1、液体饱和蒸汽压的测定一、实验目的 1.明确液体饱和蒸汽压的意义，熟悉纯液体的饱和蒸汽压与温度的关系以及克劳休斯-克拉贝农方程。2.了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。3.学习用图解法求解被测液体在试验温度范围内的平均摩尔蒸发焓与正常沸点。二、实验原理1.热力学原理通常温度下(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
2、，液体沸点将相应改变。当外压为 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) 2mvapdlnRTH式中，R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度； vapHm 为在温度 T 时纯液体的摩尔气化热。假定 vapHm 与温度无关，或因温度范围较小， vapHm 可以近似作为常数，积分上式，得： (2) Cp1lnmvap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RHmvap斜率可求算液体的 vapHm。2.实验方法静态法测定液体饱和蒸气压，是指在某一温度下，直接测量
3、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。 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。可见，利用平衡管可以获得并保持系统中为纯试样时的饱和蒸汽，U 形管中的液体起液封和
4、平衡指示作用。精密数字压力计图 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 平衡管三、仪器与试剂恒温水浴；平衡管，温度计，冷凝管，数字式低真空测压仪，真空泵及附件，无水乙醇。四、实验步骤：1、安装仪器 等待测液体（本实验是无水乙醇）装入平衡管，A 球内约占 4/5 体积，此时 U 型管内不能有液体。再按照图一装妥个部分。2、抽真空、系统检漏 将进气阀、阀 2 打开，阀 1 关闭。抽气减压至压力计显示压差为-80KPa 时关闭进气阀和阀 2，如压力计示数能在 3-5min 内维持不变，则系统不漏
5、气。3、排除 AB 弯管空间内的空气和形成液封 打开阀 1，恒温槽温度调至比次大气压下待测液沸点高3-5，如此沸腾 3-5min，停止加热，关闭阀 14、乙醇饱和蒸汽压的测定 当 b、c 两管的液面到达同一水平面时，立即记录此时的温度和压力，并打开阀 2，使测量系统的压力减小 5-7kPa，液体将重新沸腾，又有气泡从平衡管冒出，关闭阀 2，继续降低水温。当温度降到一定程度时，B,C 液面又处于同一水平面，记录此时的温度计压力计读数。重复上述操作，每次使系统减压 5-7kpa，测至少 8 组数据。实验结束后，先将系统排空，然后关闭真空泵。五、数据处理：被测液体： 乙醇 室温： 28.60 大气压
6、：97.67kPa(1) 数据记录恒温槽温度t/ T/K 103 1T/K 压力计读数 p/kPa液体的蒸汽压 p=p 大气+p/kPap79.14 352.29 2.839 0 97.67 4.58276.53 349.68 2.860 -7.30 90.37 4.50474.58 347.73 2.876 -13.21 84.46 4.43672.82 345.97 2.890 -20.21 77.46 4.35070.86 344.01 2.907 -25.44 72.23 4.28068.84 341.99 2.924 -31.33 66.34 4.19566.56 339.71 2.
7、944 -36.97 60.70 4.10664.58 337.73 2.961 -42.09 55.58 4.018(2)以 lnp 对 1/T 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度范围内液体的平均摩尔汽化热vapHm 。1/T与 lnP的 关 系 图y = -4.6855x + 17.8973.944.14.24.34.44.54.64.72.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 2.94 2.96 2.981/T（ 103K ）lnP 系 列 1线 性 (系 列 1)由 k = 得： vapHm = k R = 4.6855 8.314 = 38.96 KJRmvap
8、六、注意事项:(1)预习时应该读懂各个阀门的作用及气路连接。(2)实验前应检查并保证体系不漏气。(3)减压速度要适合，必须防止平衡管内液体沸腾过于剧烈，致使管内液体快速蒸发。(4)实验过程中，必须充分排尽 AB 弯管空间中的全部空气，使 B 管液面上方只含液体的蒸汽分子。平衡管内必须放置于恒温水欲中的水面以下，否则其温度与水温不同。七、思考题:（1）为什么 AB 弯管中的空气要干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？答: AB 弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压;另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体的蒸气压；将水浴温度升高到 85C 沸
9、腾 3 分钟即可；检漏之后要关闭阀 1，防止外界空气进入缓冲气体罐内。（2）本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？答：溶液不是纯净物，其沸点不稳定，实验操作过程中很难判断是否已达到其沸点。（3）为什么实验完毕以后必须使系统和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？答：如果不与大气相通，球管内的液体可能会被吸入到缓冲储气罐。（4）如果用升温法测定乙醇的饱和蒸汽压，用该实验装置是否可行？若行，如何操作？答：升温法可行。先打开阀 2，关闭阀 1，使储气管内压强达-50kPa左右，关闭阀 2，温度每升高 3-5C，打开阀 1，增大压强使球形管内液面相平。（5）将所测摩尔汽化热与文献值相比较，结果如何？答：由于当地大气压及实验误差，结果将偏小。（6）产生误差的原因有哪些？答：当地大气压、判断液面是否相平的标准、液面相平时数据的采集都会对实验结果造成影响。
