纯液体饱和蒸气压的测量

液体饱和蒸气压的测量班级：12级化工班姓名：学号：指导老师：日期：14年9月28号成绩：一、实验目的1.明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念。深入了解纯液体饱和蒸气压与温度的关系。2.用数字真空计测不同温度下环己烷的饱和蒸气压，初步掌握低真空实验技术。3.学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热与正常沸点。二、实验原理在一定温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子从表面逃逸成蒸气，同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相，当两者的速率相同时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。纯液体的蒸气压是随温度变化而改变的，它们之间的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程式来表示：2mvap*RTdT/dlnHpp（Ⅱ-2-1）式中p*为纯液体在温度T时的饱和蒸气压；T为热力学温度；△vapHm为液体摩尔汽化热；R为摩尔气体常数。如果温度的变化范围不大，△vapHm视为常数，可当作平均摩尔汽化热。将（Ⅱ-2-1）式积分得：cRTHpp2mvap*/ln（Ⅱ-2-2）式中c为积分常数，此数与压力p*的单位有关。由（Ⅱ-2-2）式可知，在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以ln{p*/[p]}对1/T作图，可得一直线。由该直线的斜率可求得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热△vapHm。当外压为101.325kPa时，液体的蒸气压与外压相等时的温度成为该液体的正常沸点。从图中也可求得其正常沸点。测定饱和蒸气压常用的方法有动态法、静态法和饱和气流法等。本实验采用静态法，即将被测物质放在一个密闭的体系中，在不同温度下直接测量其饱和蒸气压，在不同外压下测量相应的沸点。此法适用于蒸气压比较大的液体。三、仪器试剂蒸气压测定装置1套；真空泵1台；数字式气压计1台；稳压瓶一个；电加热器1只；温度计2支；数字式真空计1台；磁力搅拌器1台；环己烷（分析纯）。四、实验步骤1.按仪器装置图接好测量线路，所有接口须严密封闭，将液体装入平衡管。2.系统检漏缓慢旋转三通活塞，使系统通大气，开启冷却水，接通电源使真空泵正常运转后，调节活塞使系统减压至1×104Pa后关闭活塞，此时系统处于真空状态。如果在数分钟内真空计示值基本不变，表明系统不漏气。若漏气则分段检查，直至不漏气才可进行实验。3.测不同温度下液体的饱和蒸气压转动三通活塞使系统与大气相通，开动搅拌机并水浴加热。随温度逐渐上升平衡釜中有气泡逸出，后继续加热至正常沸点之上大约5℃左右。慢慢打开稳压瓶抽气阀到有气泡出现，调节阀门使气泡间隔1~2cm，直至没有气泡出现1~2秒后出现一串气泡说明排气完成已将平衡管中的空气赶净。关闭抽气阀门关闭真空泵电源。当空气排除干净且体系温度恒定后，旋转稳压瓶上的直通活塞，缓缓放入空气，直至U型管中液面相平，关闭活塞，记录温度与压力。依次测定20℃、24℃、28℃、32℃、36℃的压力。五、数据记录及处理1.表1.环己烷饱和蒸气压的测定室温：25.00℃，大气压p0：101.33kPa0浴温/℃30.0034.0038.0042.0046.00真空计E/kPa-91.54-90.36-87.84-85.10-81.35环己烷饱和蒸气压p*/kPa=p0+E纯液体饱和蒸气压p*/kPa8.529.7913.4916.2319.98T/K303.15307.15311.15315.15319.152.由蒸气压p*对温度T作图：见图1.图1P*~T图由图1中均匀取10个点的数据，列于表2中。表2.环己烷在温度T时的饱和蒸气压p*T/K303.0305.2307.5309.3310.5312.3314.6316.7318.5320.0P*/KPa7.7029.31711.00512.32613.20714.52815.58717.12419.07920.1801/T/10-3K-13.3003.2773.2523.2333.2113.2023.1793.1583.1403.125lnp*2.0412.2322.3982.5062.5812.6762.7462.8412.9493.0043.绘制lnp*~1/T图：见图2.图2.lnp*~1/T图4.求平均摩尔汽化热根据公式和图2可知，斜率=-=-5.283*10^3平均摩尔汽化热ΔvapHm=5.283×103×8.314=43.92×103J·mol-1=43.92kJ·mol-1误差分析：△vapHm的相对误差=（32.76-43.92）/32.76=-0.255.求正常沸点在表2中取一个数据点：lnp=2.041，1/T=3.300×10-3k-1已知标准大气压p*=101.325kPa，lnp*=4.618上述数据代入公式lnp*-lnp=-5.283×103(1/T*-1/T)4.618-2.041=-5.283×103(1/T*-3.300×10-3)，1/T*=2.83×10-3K-1，T*=353.00K正常沸点t*=80.00℃（文献值：80.69℃）误差分析：T的相对误差=（80-80.69）/80.69=-0.855%CRTHpmvaplnRHmvap六、实验注意事项1.整个实验过程中，应保持等位计A球液面上空的空气排净。2.抽气的速度要合适。必须防止等位计内液体沸腾过剧，致使B管内液体被抽尽。3.蒸气压与温度有关，故测定过程中恒温槽的温度波动需控制在±0.1K。4.实验过程中需防止B管液体倒灌入A球内，带入空气，使实验数据偏大。5.在停止实验时应缓慢的先将三通管活塞打开，使系统通大气，再使抽气泵通大气（防止泵中的油倒灌），然后切断电源，最后关闭冷却水，使实验装置复原。七、思考题1、本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压，为什么？答：一般不能。溶液的蒸气中易挥发组分的浓度大于本体浓度，蒸气被抽走后，溶液本体浓度会改变，导致蒸气压一直在变而无法测定；若是恒沸溶液则可以测定。2、温度愈高测出的蒸气压误差愈大，为什么？答：首先，因为本实验是假定∆vapHm(平均摩尔汽化热)在一定范围内不变，但是当温度升得较高时，∆vapHm的真值与假设值之间存在较大偏差，所以会使得实验结果产生误差。温度越高，温度波动越大，蒸气压也随之波动，无法稳定。