物化实验报告-纯液体饱和蒸气压的测定..

一、实验目的1.明确纯液体饱和蒸汽压和蒸汽压的概念及其与温度的关系，加深对劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的理解。2.掌握静态法测定纯液体饱和蒸汽压的原理及方法，并学会用图解法求纯液体的平均并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。3.了解数字式低真空侧压仪=，熟悉常用的气压计的使用及校正的方法，初步掌握真空实验技术。二、实验原理在一定温度下(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: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。在温度变化范围不大时，ΔvapHm可以近似作为常数，积分上得:由此式可以看出，以lnp对作图，应为一直线，直线的斜率为m=，由斜率可求算液体的ΔvapHm=-Rm当液体的饱和蒸汽压登月外界压力时，液体沸腾，此时的温度即为该液体的沸点，当外压为1atm(1.01325kPa)时，液体的沸点成为正常沸点。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Ⅲ-3-1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。四、实验步骤1.将纯水倒入等压计中（这部分已由老师装置完毕）检查U形管两边处于同一水平，水面接近B球底部位置。2.系统气密性检查关闭直通活塞，旋转三通活塞使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为-53.3kPa(400mmHg）时，关闭三通活塞，使系统与真空泵、大气皆不通。观察压力计示数，如果在3分钟内示数维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查装置每个部分，消除漏气原因。3.排除管内的空气先将恒温槽温度调至40oC接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时弯管内的空气不断随蒸气管逸出（速度不宜过快，若过快可适当打开漏入空气，但不应使空气倒灌），如此沸腾3分钟，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，打开直通活塞缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入弯管中，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，关闭直通活塞，立即记录此时的温度与压力差（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面，须再缓慢抽气，再调平齐）。然后，将恒温槽温度升高5℃，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，应随时打开直通活塞缓缓放入少量空气，保持C管中液面相对平静。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℃，测定一次压差，总共测7个值。五、实验记录和数据处理1、记录:将测得数据计计算结果列表：室温：24.4oC气压计读数：102.600kPa校正后压强102.217kPa2、根据实验数据作出lgP—1/T图,根据斜率求出摩尔汽化热△vapH与正常沸点。纯水的正常沸点为在一个大气压下,(101.3kPa)下的沸点。由上面的回归方程可知，T正常=374.10K=100.95oC△vapHm=-Rm=41.04KJ3、计算T正常、△vapHm的相对误差，并对数据结果进行讨论。T正常相对误差Et=（374.10-373.15）/373.15×100%=0.25%△vapHm相对误差Et=(41.04-40.63)/40.63×100%=1.01%六、讨论与思考1、根据测量数据，将校正压力p取对数值lnp作为纵坐标，以开氏温度倒数1/T作为横坐标，绘制散点图。由出lnp-1/T关系图可以看出，直线相关性较高，线性较好，因而斜率m较为准确，可以用于进行平均摩尔汽化热△vapHm与正常沸点T正常的代入计算。通过计次数温度t/℃1/T压强差△p/kPa压强p/kPalnp140.10.003192338-94.357.8672.062676795245.080.003142381-92.229.9972.302285048350.150.003093102-89.5712.6472.537420033455.060.00304683-86.3315.8872.765501165560.090.00300084-82.1120.1073.001068013665.180.002955694-77.125.1173.223544908770.090.002913413-71.131.1173.437754294算结果，并与参考文献数值比较，相对误差比较小，因此实验数据较为完好。2、实验过程中，进行了两次。第一次实验相对失败，由于在空气漏入时没有控制得当，导致U形管中过多的水倒灌入A球，以至于U形管液面过低难以读数，且空气进入馆内，气密性受到影响，实验不能进行下去。3、在更换了仪器之后，重新开始进行实验。后续进行较为顺利。但在U形管调节过程中，难以控制恰好两边平衡，且平衡后因A球内水继续沸腾液面依然会出现差值。故实验中在调节时适当预留液面差，待A球内沸腾后渐渐平衡液面差，则左右液面恰好接近持平。通过多次实验总结经验，掌握了该方法后实验速度较快提高。4、参见数据。纯水的平均摩尔汽化热比文献值要略高，主要原因为该参数是温度的函数，随着温度变化而变化。实验平均温度约55.1℃，比原定平均温度55℃，因此比文献值略高。而正常沸点是在101.325kPa下，而本次实验的大气压校正后较标准大气压偏大，因此测得沸点较文献值高。六、提问与思考1、什么是液体的饱和蒸汽压？什么叫正常沸点？液体的沸点与外压有何关系？在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压；在外压为一个大气压的时候液体的沸点称为正常沸点；液体沸点随着外压增大而增大。2、本实验方法能否用于测定其它溶液的蒸汽压？为什么？视具体情况而定，一般不可以。因为溶液浓度随着溶剂的蒸发而增大，蒸汽压也因此变化，故难以测量准确。3、等压计U形管液体有什么作用？冷凝器有什么作用？U形管中液体可以用于指示管内蒸汽压与外压平衡的指标，用于等效测量管内气压；用于冷凝蒸汽，防止蒸汽被抽入真空泵中。4、怎样从数字式低真空测压仪示数得出纯液体饱和蒸汽压？通过U形管两边持平，等效地读出外压即等于液体饱和蒸汽压。5、能否在加热情况下检查是否漏气？不能。加热过程中温度不能恒定，气－液两相不能达到平衡，压力也不恒定6、实验中为什么要防止空气倒灌？若发生倒灌则管内不再是纯液体的蒸汽，测量的将不是纯液体蒸汽压。7、实验时抽气和漏入空气的速度应如何控制？为什么？不论抽气还是漏入空气都应该尽可能地慢，防止气压变化过大在管中变化过于明显，导致出现倒灌或者爆沸的现象8、实验时大烧杯中的水为什么一定要淹没等压计的U形管？保证整个体系处于同一恒温状态，使得U形管左右两边温度相等，才能用外压等效处理为U形管内饱和蒸汽压强。雷诺校正：消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。五、数据记录1.室温、样品质量和剩余燃烧丝质量室温:25.50°C大气压:101.200Kpa物质点火丝/g点火丝+样品/g样品/g总剩余/g剩余点火丝/g苯甲酸(1)0.01160.65420.64260.00770.0077萘0.01120.70590.69470.00530.0053苯甲酸(2)0.01230.51670.50440.00360.00362、热计常数C计算由图得：苯甲酸(1)△T=1.083533℃苯甲酸(2)△T=0.7907℃苯甲酸恒容摩尔燃烧热为-3226.9kj/molΔn=7-15/2=-0.5mol由Qv=Qp-ΔnRT=Qv=-3.2256*10^3kJ/mol再由-nQv,m-m’点Q点=CΔT=,nQ-TmQmvC丝丝分别代入苯甲酸(1)及苯甲酸(2)的Δt解出C求出平均值C1=15.68394845C2=16.89593527∴C=16.28994186kJ/℃3、萘的恒容燃烧热Qv,m及恒压燃烧热Qp,m计算同理由-nQv,m-m’点Q点=CΔT=Qv,m=-(CΔT-m’点Q点)/n解得Qv=-5190.669045KJ/mol由Qp=Qv+ΔnRTQp=-5195.644641KJ/mol文献值Qp=-5153.8KJ/mol故相对误差为:0.812%七、分析与讨论1、本次实验中，氧弹卡计绝热性能一般，经过雷诺校正后校正值与测量值有较大差别。而雷诺校正使用的方法为图解法，很大部分的数值通过观察所得，因此即使保证较为准确的情况下依然存在较大误差。此为仪器造成的误差以及校正方法上的误差，难以消除。2、在实验过程中，尤其在进行苯甲酸的压片过程，由于苯甲酸晶体结构较为难以压实，有相当部分脱落，导致称量实际样品质量相对不足。尤其第三组数据中，由于苯甲酸的量过少，反应中温度升高较少，导致进行水的热计常数C测量误差较大，也是本次实验误差较大的一个主要原因之一。在舍弃第三组数据后，热计常数误差相对变小，但仍然较大，出于实验的严谨性，故保留第三组数据。3、本次实验测得恒压摩尔燃烧热（即反应焓）的数据偏高，主要因为测量前面提及的水的热计常数偏大（原因已在前面分析），导致最终结果偏高。4、其它实验因素，如点火丝部分氧化、充气放气不充分等原因导致燃烧不充分，氧弹卡计密封性不足（在密闭之后浸泡入水中有漏气现象），导致测试结果中出现误差，由于原因过多且复杂，因此不逐一分析。八、思考题1、什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？在101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热．单位为kJ/mol。反应热中ΔH为负，则为放热反应；为正，则为吸热反应，燃烧热为反应热的一种，其ΔH为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧热最大，支链越多燃烧热越小。2、什么是卡计和水的热当量？如何测得？卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量。单位是：焦耳/度测法：用已知燃烧焓的物质，放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷诺校正后，按下式：-nQv,m-m’点Q点=CΔT即可求出。3、测量燃烧热两个关键要求是什么？如何保证达到这两个要求？实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：(1)试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。压片紧实度：一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒。(2)点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。(3)充足氧(1-1.5MPa)并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。(4)注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或置0时）误点火，样品先已燃烧的事故。4、实验测量到的温度差值为何要雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺温度校正图校正。还可能带来误差的可能有：(1)实验过程中的系统误差；(2)可能与当天的温度和气压有关；(3)样品可能受潮使称量时产生误差；(4)样品可能中可能含有杂质。氯化钾(3)m=4.1791gt=22.80℃校正后△T=1.2079℃硝酸钾(1)m=5.6662gt=22.20℃校正后△T=2.3020℃六、数据记录1#2#3#4#0.6020.3880.2140.1620.6060.3960.2110.1580.6040.3940.210.1620.6040.3930.2120.16