纯液体的饱和蒸汽压的测量.doc

纯液体饱和蒸汽压的测量
一、目的要求
1.明确纯液体饱和蒸气压的定义和汽液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸气压与温度的关系公式——克劳修斯－克拉贝龙方程式。
2.用数字式真空计测量不同温度下环己烷的饱和蒸气压。初步掌握真空实验技术。
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气化热与正常沸点。

二、实验原理
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，液体沸点将相应改变，当外压为1atm（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)
式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；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： (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 ，由斜率可求算液体的ΔvapHm。
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
三、仪器与试剂
DP-A精密数字压力计，SYP-Ⅲ玻璃恒温水浴，液体饱和蒸气压测定装置，旋片式真空泵，环己烷。
四、实验步骤
1. 开通小流量的冷却水。开通DP-A精密数字压力计的电源，预热。认识系统中各旋塞的作用。开启进气旋塞（逆时针旋转“平衡阀2”）使系统与大气相通。读取大气压力p0，以后每半小时读一次。
2. 按动DP-A精密数字压力计的“采零”按键，使读数为0。系统检漏：开启真空泵，2分钟后开启抽气旋塞（逆时针旋转“平衡阀门1”），关闭进气旋塞(平衡阀门2)，使系统减压至压力计读数约为－85 kPa，关闭抽气旋塞（平衡阀门1）。系统若在5分钟之内压力计读数基本不变，则说明系统不漏气。
3. 打开玻璃恒温浴“加热器”开关，置于“强加热”、“慢搅拌”，同时接通SWQP型数字控温仪的电源，显示屏的右下部得“置数”红灯亮，按动×10和×1按钮，使“设定温度”至40.00℃按动“工作/置数”使水浴升温。
4. 水浴温度升至40.00℃后加热方式改为“弱”，稳定5分钟。缓慢旋转进气旋塞（平衡阀门2），使平衡管中二液面等高，读取DP-A精密数字压力计和水浴的温度，记录。
5. 分别测定45、50、53、56、58、60、62、64℃时液体的饱和蒸气压。
6. 实验完毕，断开电源、水源。
【注意事项】
— 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。
— 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。
— 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。
— 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。
五、数据记录及其处理
实验者
梁美瑶 梁汉秋
实验时间
2010.12.01
室温 ℃
29.9
30.1
30.1
30.1
30.4
平均大气压/kPa
101.67
大气压/kpa
101.61
101.65
101.69
101.7
101.73
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
水浴温度℃
41.98
45.02
48.02
51.01
54.01
57.02
60.02
63.01
63.19
压力差/kPa
-73.60
-70.89
-67.27
-63.36
-59.07
-54.29
-49.07
-43.42
-43.05
蒸汽压P/kPa
28.1
30.8
34.4
38.3
42.6
47.4
52.6
58.3
58.6
ln P
3.3347
3.4269
3.5381
3.6457
3.7519
3.8582
3.9627
4.0647
4.0711
1/T*1000
3.173
3.142
3.113
3.084
3.056
3.028
3.001
2.974
2.973
直线斜率
-3.7205
直线截距
15.13
相关系数
-1.000
蒸发热 kJ/mol
30.93
正常沸点℃
80.88

数据分析： 本次实验得出环己烷的
平均摩尔汽化热ΔvapHm = 30.93kJ/mol
正常沸点为b.p. = 80. 88℃
理论值为：ΔvapHm = 32.76kJ/mol； b.p. =80.75℃
相对误差分别为：E（ΔvapHm）=-5.59%； E(b.p.)=0.16%
本次实验的相对误差很小，实验挺成功。主要是进气旋塞控制得好，没有出现回气的情况，特别是在温度较高的时候，还没有达到饱和就沸腾了，这时候应该适当调节进气旋塞，使里面的纯液体平稳地加热。不过实验过程中还存在一些影响因素，主要有读数时会有稍微的误差，因为在读数的时候需要在一瞬间保证液面相平的同时记录两个数据，另外恒温水浴装置也有一定的误差，存在灵敏度不高等问题。

六、思考与讨论
1． 等压计U型管中的液体起什么作用？冷凝器起什么作用？为什么可用液体本身作U型管封液？
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。若用其他液体做封闭液，则平衡时a球上方的气体为封闭液蒸汽和乙醇蒸汽的混合气体，而不是纯液体，测定结果偏高，故用液体本身作U型管封液。

2．开启旋塞放空气入体系内时，放得过多应如何办？实验过程中为什么要防止空气倒灌？
答：必须重新排净AB管内的空气。因为测定前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汽压，而没有其他大气。

3．如果升温过程中液体急剧气化，该如何处理？
答：升温过程中液体急剧气化，应该适当调整进气旋塞，缓慢放入空气，使系统压力慢慢升高，让纯液体平稳地加热，以保持等压计两液面平齐，以免使等压计内的乙醇急剧沸腾，使液封量减少。