实验二液体饱和蒸汽压的测定

实验二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定义，熟悉纯液体的饱和蒸汽压与温度的关系，即克劳休斯-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、热力学原理在远低于液体临界温度下，处于密闭的真空容器中的液体，一些动能较大的液体分子可从液相进入气相，而动能较小的蒸汽分子因碰撞而凝结成液相，当这两个过程的速度相等时，气液两相建立动态平衡，此时液面上的蒸汽压力就是该温度下该液体的饱和蒸汽压，简称为蒸汽压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔蒸发焓，用ΔvapH*m表示。纯液体的蒸气压随温度的变化而变化，当温度升高，分子运动加剧，更多的高动能分子由液相进入气相，因而蒸气压增大；反之，温度降低，则蒸气压减小。当蒸气压等于外界压力时，液体更沸腾，此时的温度称为沸点，所以，外压不同时，液体的沸点也不同，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休斯-克拉贝农方程式表示为dlnp/dT=ΔvapH*m/RT2(1)式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔蒸发焓。若在实验温度范围内将ΔvapHm视为常数，对式（1）积分的：lnp=-ΔvapHm/RT+C(2)其中C为积分常数。可以看出，实验测量出液体在一系列温度之下的饱和蒸气压，以lnp对1/T作图，得一直线，直线的斜率为vapmHR由斜率可求算液体的ΔvapHm。2、实验方法静态法是将待测物质放在一个密闭的系统中，在不同温度下直接测量其饱和蒸气压。通常是用平衡管（又称等位计）进行测定。平衡管由一个球管与一个U形管连接而成（如图1（b）所示），待测物质置于球管A内，U形管中也放置被测液体，将平衡管和抽气系统、压力计连接，在一定温度下，当U形管中的液面在同一水平时（B,C处），表明U形管两臂液面上方的压力相等，即AB段的蒸气压与C到压力计的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸气压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。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气，U形管中的液体起液封和平衡指示作用。静态法常用于易挥发液体饱和蒸气压的测量，也可用于固体加热分解的平衡压力的测量。（a）(b)图1、液体饱和蒸气压测定装置图1-平衡管；2-搅拌器；3-温度计；4-恒温水浴三、仪器和试剂恒温水浴；平衡管，温度计，冷凝管，真空泵，数字式低真空测压仪；无水乙醇，四、实验步骤1、安装仪器将待测液体（本实验为无水乙醇）装入平衡管，A球内约占4/5体积额，此时U形管内不能有液体。再按图1装妥各部分。2、抽真空、系统检漏如图1所示，将进气阀、阀2打开，阀1关闭。开动真空泵，抽气减压至压力计显示压差为-80KPa时关闭进气阀和阀2，使系统与真空泵、大气皆不相同。观察压力计的示数，如果压力计示数能在3-5min内维持不变，则表明系统不漏气；否则应逐段检查，排除漏气原因。3、排除AB弯管空间内的空气和形成液封读出当日大气压力。打开阀1，将系统接通大气，接通冷凝水，恒温槽温度调节至此大气压下待测液沸点高3-5℃，是液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾3-5min，可认为空气被排除干净，停止加热，关闭阀1。4、乙醇饱和蒸气压的测定随着系统温度逐渐下降，气泡逸出逐渐减慢。当温度降低到一定程度时，气泡逐渐消失，AB管内压力逐渐降低，B管液面开始上升，同时C管液面下降。当B,C两管的液面达到同一水平面时，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（此步要快，否则空气会进入A球，实验需要重做），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，记录此时的温度及压力计读数。重复上述操作，每次使系统减压5-7kPa，共测8组数据。实验完毕后必须使系统和真空泵与大气相通才能关闭真空泵。五、数据处理（1）数据记录(2的（2)以lnp对1/T作图，求出直线斜率，并由斜率算出此温度范围内液体的平均摩尔汽化热△vapHm。被测液体：无水乙醇室温：23.35℃大气压：98.21KPa恒温槽温度103/1KT压力计读数△p/kPa液体的蒸汽压p=p大气+△p/kPa㏑pt／℃T／K79.58352.730.0028350.0098.214.58778.14351.290.002847-6.5391.684.51876.95350.100.002856-11.2087.014.46675.25348.400.002870-17.2780.944.39473.48346.630.002885-23.3174.904.31671.06344.210.002905-29.7268.494.22769.45342.600.002919-34.5163.704.15466.88340.030.002941-40.4657.754.056△vapHm=4990×R×10-3=41.49KJ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85°C沸腾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3-5°C，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。