1-3纯液体饱和蒸气压的测定

实验1-3纯液体饱和蒸气压的测定【目的要求】1.掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求平均摩尔气化热和正常沸点。2.理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、恒温槽及气压计的使用及注意事项。【实验原理】在通常温度下(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。蒸发一摩尔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(1)式得：lnp＝CTRH1mvap(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。测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，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。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图2-1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5，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。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。【仪器试剂】纯液体饱和蒸气压测定装置1套;放大镜(×5)1只;直尺1把；真空泵及附件等。。蒸馏水;无水乙醇【实验步骤】升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压图2-1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-缓冲瓶；5-恒温水浴；6-三通活塞；7-直通活塞1.装置仪器将待测液体装入平衡管中，A球约2/3体积，B和C球各1/2体积，然后按图装妥各部分。2.系统气密性检查关闭直通活塞7，旋转三通活塞6使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至压力计显示压差为53kPa（40cmHg）时，关闭三通活塞6，使系统与真空泵、大气皆不相通。观察压力计的示数，如果压力计的示数能在3～5min内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。3.排除AB弯管空间内的空气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，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高3℃～5℃左右)接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，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。4.饱和蒸气压的测定当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞7缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至B管、C管中液面平齐，关闭活塞7，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面，须抽气，再调平齐，如液体倒灌入A球，须重装A,B,C球，并重排空气）。5.依次将恒温槽温度升高5℃或10℃，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免B、C管中液体大量蒸发，应随时打开活塞7缓缓放入少量空气，保持C管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使B、C管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高5℃或10℃，测定一次压差，总共测3-5个值，每个温度测3次以确保数据可重复，最高温不高于55℃。【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，致使管内液体快速蒸发。3.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.升温法测定中，打开进空气活塞7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.降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞6抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB弯管内之空气。【数据处理】1.数据记录表大气压=kPa室温℃U型压差计t测℃h左/cmHgh右/cmHg2.数据处理表T测/K31110TK⊿h/kPap测/kPalnp3.以lnp对1T作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内被测液体的平均摩尔气化热ΔvapHm，通过图求算出纯液体无水乙醇的正常沸点。4.验证楚顿规则（Trouton’sRule）：1188molKJTHmv正常【误差分析】1.系统误差：克-克方程推导过程中引入了假设条件克拉贝龙方程：mvmvVTHdTdp（气液平衡）假设：（1）液相的体积跟气相比可以忽略不计（2）气相可视为理想气体则pRTgVlVgVVmmmmv)()()(2lnRTHdTpdmv2.随机误差：压力和温度的测量都有随机误差，误差传递表达式为))ln(()(lnlnpcppTTHHpRTcRTHcRTHp3.图解法求斜率tgm的误差)22()()()22(11lnln1212121212122212hhhLLLmmHHmdmHHdmRHhhhLLLmmLLhhTTppm则【思考问题】1.为什么AB弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌?2.何时读取U型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压?3.引起本实验误差的因素有哪些?4.本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？5.为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？【讨论】用降温法测定不同温度下纯液体(以水为例)饱和蒸气压的方法如下：接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa，加热水浴至沸腾，此时A管中的待测液体部分气化，其蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯管内的空气。停止加热，控制水浴冷却速度在1℃·min-1内，此时待测液体的蒸气压(即B管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度(精确至0.01℃)和压力计的压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压10kPa并继续降温，待B、C两管液面再次平齐时，记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次(注意：实验中每次递减的压力要逐渐减小，为什么？)，分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温度和压力。在降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净AB弯管内之空气。