乙醇饱和蒸汽压的测定

液体饱和蒸气压的测定实验目的(要求)掌握等压管测定液体饱和蒸气压的原理和方法。了解蒸气压的概念和影响因素。学会应用克－克方程，求得乙醇的摩尔气化热。学会温度计露出校正方法。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：dlnpAH（S20-1）（S20-1）dTRT2式中p为纯液体饱和蒸气压，T为绝对温度，△"""m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=8.314Jomol-icK-io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101325Pa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△"""m可视为常数。对式(S20-1)不定积分，得：（S20-2）AH1（S20-2）lnP=--vap_m-•—+CRT式中，C为不定积分常数。由此式可知，lnp与1/T成直线关系。以inp与1/T的实验值作图，应得直线，若直线斜率为m,贝U：（S20-3）△vapHm=-mR

此△."m为实验温度范围内的平均摩尔气化热。（S20-3）根据热力学推导，液体气化热与温度的关系式为：SAH(—vapm)=C(g)一C(l)(S20-4)STp,mp,m式中，Cpm(g)及Cpm(l)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，Cpm(g)—Cpm(l)=△a+△bT,则代入式化20-4),可积分得气化热与温度需关系式如下：AbAH=AH+AaT+——T2(S20—5)vapm02式中△HQ,△a及4b均为常数。将式(S20—5)代入式仆20—1)进行不定积分，得：AH1AaAblnp=A-o•+——lnT+——T(S20-6)RTR2R式中A为不定积分常数，合并常数得：1np=A+BT-1+C1nT+DT(S20—7)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：△vapHm=—BR+CRT+DRT2热容差与温度的关系式为：Cp,m(g)-Cp,m(l)=CR+2DRTP外=大气精密温度计图S20—1等压管不意图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*=?外。如用水银压差计测量P外，则式中pP外=大气精密温度计图S20—1等压管不意图p*=P大气—Ph（S20-10）实验操作过程概述.将洗净烘干的等压管a、b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。.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600mm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1mm，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。.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700mm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，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℃左右时进行。温度太低，可先升温至此温度。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℃。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）。升高恒温槽温度，每隔5℃重复步骤4，测定蒸气压。测完70.0℃蒸气压后，再测乙醇在常压下的沸点（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）。实验过程记录及处理结果室温1大气压口温度计浸入部分温度读数0~50:-4.250~100:46实验结果记录：实验结果处理作图T/CTs/CDP/kPaDT/CT+DTp*/kPa1/(T/C)1/((T+DT)/C)lnp*/kPa21.1020.00-92.180.00445321.109.450.0033980.0033982.24601521.0019.00-94.310.00806421.017.320.00340.00341.9906125.0019.50-92.670.02569625.038.960.0033540.0033542.1927731.0120.00-89.230.06202631.0712.400.0032880.0032872.51769634.3020.00-87.550.08808834.3914.080.0032530.0032522.64475538.4220.00-84.410.1256138.5517.220.003210.0032082.84607145.4020.00-77.600.20157445.6024.030.0031390.0031373.17930348.3520.00-73.880.23836748.5927.750.003110.0031083.32323654.4027.00-64.210.03682654.4437.420.0030530.0030533.62220559.6226.00-55.060.07326559.6946.570.0030050.0030043.84095762.5025.00-49.500.09962.6052.130.0029790.0029783.95374166.7524.50-36.940.1402766.8964.690.0029420.0029414.16960772.2024.00-20.120.20205472.4081.510.0028960.0028944.40072673.7024.00-17.700.2202773.9283.930.0028830.0028814.42998377.5425.00-2.730.26513877.8198.900.0028520.0028494.59410977.9524.500.000.27323678.22101.630.0028480.0028464.621339实验结果：温度/℃DH/Jmo1A-1DE/DH校正温度前39844.85-6.45%校正温度后39741.75-6.69%理论值42590思考题及建议如果要判断等压管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。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。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。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。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，不再采用水银压力计。在本实验中大气