实验二液体饱和蒸气压的测定

实验二液体饱和蒸气压的测定一、实验目的1．掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。2．了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。3．了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及精密数字压力计的使用及注意事项。二、预习要求1．明确饱和蒸气压的定义，了解测定饱和蒸气压的意义。2．了解饱和蒸气压测量装置的原理和使用。3．明确所测定的饱和蒸气压和平均摩尔气化焓的关系。三、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：2mvapdlndRTHTp(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：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。测定通常有静态法和动态法，静态法：把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下，蒸气压与外压相等时直接测定外压；或在不同外压下测定液体的沸点。动态法：常用的有饱和气流法，即通过一定体积的已被待测物质所饱和的气流，用某物质完全吸收。然后称量吸收物质增加的质量，求出蒸汽的分压力即为该物质的饱和蒸气压。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。四、仪器试剂恒温水浴；平衡管；精密数字压力计；真空泵及缓冲储气罐。无水乙醇(A.R)五、实验步骤1．装样从加样口注入乙醇，关闭平衡阀1，打开进气阀。启动油泵，抽至气泡成串上窜，可关闭进气阀，打开平衡阀1漏入空气，使乙醇充满试样球体积的三分之二和U型管双臂的大部分。2．检漏，系统气密性检查接通冷凝水，关闭平衡阀1，打开进气阀使真空油泵与缓冲储气罐相通。启动油泵，使压力表读数为某一数值（可60，70kPa左右），关闭进气阀，停止抽气，检查有无漏气（看压力表示数在3～5min内是否变化），若无漏气即可进行测定。（注意：在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。）3．饱和蒸气压的测定调节恒温水浴温度30℃，开动油泵缓缓抽气，使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出。如发现气泡成串上窜，可关闭进气阀，缓缓打开平衡阀1漏入空气使沸腾缓和。如此慢沸3～5min，可认为试样球中的空气排除干净，关闭平衡阀2。小心开启平衡阀1缓缓漏入空气，直至U型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。调节恒温水浴温度33℃，小心开启平衡阀1缓缓漏入空气，直至U型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。依次测定36℃，39℃，42℃，45℃，48℃，51℃时乙醇的蒸汽压。测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。如升温过程中U型管内液体发生暴沸，可开启平衡阀1漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。实验结束后，慢慢打开进气阀，使压力表恢复零位。关闭冷却水，关闭压力表、恒温控制仪、恒温水浴电源，并拔下电源插头。六、缓冲储气罐的使用说明1．安装：用橡胶管或塑料管分别将进气阀与气泵、装置l接口，装置2接口与数字压力表连接。安装时应注意连接管插入接口的深度要≥15mm，并扣紧，否则会影响气密性。2．首次使用或长期未使用而重新启用时，应先作整体气密性检查（1）将进气阀、平衡阀2打开，平衡阀1关闭(二阀均为顺时针关闭，逆时针开启)。启动油泵加压（或抽气）至100KPa～200KPa，数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。（2）关闭进气阀，停止抽气，检查平衡阀2是否开启，平衡阀l是否完全关闭。观察数字压力表，若显示数字降值在标准范围内(小于0.01Kpa／秒)，说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因直至合格。（3）再作微调部分的气密性检查：关闭平衡阀1，开启平衡阀2调整微调部分的压力，使之低于压力罐中压力的1/2，观察数字压力表，其变化值在标准范围内(小于±0.01Kpa／4秒)，说明气密性良好。若压力值上升超过标准，说明平衡阀2泄漏；若压力值降超过标准，说明平衡阀1泄漏。3．与被测系统连接进行测试：（1）用橡胶管将装置2接口与被测系统连接、装置1接口与数宁压力计连接。打开进气阀与平衡阀2，关闭平衡阀1，启动气泵，加压(或抽气)，从数字压力计即可读出压力罐中的压力值。（2）测试过程中需调整压力值时，使压力表显示的压力略高于所需压力值，然后关闭进气阀，停止气泵工作，关闭平衡阀2，调节平衡阀1使压力值至所需值。采用此方法可得到所需的不同压力值。4．测试完毕，打开进气阀、平衡阀均可释放储气管中的压力，使系统处于常压下备用。5．操作注意事项阀的开启不能用力过强，以防损坏影响气密性。由于阀的阀芯未设防脱装置，关闭阀门时严禁将阀上阀体旋至脱离状态，以免阀在压力下造成安全事故。维修阀必须先将压力罐的压力释放后，再进行拆卸。连接各接口时，用力要适度，避免造成人为的损坏。压力罐的压力使用范围为-100KPa～250Kpa，为了保证安全，加压时不能超出此范围。使用过程中调节平衡阀1、平衡阀2时压力表所示的压力值有时跳动属正常现象，待压力稳定后方可作实验。七、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。5．在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。6．平衡阀2容易出现问题，一直保持打开状态，不用再调节。