液体饱和蒸汽压的测定

环己烷饱和蒸汽压的测定高凡启Pb14207083中国科学技术大学安徽合肥E-mail：[e-mail]摘要：本实验运用动态法测量正溴丁烷的饱和蒸汽压，建立起饱和蒸汽压——温度的经验方程式，并求算环己烷的平均摩尔汽化热。关键词：饱和蒸汽压、沸点、真空泵、动态法测定蒸汽压、克拉贝龙-克劳修斯方程。序言：饱和蒸汽压是物质的一个重要物理参数，对特定物质的饱和蒸汽压进行测定，对实验和实践均有重要的指导作用。液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：1、静态法：在某一2、动态法：在不同外部压力下测定液体的沸点。3、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环己烷的饱和蒸汽压。实验部分一、仪器与试剂试剂：分析纯环己烷，仪器：抽气泵1台1/10C温度计2支福廷式压力计1支加热电炉1个搅拌马达1台二、实验原理在封闭体系中，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：ddvapmlnpTHRT2(4－1)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：ln'PAHRT(4－2)或logPABT(4－3)常数AA'.2303，BHRvapm2303.。(3)式表明logP与1T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。vapmHRB2303.(4－4)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。三、装置简介图4--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。四、实验步骤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80C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。五、实验结果与分析1、测得的摩尔气化热平均33.17KJ/mol，比理论值32.76/mol略大，绝对误差：0.41KJ/mol，相对误差，1.25%。2、以第二实验结果图为例P-T图LnP–1/T图由上图知：P-T曲线较平滑，LnP—1/T曲线成一条直线，与实验预测一致，从而验证了克拉贝龙-克劳修斯方程。3、综合三次测量结果，计算得一标准大气压下环己烷的沸点为80.78℃，文献值为80.74摄氏度，绝对误差为0.03℃，相对误差为0.037%。4、由实验结果来看，实验所得结果与理论值存在一定偏差，尽管很小，分析可能是以下几方面原因造成的:a)随机误差。本实验只进行了三次，理论上随机误差不能完全的排除，增加做实验的次数可以最大程度的减少不确定因素带来的随机误差。b)仪器误差：由于实验仪器的精度限制，温度计的读数不可能完全真实的反应被测物质的真实温度，而是与实际值有一定的偏差。另外压差测量计的汞的密度可能随外界温度以及气压的变化有一些微小的变化，加上合肥本地的重力加速度会因为海拔的影响而与零海拔下的值有所偏差，使得气压计的读数同样不能完全真实的反应实际的压差，综合温度计以及气压计的问题，使得最后的实验结果与实际有所偏差。c)体系温差：实验中温度计并没有直接测量体系的温度，而是通过水温间接的反应体系的温度。这样是假设每时每刻水温与体系温度的变化都是同步的，实际上这并不能做到，在一次加热或降温的过程中，各处水温并不完全相等，而是在一定范围内有一定的偏差，因此体系的温度也是有一定的范围浮动的。因此在测量一定大气压下环己烷的沸点的时候，让整个体系与环境的温度尽可能的慢是很有必要的。六、结论本次实验通过测不同外压下环己烷的沸点，从而得到了不同外压下环己烷的饱和蒸汽压，做出的LnP—1/T曲线为直线，验证了克拉贝龙方—克劳修斯方程，并由其斜率求得环己烷在所测温度范围内的平均摩尔气化热为33.17KJ/mol，比理论值稍稍高约0.41KJ/mol七、参考资料《物理化学实验》崔献英等编中国科学技术大学出版社《物理化学》傅献彩等编高等教育出版社《有机化学实验》查正根等编中国科学技术大学出版社附录数据处理部分：1、热电偶——水银温度计示数对应关系（数据取自第三组数据）:热电偶温度计示数79.1975.4268.9264.2658.68水银温度计示数79.275.669.2464.658.98两种温度计的对应关系：ET=0.98606×MT+1.19592注：实验时所读示数为热电偶温度计的示数，由于热电偶温度计温度测量值可能受到外界多种因素的影响，所以运用上式进行换算使其接近于水银温度计的读数。2、第一次数据处理。实测大气压强P（大气）=101.85MB标准大气压强P*=101.325MB饱和蒸汽压计算公式P=P（大气）-（上汞柱+下汞柱）/76×p*T矫正（K）=0.98606×MT+1.19592+273.15上汞柱（cm）下汞柱（cm）饱和蒸汽压P（MB）ln（P）T实测（℃）T矫正（℃）T矫正（K）1/T(矫正)1.851.6097.257.9979.0179.10352.352.84E-033.703.3092.527.9777.3877.50350.762.85E-035.875.4086.827.9475.3475.49348.782.87E-038.107.6080.927.9173.1173.29346.612.89E-039.809.3076.397.8871.3771.57344.922.90E-0311.0111.6871.607.8569.2569.48342.862.92E-0313.9013.2565.657.8266.6566.92340.332.94E-0315.9815.2060.287.7864.2564.55338.002.96E-0317.8017.0055.457.7461.7462.08335.562.98E-0319.0818.9151.207.7158.9559.32332.843.00E-03P-T图LnP–1/T图由上图知：LnP=29.48433-3908.37（1/T）B=3908.37148∆vapHm=R×(B)=32494.98kJ/mol将P=101.85kPa代入lnP=A-B/T，A=29.48433，B=3908.37148得T=353.85K实验测得该大气压的沸点为80.40+273.15=353.64K偏差:（353.85-353.64）/353.64=5.94×10-43、第二组数据处理实测大气压强P（大气）=101.81B标准大气压强P*=101.325MB饱和蒸汽压计算公式P=P（大气）-（上汞柱+下汞柱）/76×p*T矫正（K）=0.98606×MT+1.19592+273.15上汞柱（cm）下汞柱（cm）饱和蒸汽压P（Pa）ln（P）T实测（℃）T矫正（℃）T矫正（K）1/T(矫正)1.801.5097410361.8418.3979.0179.10352.352.84E-034.153.7891237536.1818.3377.2077.32350.592.85E-035.855.4086811233.5518.2875.5875.72349.012.87E-037.827.3081651657.8918.2273.5373.70347.022.88E-039.809.2076478750.0018.1571.4471.64344.992.90E-0312.1011.4570412582.2418.0768.8569.09342.472.92E-0314.1113.4165119684.2117.9966.8467.10340.512.94E-0315.8815.1060506730.2617.9264.5364.83338.272.96E-0317.9917.1255000516.4517.8261.7462.08335.562.98E-0319.9419.0949774279.6117.7258.9559.32332.843.00E-03P-T图LnP–1/T图由上图知：LnP=29.76629-4007.89283（1/T）B=4007.89283∆vapHm=R×(B)=33322.42kJ/mol将P=101.81kPa代入lnP=A-B/T，A=29.76629，B=4007.89283得T=353.81实验测得该大气压的沸点为80.59+273.15=353.74K偏差:（353.81-353.74）/353.74=1.98×10-44、第三组数据处理实测大气压强P（大气）=101.