液体饱和蒸气压的测定

PAGE2液体饱和蒸汽压的测定PAGE4物理化学实验教案(王素娜)实验一液体饱和蒸气压的测定【目的要求】1.掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。2.了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。3.了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及精密数字压力计的使用及注意事项。【实验原理】通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为1atm（101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示：

(1)式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。假定ΔvapHm与温度无关，或因温度范围较小，ΔvapHm可以近似作为常数，积分上式，得：(2)其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对1/T作图，应为一直线，直线的斜率为，由斜率可求算液体的ΔvapHm。测定通常有静态法和动态法，静态法：把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下，蒸气压与外压相等时直接测定外压；或在不同外压下测定液体的沸点。动态法：常用的有饱和气流法，即通过一定体积的已被待测物质所饱和的气流，用某物质完全吸收。然后称量吸收物质增加的质量，求出蒸汽的分压力即为该物质的饱和蒸气压。静态法测定液体饱和蒸气压，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图2-3-1所示：平衡管由A球和U型管B、C组成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B管与C管的液面处于同一水平时，则表示B管液面上的(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。【仪器试剂】恒温水浴；平衡管；精密数字压力计；真空泵及缓冲储气罐。无水乙醇(A.R)图2-3-11.平衡管；2.搅拌器；3.温度计；4.缓冲瓶；5.恒温水浴；6.三通活塞；7.直通活塞；8.精密数字压力计【实验步骤】1.装样从加样口注入乙醇，关闭平衡阀1，打开进气阀。启动油泵，抽至气泡成串上窜，可关闭(2)测试过程中需调整压力值时，使压力表显示的压力略高于所需压力值，然后关闭进气阀，停止气泵工作，关闭平衡阀2，调节平衡阀1使压力值至所需值。采用此方法可得到所需的不同压力值。4．测试完毕，打开进气阀、平衡阀均可释放储气管中的压力，使系统处于常压下备用。5．操作注意事项阀的开启不能用力过强，以防损坏影响气密性。由于阀的阀芯未设防脱装置，关闭阀门时严禁将阀上阀体旋至脱离状态，以免阀在压力下造成安全事故。维修阀必须先将压力罐的压力释放后，再进行拆卸。连接各接口时，用力要适度，避免造成人为的损坏。压力罐的压力使用范围为-100KPa～250Kpa，为了保证安全，加压时不能超出此范围。使用过程中调节平衡阀1、平衡阀2时压力表所示的压力值有时跳动属正常现象，待压力稳定后方可作实验。【注意事项】减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使B管内液体快速蒸发。实验过程中，必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。平衡阀2容易出现问题，一直保持打开状态，不用再调节。思考题1.试分析引起本实验误差的因素有哪些？答：空气排除不干净；温度的波动；不能绝对调平。2.为什么AB弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？答：为了保证A球上方全是乙醇的蒸气，测定的是乙醇的饱和蒸汽压，所以AB弯管中的空气要排干净。开动油泵抽气，使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出，沸腾后慢沸3～5min，可认为试样球中的空气排除干净。测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以防止空气倒灌。3.本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸汽压？为什么？答：分情况，测定过程中溶液的浓度会发生变化的不能测，但是对于难溶物的饱和溶液或者恒沸物例外可以测定。4.试说明压力计中所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压？答：不是，实验当时的大气压对于压力计来说为零，所以压力计中所读数值为大气压与该温度下的饱和蒸汽压之差。5.为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？答：在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。【讨论】降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa(约100mm汞柱)，加热水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽停止加热，控制水浴冷却速度在1℃/min内，此时液体的蒸气压(即B管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100摄氏度）和压力计之压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压10kPa(约80mm汞柱)并