液体饱和蒸汽压的测定-3

液体饱和蒸汽压的测定黄汉弘PB09206262摘要:本实验是对液体饱和蒸汽压与温度的关系作实验上的研究，然后根据建立起的经验方程式，求算液体的平均摩尔汽化热。通过本实验我们要明确蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义；了解动态法测定蒸气压的基本原理；了解真空泵、气压计的使用及注意事项；了解如何检漏及实验操作时抽气、放气的控制。关键词：饱和蒸汽压，压力差，液面相平，引言：在封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。它们的关系可用克拉贝龙～克劳修斯方程表示：H：摩尔汽化热(J·mol-1)R：气体常数(8.314J·mol-1·K-1)若温度改变的区间不大，H可视为为常数(实际上H与温度有关)。积分上式得：常数，。(3)式表明与有线性关系。作图可得一直线，斜率为－B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热H。当外压为101.325kPa(760mmHg)时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。在图上，也可以求出液体的正常沸点。液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：1、静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸汽的压力。2、动态法：在不同外部压力下测定液体的沸点。饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。本实验利用第二种方法。此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。实验仪器与设备：液体饱和蒸汽测定仪，抽气泵，福廷式压力计，加热电炉，搅拌马达，温度计，气压计。实验装置图：图2--1中，平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。冷凝管与U形压力计6和缓冲瓶7相接。在缓冲瓶7和安全瓶11之间，接一活塞9，用来调节测量体系的压力。安全瓶中的负压通过真空泵抽真空来实现。安全瓶和真空泵之间有一三通阀，通过它可以正确地操作真空泵的启动和关闭。A球中装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸汽，并且当B管与C管的液面处于同一水平时，表示B管液面上的蒸汽压(即A球面上的蒸汽压)与加在C管液面上的外压相等。此时体系汽液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时读得的大气压减去压差计两水银柱的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸汽压。图2-1纯液体饱和蒸汽压测定装置图1-盛水大烧杯;2-温度计(分度值为0.1°);3-搅拌;4-平衡管;5-冷凝管;6-开口U形水银压力计;7-具有保护罩的缓冲瓶;8-进气活塞;9-抽气活塞;10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管14-三通活塞实验过程：1、熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。使A球内有2/3体积的液体。并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。平衡管中液体的装法有两种：一是把A管烘烤，赶走空气，迅速在C管中加入液体，冷却A管，把液体吸入。二是将C管中加入液体，将平衡管与一水泵相连接，抽气，并突然与水泵断开，让C管的水流入A管。3、系统检漏：管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。这样做是为了防止真空泵油倒吸。用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为20—40毫米，关闭活塞9。仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定：A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并使其全部浸没在液体中。插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C管中逐渐有气泡逸出。本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。这个温度便是实验大气压条件下液体的沸点。D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。立即记下此时的温度和U形压力计上的读数。此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度，反复多次，约10个点。温度控制在80C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。数据记录：

1，温度校正表机器温度（C）温度计温度（C）8079.807574.857069.856564.906059.95线性拟合的结果如下Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.36 0.07036B 0.993 1E-3------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------1 0.01581 5 <0.0001------------------------------------------------------------考虑到温度计的精确度，基本上两个温度结果相等。2，压力差与沸腾温度的关系表压力差（mmHg）压力1（mmHg）压力2（mmHg）温度/℃0-3.50-3.6080.724-5.70-1.3078.638-7.300.2577.1712-9.202.1075.3716-11.604.3573.1520-13.606.4070.9524-15.308.2068.8628-17.3010.2066.3832-19.3012.2063.9636-21.2014.1061.3140-23.2016.1058.37压力差（mmHg）压力1（mmHg）压力2（mmHg）温度/℃0-3.50-3.6080.734-5.55-1.4578.828-7.550.4077.1212-9.202.1275.4016-11.404.3073.1820-13.506.5070.8524-15.208.2068.8628-17.3010.3066.3332-19.3012.2063.8536-21.3514.3061.0340-23.3016.2058.14压力差（mmHg）压力1（mmHg）压力2（mmHg）温度/℃0-3.60-3.5080.734-5.60-1.5078.898-7.700.6076.9512-9.402.2075.2616-11.304.2073.2820-13.356.2071.0724-15.108.0569.0328-17.3010.1566.4832-19.3512.1064.0336-21.3514.1061.0840-23.3516.1558.22数据处理：外压=大气压--两Hg柱的压力差Hg柱的压力差=ρ*g*ΔH合肥当地重力加速度为9.7933m/s2，水银的密度为13.6Kg/m3第一组：蒸汽压对温度T作图：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -734.39683 21.60194B 2.35604 0.06286------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99681 1.46064 11 <0.0001------------------------------------------------------------对的直线图：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.4646 0.03259B -3836.75419 11.1917------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99996 0.00221 11 <0.0001------------------------------------------------------------直线的斜率L1为-3836.75则ΔH=R*（-L1）=8.314*3836.75=31.899KJ/mol第二组：蒸汽压对温度T作图：Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -727.88677 20.90348B 2.33729 0.06083------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99697 1.43398 11 <0.0001------------------------------------------------------------对的直线图：Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.37037 0.02808B -3804.08066 9.64032------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99997 0.00194 11 <0.0001------------------------------------------------------------直线斜率L2=-3804.08同样可得ΔH=3804.08*8.314=31.627KJ/mol第三组:蒸汽压对温度T作图：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -727.1534 20.24285B 2.33489 0.0589------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99715 1.37764 11 <0.0001------------------------------------------------------------对的直线图：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.38837 0.03475B -3810.5683 11.93171------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99996 0.00238 11 <0.0001------------------------------------------------------------斜率L1=-3810.57ΔH=3810.57*8.314=31.681KJ/mol平均汽化热ΔH=（31.899+31.627+31.681）/3=31.736KJ/mol理论值为33.055KJ/mol误差百分比=(33.055-31.736)/33.055*100%=3.99%大气压强的数值记录：759.70mm759.35mm760.40mm760.25mm平均值=（759.70+759.35+760.40+760.25）/4=759.93mmP=13.6*9.7933*759.93=101.21KPa㏑P=4.617在第一条曲线中对应的正常沸点为：353.69k在第二条曲线中对应的正常沸点为：353.76K在第三条曲线中对应的正常沸点为：353.77K平均的正常沸点=（353.69+353.76+353.77）/3=353.74K文献中的正常沸点为：353.85K误差百分比:（353.85-353.74）/353.85*100%=0.31%误差分析：1，在实验当天大气压强有小的变化对实验有微小的影响；2，肉眼判断两边液面是否水平不是很准确；3，对于水银气压计的读数比较粗糙；4，在实验过程中可能进了少量空气使得某些数据有微小偏差；思考与讨论：一，实验注意事项：平衡管A管和B管之间的空气必须赶净。抽气和放气的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。读数时应同时读取温度和压差。使用真空泵时的注意事项使用真空泵时，特别是关真空泵时，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。就本实验而言，要保证大真空瓶上的三通活塞处于“╩”状态时才能切断真空泵的电源。二，思考题：1，以本实验中的装置来说，哪一部分是体系？答：（将装置图