氯化钠溶液饱和蒸气压测定实验

北京化工大学化工专业实验报告实验名称：实验一氯化钠溶液饱和蒸气压测定实验班级：化工1204姓名：张德奇学号：2012011114实验日期：2015-11-16实验一氯化钠溶液饱和蒸气压测定实验一、实验目的测定不同温度下氯化钠溶液的饱和蒸气压数据，采用Antonie方程进行关联，得出模型参数。测定体系：NaCl-H2O(15%、20%、25%)质量分数二、实验原理本实验是采用动态沸点法，当液体的蒸气压与外界压力相等时，液体就会沸腾。沸腾时的温度就是液体的沸点，对应的外界压力就是液体的蒸气压。在不同的外压下，测定液体的沸点，从而得到液体在不同温度下的饱和蒸气压。动态法的测压范围多为常压以下，适用于高沸点液体蒸气压的测定。实验系统简单，安装方便，测量简单、迅速。实验时，先将体系抽气至一定的真空度，测定此压力下液体的沸点，然后逐次往系统放入空气，增加外界压力，并测定相应的沸点。三、仪器该装置采用动态沸点法测定水溶液饱和蒸气压，具有快速、准确等优点。装置如图1所示。该装置由两口烧瓶（500ml）、恒温油浴槽、强磁力搅拌器、回流冷凝器、低温箱、隔膜真空泵（东京理化器械株式会社）、U型水银压差计、温度数据采集器、大气压力表等部分组成。图1溶液饱和蒸气压测定实验装置示意图实验时，烧瓶中放入待测溶液约250ml，装置中所有玻璃管和玻璃管的连接处均涂有真空硅脂，玻璃管和橡皮管之间均涂有真空泥，以保证系统的密封性。四、药品氯化钠（99.5%），去离子水五、操作步骤[1]将待测溶液约250ml置入烧瓶中，搭建好测定装置。[2]开启低温箱，在冷凝器中通入-3℃的冷却水（低温箱控制水温）。[3]开启磁力搅拌器。[4]开启真空泵，调节真空调节阀器使系统稳定于某一较高真空度（例如绝压3kPa）。[5]开启恒温槽加热，将恒温加热槽设定到一定温度，开始加热。[6]观察烧瓶中的溶液，当溶液沸腾时，温度读数不变，记下此时压力数据采集器、温度数据采集器的读数。[7]调节真空调节阀，使系统稳定于另一较低真空度，继续实验步骤[5]和[6]，直到实验结束。[8]结束实验，对实验后的装置和试剂进行处理。六、实验数据记录与处理1、实验数据以下表形式表示：日期：2015-11-16记录人：张德奇测定体系：NaCl-H2O温度/℃压力/kPa备注31.294.0135.254.9639.026.0342.027.0244.547.9646.898.9749.0710.0050.9710.982、用Antonie方程拟合饱和蒸气压数据Antoine方程是最基础的蒸气压关联方程。其适用范围在3～200kPa，超出此范围所得的压力值一般偏低。对于混合物而言，Antoine方程的具体形式如下iniiiwCTBAp1001000lg0..............................(1)式中，p溶液的饱和蒸气压，单位kPa；T温度，单位K；w溶质NaCl的质量分数；Ai、Bi方程(1)中的参数，利用溶液的蒸气压数据回归得到。已知当溶剂为水时，C=43.15。关联数据时要求i=3。七、实验要求1、测量数据点不少于5个数据点。2、实验报告要求简明叙述实验目的、原理、操作要点。3、正确处理实验数据，并与文献中数据进行比较，对结果要加以评价与讨论。注意事项：1、高温油浴槽、隔膜真空泵采用电压均为110V，各配备相应的变压器，操作时应注意。2、系统在负压下操作，抽真空时应特别注意操作步骤，调压阀打开后再开启真空泵。3、实验操作严格按照操作步骤进行，实验仪器的使用严格按照操作章程进行。高温油浴槽：打开开关（显示当前温度）、set、设置温度、set、set（升温）低温箱：开启：打开开关、set、设置温度、set、run关闭：stop、关闭开关八、数据处理温度/℃压力/kPa温度/K1000𝑇−43.15/𝐾−1lgp31.294.01304.443.82720.603135.254.96308.43.77000.695539.026.03312.173.71720.780342.027.02315.173.67620.846344.547.96317.693.64250.900946.898.97320.043.61150.952849.0710.00322.223.58331.000050.9810.99324.133.55901.0410用MATLAB软件处理数据，经过Excel表格进行规划求解可得以下结果A0=0.8146A1=0.9035A2=0.08104A3=-0.005558B0=0.8425B1=-1.810B2=-8.991B3=0.4538A0A1A2A3B0B1B2B30.81460.90350.08104-0.0055550.84251.810-8.9910.4538温度/℃温度/K压力/kPalgp（实验值）1000𝑇−43.15Lgp（公式值）误差平方P（公式值P（偏差）31.29304.444.010.60313.82720.60181.733E-064.000.3035.25308.44.960.69553.77000.69492.828E-074.950.1239.02312.176.030.78033.71720.78115.464E-076.04-0.1742.02315.177.020.84633.67620.84792.353E-067.04-0.3544.54317.697.960.90093.64250.90293.817E-068.00-0.4546.89320.048.970.95283.61150.95332.098E-079.00-0.1149.07322.2210.001.00003.58330.99925.918E-079.980.1850.98324.1310.991.04103.55901.03894.276E-0610.940.48Sum1.381E-05以第一组数据为例计算Lgp（实验值）=lg4.01=0.60311000/（T-43.15）=1000/（304.44-43.15）=3.8272Lgp（公式值）有回归得到的Antoine方程求得：误差平方=（lgp（实验值）-lgp（公式值））^2=(0.6031−0.6018)2=1.733×10−6P(公式值)=100.6018=4.00𝑘𝑃𝑎p(偏差)=（p（实验值）-p（公式值））/p（实验值）=0.30%回归得到的Antoine方程为：lgp=[0.8146+0.8425×1000𝑇−43.15]×200+[0.9035−1.8098×1000𝑇−43.15]×201+[0.08104−8.991×1000𝑇−43.15]×202+[−0.005558+0.4538×1000𝑇−43.15]×203与文献值比较：w=0.20温度/K压力（文献值）/kPaLgp（公式值）P（公式值）P误差293.151.963330.32012.09-6.45298.152.658370.44802.81-5.52303.153.559390.57093.72-4.59313.156.184110.80306.35-2.75323.1510.33911.018610.44-0.96333.1516.64971.219316.570.74343.1526.11931.406725.512.34353.1539.70861.581938.193.83363.1558.81261.746255.755.21373.1585.06161.990679.536.50383.15120.3902.0458111.137.70以第一组数据为例计算P（公式值）=100.3201=2.09𝑘𝑃𝑎P（误差）=1.96333−2.092.09=−6.06%文献值见末页附表实验结果讨论：一、保留的有效数字的位数不同能够影响实验的结果。二、由实验结果可知，Antoine方程只能够在某个范围内计算饱和蒸汽压有较高的精确度。三、外部的环境条件会影响沸腾四、观察沸腾时以肉眼判断，每次观察记录数据时沸腾的程度不能完全保持一致，观察的整个过程中，都有一个人来观察，属于系统误差。设备的精密度，包括传感器的灵敏度会对采集的数据有一定的影响，这也属于系统误差。附录:氯化钠溶液文献数据T/Kp/kPaT/Kp/kPaT/Kp/kPaw=0.15w=0.20w=0.25293.152.08699293.151.96333293.151.81082298.152.82627298.152.65837298.152.45227303.153.7846303.153.55939303.153.28415313.156.57589313.156.18411313.155.7093323.1510.9932323.1510.3391323.159.5527333.1517.7471333.1516.6947333.1515.4389343.1527.7569343.1526.1193343.1524.1789353.1542.1809353.1539.7086353.1536.7982363.1562.4441363.1558.8126363.1554.5629373.1590.2637373.1585.0616373.1579.0064383.15127.6704383.15120.3903383.15111.955注：w为溶液中NaCl的质量浓度