饱和蒸气压的测定09

纯液体饱和蒸气压的测定一、实验目的及要求1学习静态法测定液体饱和蒸气压。2用数字压力计测定不同温度下水的饱和蒸气压。3使用克劳修斯—克拉佩龙关系式计算水的汽化热。4掌握气压计、数字压力计和真空泵的使用方法。5学习用origin7.5处理实验数据。二、实验原理在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压。密闭于真空容器中的液体，在某一温度下有动能较大的分子从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。当二者的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度不再改变，因而有一定的饱和蒸气。二、实验原理液体的蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更多的高动能的分子能够由液面逸出，因而蒸气压增大。当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。外压不同时液体的沸点也就不同。我们把外压为101.325kPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯一克拉贝龙方程式表示；（1）2*)/ln(RTHdTkPapdmvap二、实验原理式中：p为液体在温度T时的饱和蒸气压；T为热力学温度；为液体摩尔气化热（J.mol-1）；在温度较小的变化范围内，可视为常数，积分（1）式可得：（2）由（2）式可知，若用lnp对1/T作图应得一直线，斜率m为；（3）或(4)mvapHmvapHBTRHpmvap1lnRHmmvapRmHmvap测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种：1．饱和气流法在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸气的分压，这个分压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。2．静态法在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。3．动态法利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同外压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。这些方法中以静态法准确性较高，即使蒸气压只有1333Pa(10mmHg)左右也可测定。静态法以等位计的两臂液面等高来观察平衡较灵敏。对较高温度下的蒸气压测定，由于温度难以控制而准确度较差。动态法的优点是对温度的控制要求不高，对于沸点低于100℃的液体，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达到一定的精确度。饱和气流法不仅可测液体的饱和蒸气压，亦可测定固态易挥发物质，如碘的蒸气压。它的缺点是通常不易达到真正的饱和状态，因此实测值偏低。故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。三、仪器和试剂图1静态法液体饱和蒸气压测定装置如图1装置一套，包括玻璃恒温槽1套，冷阱1个，数字精密压力计1台，真空泵及附件1套。四、实验步骤1.图1安装好实验装置2.精密数字压力计调试通电预热精密数字压力计10min左右，选择kPa为单位，且在系统通大气的情况下，调零。3.装样：将蒸馏水从加样口注入，关闭平衡阀1，打开进气阀和平衡阀2，启动真空泵抽气至压力计读数为-50kPa时停止抽气，关闭平衡阀2，打开平衡阀1，使蒸馏水冲入试样球A。如此反复操作，使蒸馏水充满试样球A2/3及液封U型管体积的1/2。四、实验步骤4.检漏开启冷却水，接通电源，使真空泵正常运转2min，关闭平衡阀1，打开进气阀和平衡阀2抽气，使系统减压至压力计读数为-50kPa后停止抽气，关闭进气阀和平衡阀2。此时系统处于真空状态。若压力计数值下降在标准范围内（0.01kPa/4s）即为正常。否则应检查原因，设法消除，至不漏气为止。5.测定开启冷却水，调节恒温槽的温度稍高于室温（如25℃）作为实验起始温度，通电加热，A球内蒸馏水的温度随水浴的温度升高而升高。同时开启真空泵缓缓抽气，使A球内气体呈气泡一个一个地通过液封U管（切忌抽气太快）排出。缓缓抽气数分钟后(注意勿使液体沸腾过猛)，使压力计读数约为-98kPa左右，关闭进气阀，使真空泵与大气相通，停止抽气。然后微微调节平衡阀1，使U型管两液面等高为止（谨防空气倒灌入A球），记下恒温槽温度和压力计读数。如此重复操作两次，若连续两次测得的数值相等，则可认为A、B管中的空气已排净。记下此时压力计读数，同时从气压计上读取并记下室温和大气压。用当天大气压平均值减去表压绝对值(p水=p大-│p表│)，即为设定温度下水的饱和蒸气压。用上述方法，沿升温方向每隔3～5℃测定一组设定温度下的数值。实验完毕，停止加热，缓缓打开平衡阀1和进气阀，待系统处于常压时，关闭气压计电源，最后关闭冷却水，复原。五、数据记录与处理1．数据记录被测液体：蒸馏水室温：22.2℃大气压：开始读数100.81kPa结束读数100.79kPa平均值100.8kPa温度t/℃T/K1/T(K-1)压力计读数p/kPa水蒸气压p/kPalnp24297.20.00336-97.83.001.1228301.20.00332-97.03.801.34…2．用origin7.5绘制lnp-1/T图，求斜率m3．由m求4．求水的正常沸点。本实验也可以测定其他各种纯液体，如乙醇、丙酮等的蒸气压和平均摩尔汽化热。mvapH0.003050.003100.003150.003200.003250.003301.61.82.02.22.42.6lnp=20.060-5672.50/TR=-0.9976lnP1/Tt/℃P测/kPaP水/kPa1/TlnP34.1-95.144.860.003251.5810437.1-93.936.070.003221.8033640-93.076.930.003191.9358644-91.168.840.003152.1792947-89.210.80.003122.3795551-87.3812.620.003082.5352815672.58.31447.2vapmHkJmol正常沸点4.367bT六、实验注意事项1.整个实验过程中，应保持等位计AB液面间的空气排净。2.抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾过剧。3.因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温槽的温度波动为±0.1℃。4.实验过程中需防止U型管内的液体回流入A球内，带入空气，影响实验结果。七、思考题1．所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有效数字。2．如何获得较准确的实验结果？3．克劳修斯—克拉佩龙关系式在什么条件下才能应用？为什么本实验测得的只是平均气化热？4.如何判断AB液面间的空气已排净？八、附录1真空泵真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程度，常以压强值表示，习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间具有不同的分子密度。在现行的国际单位制（SI）中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯卡（Pasca），简称帕，符号为Pa。在物理化学实验中，通常按真空度的获得和测量方法的不同，将真空区域划分为:粗真空(101325Pa～1333Pa);低真空(1333Pa～0.1333Pa);高真空(0.1333Pa～1.333×10-6Pa)；超高真空(1.333×10-6Pa)。为了获得真空，就必须设法将气体分子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体，使气体压力降低的装置，均可称为真空泵。如水流泵、机械真空泵、油泵、扩散泵、吸附泵、钛泵等等。八、附录1真空泵图2旋片式真空泵1.进气嘴;2.旋片弹簧;3.旋片;4.转子;5.泵体;6.油箱;7.真空泵油;8-排气嘴。实验室常用的真空泵为旋片式真空泵，如图2所示。它主要由泵体和偏心转子组成。经过精密加工的偏心转子下面安装有带弹簧的滑片，由电动机带动，偏心转子紧贴泵腔壁旋转。滑片靠弹簧的压力也紧贴泵腔壁。滑片在泵腔中连续运转，使泵腔被滑片分成的两个不同的容积呈周期性的扩大和缩小。气体从进气嘴进入，被压缩后经过排气阀排出泵体外。如此循环往复，将系统内的压力减小。八、附录1真空泵旋片式机械泵的整个机件浸在真空油中，这种油的蒸气压很低，既可起润滑作用，又可起封闭微小的漏气和冷却机件的作用。在使用机械泵时应注意以下几点:1.机械泵不能直接抽含可凝性气体的蒸气、挥发性液体等。因为这些气体进入泵后会破坏泵油的品质，降低了油在泵内的密封和润滑作用，甚至会导致泵的机件生锈。因而必须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。例如，用无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收水分;用石蜡吸收有机蒸气;用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等。八、附录1真空泵2.机械泵不能用来抽含腐蚀性成分的气体。如含氯化氢、氯气、二氧化氮等的气体。因这类气体能迅速侵蚀泵中精密加工的机件表面，使泵漏气，不能达到所要求的真空度。遇到这种情况时，应当使气体在进泵前先通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶，以除去有害气体。3.机械泵由电动机带动。使用时应注意电动机的电压。若是三相电动机带动的泵，第一次使用时特别要注意三相电动机旋转方向是否正确。正常运转时不应有摩擦、金属碰击等异声。运转时电动机温度不能超过50度～60度。4.机械泵的进气口前应安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽空系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。这样既可保持系统的真空度，又避免泵油倒吸。八、附录2数字式压力计数字式压力计是运用压阻式压力传感器原理测定实验系统与大气压之间压差的仪器。它可取代传统的U型水银压力计，无汞污染现象，对环境保护和人类健康有极大的好处。该仪器的测压接口在仪器后的面板上。使用时，先将仪器按要求连接在实验系统上（注意实验系统不能漏气），再打开电源预热10min;然后选择测量单位，调节旋钮，使数字显示为零;最后开动真空泵，仪器上显示的数字即为实验系统与大气压之间的压差值。八、附录2压力计压力有不同的单位，它们之间的换算关系见附录。压力测量中还有绝对压力、表压和真空度的术语。在压力高于大气压的时:绝对压=大气压+表压或表压=绝对压-大气压在压力低于大气压的时候:绝对压=大气压-真空度或真空度=大气压-绝对压