纯液体饱和蒸汽压的测定

1华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学（师范）年级班级课程名称物理化学实验实验项目纯液体饱和蒸汽压的测定实验类型□验证□设计√综合实验时间2013年11月5日实验指导老师李国良实验评分【实验目的】（1）明确纯液体饱和蒸汽压的概念及其与温度的关系，加深对克劳修斯-克拉伯龙方程的理解。（2）掌握测定纯液体饱和蒸汽压的原理及方法，学会用图解法求纯液体的平均摩尔汽化热和正常沸点。（3）了解数字式低真空测压仪，熟悉常用气压计的使用及校正方法，初步掌握真空实验技术。【实验原理】1．饱和蒸气压、平均汽化热和正常沸点：在一定温度下，纯液体与其自身的蒸气达平衡时蒸气的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下该液体的摩尔气化热。将蒸气视为理想气体，饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉伯龙方程表示：2mvapdlndRTHTp(1)式中，T为热力学温度，R为摩尔气体常数，P为纯液体在温度T时的饱和蒸气压；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：CTRHp1lnmvap(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RHmvap，由斜率可求算液体的ΔvapHm。2当蒸气压与外界压力相等时液体便沸腾。因此在各沸腾温度下的外界压力就是相应温度下液体的饱和蒸气压。外压为101.325kPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。2．静态法、低压技术：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。图1.液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温槽；2.冷凝管；3.压力计；4.缓冲瓶平衡阀；5.平衡阀2(通大气用)；6.平衡阀1（抽真空用）；8平衡管【仪器与试剂】精密数字压力计，玻璃恒温水浴，液体饱和蒸气压测定装置，旋片式真空泵，纯3水【实验步骤】1、装置仪器：将待测液体装入平衡管A球约2/3体积，U形管中液面以平衡后接近B球和C球底部为佳，然后按装置图装妥各部分，所有接口处要严密。将精密数字压力计的电源接通并打开，单位选择mmHg一档，并在大气压条件下置零。2、系统气密性检查：关闭直通活塞，旋转三通活塞使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至压力计显示压差为400mmHg时，关闭三通活塞停止抽气，观察压力计示数，如果压力计的示数在3-5min内保持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。3、排除空气：检查不漏气后，接通冷凝水，开启搅拌装置，将恒温槽调至40℃左右，继续抽气降压接近730mmHg，此时AB弯管内的空气不断随蒸气从C管逸出，如此沸腾3-5min后，可认为空气被排除干净。4、不同温度下水的饱和蒸汽压的测量：当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转直通活塞慢慢放入空气，直至BC管中液面平齐，关闭直通活塞，记录温度与压力。然后用同样地方法，将恒温槽温度每升高5℃测量，记录各个温度和对应的压力。从低温到高温依次测定，共测6-8组。5、最后打开直通活塞，关闭回流水、真空泵、电源。【数据记录与处理】1、数据记录：室温：25.5℃气压计读数：102.43kPa经温度校正后的大气压值（P大，校）：102.005kPa温度t/℃温度T/K1/T/K-1测压仪的示数/mmHg测压仪的示数/Pa蒸气压p/Palnp40313.130.003194-710-94657.27347.88.90215645318.130.003143-694.9-92644.19360.9329.144350323.130.003095-674.3-89897.712107.329.401566454.99328.120.003048-649.1-8653815466.999.64646360333.130.003002-618.5-82458.419546.589.88055665338.130.002957-581.2-77485.624519.4210.1072269.89343.020.002915-536.7-71552.830452.1610.323912、作lnp-1/T图得：当压力为1atm（101.325Pa时），lnp=4.618333，代入上述公式可得1/T=0.00268，可算得纯水的正常沸点为T正常=373.1302K。3、△vapHm=-Rm=42667.4J/mol=42.667KJ/mol4、计算相对误差：查阅文献知纯水沸点为373.13K，水的摩尔汽化热为40.8KJ/molT正常相对误差Et=（373.1302-373.15）/373.15×100%=-0.0053%△vapHm相对误差Et=(42.667-40.8)/40.8×100%=4.57%【结果与讨论】1、作lnp-1/T图直线相关性较高，线性较好，适宜用于进行平均摩尔汽化热△vapHm与正常沸点T正常的代入计算。2、根据计算结果与文献值比较，纯水沸点的测定误差很小，为-0.0053%，主要是进气旋塞控制得好，没有出现回气的情况，且加热过程中也较为平稳。但温度较高的时候较易出现误差，还没到达预设温度水就沸腾了，测得的水的5摩尔汽化热比文献值略高，这也可能与恒温水浴装置灵敏度不高等问题相关。【实验注意事项】1、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。2、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。3、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。4、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。【思考题】1、什么是液体的饱和蒸汽压？什么叫正常沸点？液体的沸点与外压有何关系？答：在一定温度下，纯液体与其自身的蒸气达平衡时蒸气的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。外压为101.325kPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。液体沸点随外压增大而增大。2、本实验方法能否用于测定其它溶液的蒸汽压？为什么？答：不可以。因为溶液浓度随着溶剂的蒸发而增大，蒸汽压也因此变化，故难以测量准确。3、等压计U形管液体有什么作用？冷凝器有什么作用？答：U型管的作用是封闭气体，防止空气进入AB管内，保证液面上的压力为液体的蒸汽压，同时用于观察U型管两端液面是否相平，以判断两端压力是否相等。冷凝器的作用是冷凝U型管内的蒸汽，防止蒸干。4、能否在加热情况下检查是否漏气？答：不能。加热过程中温度不能恒定，气－液两相不能达到平衡，压力也不恒定5、实验中为什么要防止空气倒灌？答：若发生倒灌则管内不再是纯液体的蒸汽，测量的将不是纯液体蒸汽压。6、实验时抽气和漏入空气的速度应如何控制？为什么？6答：不论抽气还是漏入空气都应该尽可能地慢，防止气压变化过大在管中变化过于明显，导致出现倒灌或者爆沸的现象7、实验时大烧杯中的水为什么一定要淹没等压计的U形管？保证整个体系处于同一恒温状态，使得U形管左右两边温度相等，才能用外压等效处理为U形管内饱和蒸汽压强。【参考文献】[1]何广平南俊民等物理化学实验.北京：化学工业出版社，2008[2]付献彩、沈文霞、姚天扬，《物理化学》，第四版，上册