水银密度（13.6 kgm-3），g为重力加速度，其值为9.80665ms-2。3 仪器 药品乙醇(分析纯)饱和蒸气压测定成套装置；4 实验步骤装样：将等压计内装入适量乙醇。检漏：打开仪器电源，打开真

5、空泵，关闭放空旋钮，开启减压旋钮，将体系内空气抽出。系统压力逐渐降低，抽至约6700 Pa时，关闭减压旋钮，观察减压旋钮，看液晶显示屏上的压力是否变化，若无变化就表示系统不漏气，可以停泵进行下面的实验操作；若有变化，则说明漏气，应仔细检查各接口处，漏气处重新密封，直至不漏气为止。驱赶空气：首先接通冷凝水，然后缓慢加热水浴，同时开启搅拌器匀速搅拌，其目的是使等压计内外温度平衡。随着温度升高，管4中的液体逐渐被增大的蒸气压压入管3中(见图2.3.1)，并开始有气泡由管4向管3放出，气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地冲出，为此可用增压旋钮来加以调节，但必须细心操作，严防进气速度过快致

6、使系统空气倒灌入管4中。管2和管4上面的压力开始时包括两部分：一是乙醇的蒸气压，二是一部分空气的压力。在测定时必须将其中的空气驱赶干净后，才能保证该液面上的压力纯粹为乙醇的蒸气压，否则所测得的将是空气与乙醇蒸气的混合压力。为此可用下述方法将其中的空气排净：按上述方法控制，使管2、4之间的空气不断随乙醇蒸气经管3逸出，如此保持2 min以上，根据经验可知残留的空气分压已降至实验误差以下，不影响，可认为已排气。如想确切知道空气是否完全排净，可用下法加以验证（实验操作时该步骤可免做)。恒定某一温度，保持上述排气状态1 min2 min后，通过增压旋钮调节，使管3、4液面在同一水平面上，记下此时液晶显

7、示屏上显示的压力，然后再重新保持排气1min2min)，按同样的方法再读压力，重新操作，直至邻近两次所读压力，差相差无几，不大于67 Pa (0.5mmHg)，即表示管2、4间空气完全排净。(4)测定：管4上面空气排净后即可进定。点击主页面目标温度后面的数字，输入目标温度，点击“”，然后返回上一页面。点击加热开关后面的开关，开始加热。打开搅拌，搅拌转速通过主页面中搅拌后面的“+”“”按钮来实现，0为关闭，100为全开。 待温度上升到设定温度时，缓慢调节增压旋钮，使U型管中两液面平齐，关闭增压旋钮，显示屏上压力数值。在调节增压旋钮时切不可太快，以免空气倒灌入管4上方。如果发生空气倒灌，则需要重新

8、驱赶空气。测完第一个温度点的蒸气压后，设定下一个温度点，开通加热器，重复上述操作，依次测10个12个温度点的数据。每升高2 K测定一次。实验完毕后，打开前面板的放空阀和增压旋钮，将整个装置闭仪器电源，但不要拆装置。大气。关闭真空泵，关5 数据处理实验所测数据的参考格式如下：实验数据室温K大气压Pa沸点/K蒸气压/Palgp1/T(1)作lgp1/T图，求Hv及正常沸点：以lgp对1/T作图，从所得直线图中求出斜率m，利用式(2.3.6)可计算出在本实验温度区间环己烷的平均摩尔气化热Hv正常沸点的求得有两种方法：计算法：将已求得的Hv值代回式(2.3.6)，利用该式及实验数据计算出C值，再将C值

9、代回式(2.3.6)，以p = 101.325 kPa之值代入此式，即可计算得到正常沸点T正常。 作图法：利用所作的lgp1/T直线图外推至lgp=lg1.001325105处，从图中查出对应的1/T值，从而求得T正常。(2)结果要求及文献值：结果要求：所作图表符合规范，实验所得lgp1/T图的线性关系良好。由此求出的平均摩尔气化热的相对误差应在3%以内，正常沸点为351.3 K 1 K。 文献值：表2.3.1 乙醇在不同温度的饱和蒸气压T(K)393.2303.2308.2313.2333.2351.2p(Pa)587010780133301789046800101330按上述文献值中的p和

10、T值用最小二乘法处理，得此温度区间平均摩尔气化热Hv = 41.5 kJmol-1。6注意事项（1）真空泵在开启或停止时，应当使泵与大气相通，尤其是在抽好气之后停止之时，因系统内压力低，以防水泵中的水倒流。本实验真空系统几乎全由玻璃器具行实验。升温、降温时要随时注意调节进气活塞，使系统压力与饱和蒸气压基本相等，这样才能保证不发生剧烈沸腾，也不致于空气倒灌入管4和管2中。本实验关键在于：当管3、4中液面平齐时立即读数，沸点温度和该温度下的饱和蒸气压。，实验中特别要细心，认真按正确的操作方法进7思考题（1）在停止抽气时，若先拔掉电源插头会情况出现?本实验主要误差来源是什么?本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压?为什么?在实验过程中若放入空气过多，会出现什么情况?为什么一旦开始实验，空气就不能再进入管2和管4的上方?（5）缓冲瓶作用?（6）汽化热与温度有无关系?（7）克拉方程在什么条件下才能用?附录饱和蒸汽压测定仪使用说明书1. 仪器连接首先固定好支柱与万用夹，然后用胶皮管连接冷凝管的进水口与出水口，接着插上抽气口的胶皮管，并将胶皮管的另一端与气嘴连接。2. 固定平（平与冷凝管为一体的），然后固定加热棒以及温度传感器，最后插上温度传感器的航空插头。往水浴箱中加入适量的水，放入磁力搅拌子，盖上盖子。连接真空泵、水泵以及