物化實驗液體飽和蒸汽壓的測定

1、實驗五 液體飽和蒸汽壓的測定一、實驗目的與要求：對液體飽和蒸汽系作實驗上的研究。根據(jù)建立起的經(jīng)驗方程式，求算液體的平均摩爾汽化熱。 飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系 二、預習要求：1. 明確蒸氣壓、正常沸點、沸騰溫度的含義；了解動態(tài)法測定蒸氣壓的基本原理。2. 了解真空泵、氣壓計的使用及注意事項。3. 了解如何檢漏及實驗操作時抽氣、放氣的控制。三、實驗原理：在封閉體系中，液體很快和它的蒸汽達到平衡。這時的蒸汽的壓力稱為液體的飽和蒸汽壓。蒸發(fā)一摩爾液體需要吸收的熱量，即為該溫度下液體的摩爾汽化熱。它們的關(guān)系可用克拉貝龍克勞修斯方程表示：dlnp/dTt=vapHm/RT2 (1)Hm：摩爾汽化熱(Jmol

2、-1)R：氣體常數(shù)(8.314Jmol-1K-1)若溫度改變的區(qū)間不大，H可視為為常數(shù)（實際上H與溫度有關(guān)）。積分上式得： lnp=A-Hm/RT (2)或 logP=A-B/T (3)常數(shù) A=A/2.303 ，B=vapHm/2.303RT 。(3)式表明logP與1/T有線性關(guān)系。作圖可得一直線，斜率為B。因此可得實驗溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱Hm。Hm=2.303RB (4)當外壓為101.325kPa(760mmHg)時，液體的蒸汽壓與外壓相等時的溫度稱為液體的正常沸點。在圖上，也可以求出液體的正常沸點。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：1. 靜態(tài)法：在某一固定溫度下直接測量飽

3、和蒸汽的壓力。2. 動態(tài)法：在不同外部壓力下測定液體的沸點。3. 飽和氣流法：在液體表面上通過干燥的氣流，調(diào)節(jié)氣流速度，使之能被液體的蒸汽所飽和，然后進行氣體分析，計算液體的蒸汽壓。本實驗利用第二種方法。此法基于在沸點時液體的飽和蒸汽壓與外壓達到平衡。只要測得在不同外壓下的沸點，也就測得在這一溫度下的飽和蒸汽壓。四、儀器和藥品：液體飽和蒸汽測定儀1套，抽氣泵1臺，福廷式壓力計1支，加熱電爐1個，攪拌馬達1臺，1/10溫度計2支。五、裝置簡介：圖1中，平衡管由三個相連通的玻璃球構(gòu)成，頂部與冷凝管相連。冷凝管與U形壓力計6和緩沖瓶7相接。在緩沖瓶7和安全瓶11之間，接一活塞9，用來調(diào)節(jié)測量體系的壓

4、力。安全瓶中的負壓通過真空泵抽真空來實現(xiàn)。安全瓶和真空泵之間有一三通閥，通過它可以正確地操作真空泵的啟動和關(guān)閉。A球中裝待測液體，當A球的液面上純粹是待測液體的蒸汽，并且當B管與C管的液面處于同一水平時，表示B管液面上的蒸汽壓（即A球面上的蒸汽壓）與加在C管液面上的外壓相等。此時體系汽液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點。用當時讀得的大氣壓減去壓差計兩水銀柱的高度差，即為該溫度下液體的飽和蒸汽壓。圖1 純液體飽和蒸汽壓測定裝置圖1-盛水大燒杯；2-溫度計（分度值為0.1）；3-攪拌；4-平衡管；5-冷凝管；6-開口U形水銀壓力計；7-具有保護罩的緩沖瓶；8-進氣活塞；9-抽氣活塞；10-放

5、空活塞；11-安全瓶；12、13-橡皮管；14-三通活塞六、實驗步驟：1. 熟悉實驗裝置，掌握真空泵的正確使用，了解系統(tǒng)各部分及活塞的作用，讀當日大氣壓。2. 取下平衡管4，洗凈、烘干，裝入待測液。使A球內(nèi)有2/3體積的液體。并在B，C管中也加入適量液體，將平衡管接在冷凝管的下端。平衡管中液體的裝法有兩種：一是把A管烘烤，趕走空氣，迅速在C管中加入液體，冷卻A管，把液體吸入。二是將C管中加入液體，將平衡管與一水泵相連接，抽氣，并突然與水泵斷開，讓C管的水流入A管。3. 系統(tǒng)檢漏：管閉活塞8和9，將三通活塞14旋轉(zhuǎn)至與大氣相通，關(guān)閉活塞10，插上真空泵電源，啟動真空泵，將活塞14再轉(zhuǎn)至與安全瓶1

6、1相通，抽氣5分鐘，再將活塞14旋至與大氣相通，拔掉真空泵電源，停止抽氣。這樣做是為了防止真空泵油倒吸。用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的真空度，使U形壓力計兩臂水銀柱高低差為2040毫米，關(guān)閉活塞9。仔細觀察壓力計兩臂的高度，在10分鐘內(nèi)不變化，證明不漏氣，可開始做實驗。否則應該認真檢查各接口，直到不漏氣為止。4. 不同溫度下液體飽和蒸汽壓的測定：A. 將平衡管浸入盛有蒸餾水的大燒杯中，并使其全部浸沒在液體中。插上電爐加熱，同時開冷卻水，開啟攪拌馬達，使水浴中的水溫度均勻。B. 關(guān)閉活塞9，使活塞8與大氣相通。此時平衡管，壓力計，緩沖瓶處于開放狀態(tài)。將活塞14通大氣，插真空泵電源抽氣，把活塞14旋轉(zhuǎn)至與安

7、全瓶相通，抽5分鐘，再將活塞14通大氣。拔下電源，此時安全瓶內(nèi)為負壓，待用。C. 隨著水浴中液體的溫度的不斷升高，A球上面的待測液體的蒸汽壓逐漸增加，使C管中逐漸有氣泡逸出。本實驗所測的液體為純凈的水，所以待測水浴中的水沸騰后仍需繼續(xù)煮沸5-10分鐘，把A球中的空氣充分趕凈，使待測水上面全部為純液體的蒸汽。停止加熱，讓水浴溫度在攪拌中緩緩下降，C管中的氣泡逐漸減少直至消失，液面開始下降，B管液面開始上升，認真注視兩管液面，一旦處于同一水平，立即讀取此時的溫度。這個溫度便是實驗大氣壓條件下液體的沸點。D. 關(guān)閉活塞8，用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶7中的真空度，從而降低平衡管上端的外壓，U形壓力計兩水銀柱相

8、差約40mm左右，這時A管中的待測液又開始沸騰，C管中的液面高于B管的液面，并有氣泡很快逸出，隨著溫度的不斷下降，氣泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C兩管液面相平時，說明A、B之間的蒸汽壓與外壓相等。立即記下此時的溫度和U形壓力計上的讀數(shù)。此時的溫度即外壓為大氣壓減去兩汞柱差的情況下液體的沸點。繼續(xù)用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的壓力，體系產(chǎn)生新的沸騰，再次測量蒸汽壓與外壓平衡時的溫度，反復多次，約10個點。溫度控制在80C以上，壓差計的水銀柱相差約400mm左右為止。為了測量的準確性，可將緩沖瓶放空，重新加熱，按上述步驟繼續(xù)重復測量兩次。實驗結(jié)束時，再讀取大氣壓，把兩次記錄的值取平均。七、實驗注意事項：1. 平衡管A管和B管之間的空氣必須趕凈。2. 抽氣和放氣的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。3. 讀數(shù)時應同時讀取溫度和壓差。4、使用真空泵時的注意事項使用真空泵時，特別是關(guān)真空泵時，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保證真空泵的出口連通大氣時才能關(guān)真空泵。就本實驗而言，要保證大真空瓶上的三通活塞處于“”狀態(tài)時才能切斷真空泵的電源。八、數(shù)據(jù)記錄及處理：1. 自行