飽和蒸氣壓的測定20150918

1、純液體飽和蒸氣壓的測定 一、實驗目的及要求二、實驗原理 三、儀器和試劑四、實驗步驟五、數(shù)據(jù)記錄與處理六、 實驗注意事項七、思考題八、附錄1 真空泵一、實驗目的及要求1.學習靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓。2.用數(shù)字壓力計測定不同溫度下水的飽和蒸氣壓。3.使用克勞修斯克拉佩龍關系式計算水的汽化熱。4.掌握氣壓計、數(shù)字壓力計和真空泵的使用方法。5.學習用origin7.5處理實驗數(shù)據(jù)。二、實驗原理 在一定溫度下與液體處于平衡狀態(tài)時蒸氣的壓力稱為該溫在一定溫度下與液體處于平衡狀態(tài)時蒸氣的壓力稱為該溫度下液體的度下液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓。密閉于真空容器中的液體，在某一溫度下有動能較大的密閉于真空容器中的

2、液體，在某一溫度下有動能較大的分子從液相跑到氣相，也有動能較小的分子由氣相碰回液相。分子從液相跑到氣相，也有動能較小的分子由氣相碰回液相。當二者的速率相等時，就達到了動態(tài)平衡，氣相中的蒸氣密度當二者的速率相等時，就達到了動態(tài)平衡，氣相中的蒸氣密度不再改變，因而有一定的飽和蒸氣。不再改變，因而有一定的飽和蒸氣。液體的蒸氣壓是隨溫度而改變的，當溫度升高時有更多的液體的蒸氣壓是隨溫度而改變的，當溫度升高時有更多的高動能的分子能夠由液面逸出，因而蒸氣壓增大。當蒸氣壓與高動能的分子能夠由液面逸出，因而蒸氣壓增大。當蒸氣壓與外界壓力相等時，液體便沸騰。外界壓力相等時，液體便沸騰。外壓不同時液體的沸點也就不

3、同。我們把外壓為外壓不同時液體的沸點也就不同。我們把外壓為101.325101.325kPakPa時的沸騰溫度定義為液體的時的沸騰溫度定義為液體的正常沸點正常沸點。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關系可用克勞修斯一克拉貝龍液體的飽和蒸氣壓與溫度的關系可用克勞修斯一克拉貝龍方程式表示；方程式表示； （1 1）2*)/ln(RTHdTkPapdmvap式中：式中：p p為液體在溫度為液體在溫度T T時的飽和蒸氣壓；時的飽和蒸氣壓；T T為熱力學溫度；為熱力學溫度；為液體摩爾氣化熱（為液體摩爾氣化熱（J.molJ.mol-1-1）；）；在溫度較小的變化范圍內(nèi)，在溫度較小的變化范圍內(nèi)， 可視為常數(shù)，可視為常數(shù)

4、，積分（積分（1 1）式可得：）式可得： （2 2）由（由（2）式可知，若用）式可知，若用lnp對對1/T作圖應得一直線，斜率作圖應得一直線，斜率m為為 ； （3 3） 或或 (4)mvapHmvapHBTRHpmvap1lnRHmmvapRmHmvap測定液體飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種：測定液體飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種：1 1飽和氣流法飽和氣流法在一定溫度和壓力下通過一定體積已被待測液體所飽和的氣流，用某物在一定溫度和壓力下通過一定體積已被待測液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的重量，便可計算蒸氣的分壓，這個分質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的重量，便可計算蒸

5、氣的分壓，這個分壓就是該溫度下被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液壓就是該溫度下被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。體。 2靜態(tài)法靜態(tài)法 在某一溫度下將被測液體放在一個密閉的體系中，直接測量其飽和蒸氣在某一溫度下將被測液體放在一個密閉的體系中，直接測量其飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。3動態(tài)法動態(tài)法 利用當液體的蒸氣壓與外壓相等時液體沸騰的原理，測定液體在不同利用當液體的蒸氣壓與外壓相等時液體沸騰的原理，測定液體在不同外壓時的沸點就可求出不同溫度下的蒸氣壓。外壓時的沸點就可求出不同溫度下的蒸氣壓。 這些方法

6、中以靜態(tài)法準確性較高，即使蒸氣壓只有這些方法中以靜態(tài)法準確性較高，即使蒸氣壓只有1333Pa(10mmHg)左右也可測定。靜態(tài)法以等位計的兩臂液面等高來觀察平衡較靈敏。對左右也可測定。靜態(tài)法以等位計的兩臂液面等高來觀察平衡較靈敏。對較高溫度下的蒸氣壓測定，由于溫度難以控制而準確度較差。動態(tài)法的較高溫度下的蒸氣壓測定，由于溫度難以控制而準確度較差。動態(tài)法的優(yōu)點是對溫度的控制要求不高，對于沸點低于優(yōu)點是對溫度的控制要求不高，對于沸點低于100的液體，如四氮化碳、的液體，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可達到一定的精確度。飽和氣流法不丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可達到一定的精確度。飽和氣

7、流法不僅可測液體的飽和蒸氣壓，亦可測定固態(tài)易揮發(fā)物質(zhì)，如碘的蒸氣壓。僅可測液體的飽和蒸氣壓，亦可測定固態(tài)易揮發(fā)物質(zhì)，如碘的蒸氣壓。它的缺點是通常不易達到真正的飽和狀態(tài)，因此實測值偏低。故這種方它的缺點是通常不易達到真正的飽和狀態(tài)，因此實測值偏低。故這種方法通常只用來求溶液蒸氣壓的相對降低。法通常只用來求溶液蒸氣壓的相對降低。三、儀器和試劑如圖1裝置一套：包括玻璃恒溫槽1套，冷阱1個，數(shù)字精密壓力計1臺，真空泵及附件1套。圖圖1靜態(tài)法液體飽和蒸氣壓測定裝置靜態(tài)法液體飽和蒸氣壓測定裝置四、實驗步驟1 1. 圖圖1安裝好實驗裝置安裝好實驗裝置2. 精密數(shù)字壓力計調(diào)試精密數(shù)字壓力計調(diào)試通電預熱精密數(shù)字

8、壓力計通電預熱精密數(shù)字壓力計10min左右，選擇左右，選擇kPa為單位，且在系統(tǒng)為單位，且在系統(tǒng)通大氣的情況下，調(diào)零。通大氣的情況下，調(diào)零。3. .裝樣：裝樣： 將蒸餾水從加樣口注入，關閉平衡閥將蒸餾水從加樣口注入，關閉平衡閥1，打開進氣閥和平衡閥，打開進氣閥和平衡閥2，啟，啟動真空泵抽氣至壓力計讀數(shù)為動真空泵抽氣至壓力計讀數(shù)為-50 kPa時停止抽氣，關閉平衡閥時停止抽氣，關閉平衡閥2，打開，打開平衡閥平衡閥1，使乙醇沖入試樣球，使乙醇沖入試樣球A。如此反復操作，使乙醇充滿試樣球如此反復操作，使乙醇充滿試樣球A 2/3及液封及液封U型管體積的型管體積的1/2。4.檢漏檢漏:開啟冷卻水，接通電

9、源，使真空泵正常運轉(zhuǎn)開啟冷卻水，接通電源，使真空泵正常運轉(zhuǎn)2 2minmin，關閉平衡閥關閉平衡閥1 1，打開進氣閥和平衡閥，打開進氣閥和平衡閥2 2抽氣，使系統(tǒng)減壓至壓力計讀數(shù)為抽氣，使系統(tǒng)減壓至壓力計讀數(shù)為-50kPa后停止后停止抽氣，關閉進氣閥和平衡閥抽氣，關閉進氣閥和平衡閥2 2。此時系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。若壓力計數(shù)值下此時系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。若壓力計數(shù)值下降在標準范圍內(nèi)（降在標準范圍內(nèi)（0.010.01kPa/4skPa/4s）即為正常。否則應檢查原因，設法消除，即為正常。否則應檢查原因，設法消除，至不漏氣為止。至不漏氣為止。 5. 5.測定測定: :開啟冷卻水，調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度稍高于室溫

10、（如開啟冷卻水，調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度稍高于室溫（如2 255）作為實驗起）作為實驗起始溫度，通電加熱，始溫度，通電加熱，A A 球內(nèi)蒸餾水的溫度隨水浴的溫度升高而升高。同時球內(nèi)蒸餾水的溫度隨水浴的溫度升高而升高。同時開啟真空泵緩緩抽氣，使開啟真空泵緩緩抽氣，使A A球內(nèi)氣體呈球內(nèi)氣體呈氣泡一個一個氣泡一個一個地通過液封地通過液封U U管（管（切忌切忌抽氣太快抽氣太快）排出。緩緩抽氣數(shù)分鐘后）排出。緩緩抽氣數(shù)分鐘后( (注意勿使液體沸騰過猛注意勿使液體沸騰過猛) ) ，使壓力計，使壓力計讀數(shù)約為讀數(shù)約為-98-98kPakPa左右，關閉進氣閥，使真空泵與大氣相通，停止抽氣。然左右，關閉進氣閥，使真空

11、泵與大氣相通，停止抽氣。然后微微調(diào)節(jié)平衡閥后微微調(diào)節(jié)平衡閥1 1，使，使U U型管型管兩液面等高兩液面等高為止（為止（謹防空氣倒灌入謹防空氣倒灌入A A球球），記），記下恒溫槽溫度和壓力計讀數(shù)。下恒溫槽溫度和壓力計讀數(shù)。如此重復操作兩次，若連續(xù)兩次測得的數(shù)值相等，則可認為A、B管中的空氣已排凈。記下此時壓力計讀數(shù)，同時從氣壓計上讀取并記下室溫和大氣壓。用當天大氣壓平均值減去表壓絕對值(p水=p大-p表)，即為設定溫度下水的飽和蒸氣壓。用上述方法，沿升溫方向每隔35測定一組設定溫度下的數(shù)值。實驗完畢，停止加熱，緩緩打開平衡閥1和進氣閥，待系統(tǒng)處于常壓時，關閉氣壓計電源，最后關閉冷卻水，復原。五、

12、數(shù)據(jù)記錄與處理1 1數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄被測液體：乙醇被測液體：乙醇 室溫：室溫：22.2 大氣壓：開始讀數(shù)大氣壓：開始讀數(shù) kPa 結束讀數(shù)結束讀數(shù) kPa 平均值平均值 kPa溫度溫度t/T/K1/T(K-1)壓力計讀數(shù)壓力計讀數(shù)p/kPa乙醇的蒸汽壓乙醇的蒸汽壓p/kPalnp24297.20.00336-97.828301.20.00332-97.02 2用用origin繪制繪制lnp-1/T圖，求斜率圖，求斜率 m3 3 由由m求求4 4求水的正常沸點。求水的正常沸點。 本實驗也可以測定其他各種純液體，如乙醇、丙酮等的蒸氣壓和平均本實驗也可以測定其他各種純液體，如乙醇、丙酮等的蒸氣壓和平

13、均摩爾汽化熱。摩爾汽化熱。mvapH溫度( )壓力示數(shù)均值（ ）溫度（ ）液體飽和蒸汽壓（ ）1/T20.3 -95.25 293.456.95 8.84650 0.00341 25.4 -93.71 298.55 8.50 9.04723 0.00335 30.5 -91.42 303.65 10.78 9.28545 0.00329 35.6 -87.80 308.75 14.40 9.57498 0.00324 40.5 -83.84 313.65 18.36 9.81793 0.00319 oCakPKakPln P0.00320.00330.00348.59.09.510.02013

14、/11/3 14:08:20ln p1/TY= -4487.33435X+24.10257Y= -4487.33435X+24.10257 R R2 2=0.9914=0.9914ln pln p1/T1/T【實驗數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄與處理】實驗相關物理量數(shù)據(jù)的處理實驗相關物理量數(shù)據(jù)的處理作作ln p1/T的函數(shù)關系圖，求外壓為的函數(shù)關系圖，求外壓為102.02Kpa條件下乙醇的沸點條件下乙醇的沸點 標準大氣壓為 Pa，則 ln p 代入y = -ax + b得： 解得：1/T x 2.800110-3 K-1 乙醇的正常沸點為：T357.130K. (t=83.980)根據(jù)根據(jù)l n

15、p1/T直線的斜率，求乙醇在實驗溫度區(qū)內(nèi)的平均摩爾汽化熱直線的斜率，求乙醇在實驗溫度區(qū)內(nèi)的平均摩爾汽化熱vapHm vapHmRm8.314(37307.69)37.30769 kJ/mol數(shù)據(jù)誤差分析數(shù)據(jù)誤差分析： a.通過查閱附錄，得到乙醇的平均摩爾汽化熱參考值 142.59vapmHkJ mol0.12402759.42590.4237.307690725. 030.78)30.78980.83(1實驗所得乙醇的平均摩爾汽化熱相對誤差 1atm78.30otCb.通過查閱附錄，得到乙醇在 下的沸點實驗所得乙醇的T的相對誤差：六、 實驗注意事項 1.整個實驗過程中，應保持等位計整個實驗過程

16、中，應保持等位計AB液面間的空氣排凈。液面間的空氣排凈。 2.抽氣的速度要合適，必須防止等位計內(nèi)的液體沸騰過劇。抽氣的速度要合適，必須防止等位計內(nèi)的液體沸騰過劇。 3.因為蒸氣壓和溫度有關，在測定過程中應控制恒溫槽的溫度波動為因為蒸氣壓和溫度有關，在測定過程中應控制恒溫槽的溫度波動為 0.1 。 4. 實驗過程中需防止實驗過程中需防止U型管內(nèi)的液體回流入型管內(nèi)的液體回流入A球內(nèi)，帶入空氣，影響球內(nèi)，帶入空氣，影響實驗結果。實驗結果。 七、思考題1 1所測量儀器的精確度是多少？估計最后氣化熱的有效數(shù)字。所測量儀器的精確度是多少？估計最后氣化熱的有效數(shù)字。2 2如何獲得較準確的實驗結果？如何獲得較

17、準確的實驗結果？3 3克勞修斯克勞修斯克拉佩龍關系式在什么條件下才能應用克拉佩龍關系式在什么條件下才能應用？為什么本實驗測？為什么本實驗測得的只是平均氣化熱？得的只是平均氣化熱？4. 4. 如何判斷如何判斷AB液面間的空氣已排凈？液面間的空氣已排凈？八、附錄1 真空泵真空是指壓力小于一個大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程真空是指壓力小于一個大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，常以壓強值表示，習慣上稱作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空度，常以壓強值表示，習慣上稱作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空間具有不同的分子密度。間具有不同的分子密度。在現(xiàn)行的國際單位制（在現(xiàn)行的國際單位制（

18、SISI）中，真空度的單位與壓強的單位均為帕斯中，真空度的單位與壓強的單位均為帕斯卡（卡（PascaPasca），），簡稱帕，符號為簡稱帕，符號為PaPa。在物理化學實驗中，通常按真空度的獲得和測量方法的不同，將真空在物理化學實驗中，通常按真空度的獲得和測量方法的不同，將真空區(qū)域劃分為區(qū)域劃分為: :粗真空粗真空(101325(101325PaPa1333Pa);1333Pa);低真空低真空(1333(1333PaPa0.1333Pa);0.1333Pa);高高真空真空(0.1333(0.1333PaPa1.3331.3331010-6-6Pa)Pa)；超高真空超高真空( 1.333( 1.3

19、331010-6-6Pa )Pa )。為了獲為了獲得真空，就必須設法將氣體分子從容器中抽出。凡是能從容器中抽出氣體得真空，就必須設法將氣體分子從容器中抽出。凡是能從容器中抽出氣體，使氣體壓力降低的裝置，均可稱為真空泵。，使氣體壓力降低的裝置，均可稱為真空泵。如水流泵、機械真空泵、油泵、擴散泵、吸附泵、鈦泵等等。如水流泵、機械真空泵、油泵、擴散泵、吸附泵、鈦泵等等。圖圖2 2 旋片式真空泵旋片式真空泵1.1.進氣嘴進氣嘴;2.;2.旋片彈簧旋片彈簧;3.;3.旋片旋片; ;4.4.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子;5.;5.泵體泵體;6.;6.油箱油箱; ;7.7.真空泵油真空泵油;8-;8-排氣嘴。排氣嘴。 它主要由

20、泵體和偏心轉(zhuǎn)子組成。它主要由泵體和偏心轉(zhuǎn)子組成。經(jīng)過精密加工的經(jīng)過精密加工的偏心轉(zhuǎn)子下面安裝偏心轉(zhuǎn)子下面安裝有帶彈簧的滑片，由電動機帶動，偏心轉(zhuǎn)子有帶彈簧的滑片，由電動機帶動，偏心轉(zhuǎn)子緊貼泵腔壁旋轉(zhuǎn)?；繌椈傻膲毫σ簿o貼緊貼泵腔壁旋轉(zhuǎn)。滑片靠彈簧的壓力也緊貼泵腔壁?；诒们恢羞B續(xù)運轉(zhuǎn)，使泵腔被泵腔壁?；诒们恢羞B續(xù)運轉(zhuǎn)，使泵腔被滑片分成的兩個不同的容積呈周期性的擴大滑片分成的兩個不同的容積呈周期性的擴大和縮小。氣體從進氣嘴進入，被壓縮后經(jīng)過和縮小。氣體從進氣嘴進入，被壓縮后經(jīng)過排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復，將系統(tǒng)排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復，將系統(tǒng)內(nèi)的壓力減小。內(nèi)的壓力減小。 實驗室

21、常用的真空泵為旋片式真空泵實驗室常用的真空泵為旋片式真空泵旋片式機械泵的整個機件浸在真空油中，這種油的蒸氣壓很低，既可旋片式機械泵的整個機件浸在真空油中，這種油的蒸氣壓很低，既可起潤滑作用，又可起封閉微小的漏氣和冷卻機件的作用。起潤滑作用，又可起封閉微小的漏氣和冷卻機件的作用。在使用機械泵時應注意以下幾點在使用機械泵時應注意以下幾點: :1.1.機械泵不能直接抽含可凝性氣體的蒸氣、揮發(fā)性液體等。因為這些機械泵不能直接抽含可凝性氣體的蒸氣、揮發(fā)性液體等。因為這些氣體進入泵后會破壞泵油的品質(zhì)，降低了油在泵內(nèi)的密封和潤滑作用，甚至氣體進入泵后會破壞泵油的品質(zhì)，降低了油在泵內(nèi)的密封和潤滑作用，甚至會導

22、致泵的機件生銹。因而必須在可凝氣體進泵前先通過純化裝置。會導致泵的機件生銹。因而必須在可凝氣體進泵前先通過純化裝置。例如，用無水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分例如，用無水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分; ;用石蠟吸收有用石蠟吸收有機蒸氣機蒸氣; ;用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。2.2.機械泵不能用來抽含腐蝕性成分的氣體。如含氯化氫、氯氣、二氧化機械泵不能用來抽含腐蝕性成分的氣體。如含氯化氫、氯氣、二氧化氮等的氣體。因這類氣體能迅速侵蝕泵中精密加工的機件表面，使泵漏氣，氮等的氣體。因這類氣體能迅速侵蝕泵中精密加工的機件表面，使泵漏氣，不能達到所要求的真空

23、度。遇到這種情況時，應當使氣體在進泵前先通過裝不能達到所要求的真空度。遇到這種情況時，應當使氣體在進泵前先通過裝有氫氧化鈉固體的吸收瓶，以除去有害氣體。有氫氧化鈉固體的吸收瓶，以除去有害氣體。3.3.機械泵由電動機帶動。使用時應注意電動機的電壓。若是三相電動機機械泵由電動機帶動。使用時應注意電動機的電壓。若是三相電動機帶動的泵，第一次使用時特別要注意三相電動機旋轉(zhuǎn)方向是否正確。正常運帶動的泵，第一次使用時特別要注意三相電動機旋轉(zhuǎn)方向是否正確。正常運轉(zhuǎn)時不應有摩擦、金屬碰擊等異聲。運轉(zhuǎn)時電動機溫度不能超過轉(zhuǎn)時不應有摩擦、金屬碰擊等異聲。運轉(zhuǎn)時電動機溫度不能超過50 50 60 60 。4.4.機械泵的進氣口前應安裝一個三通活塞。停止抽氣時應使機械泵與抽機械泵的進氣口前應安裝一個三通活塞。停止抽氣時應使機械泵與抽空系統(tǒng)隔開而與大氣相通，然后再關閉電源。這樣既可保持系統(tǒng)的真空度，空系統(tǒng)隔開而與大氣相通，然后再關閉電源。這樣既可保