純液體飽和蒸汽壓的測定——靜態(tài)法(華南師范大學物化實驗)范文

1、華南師范大學實驗報告純液體飽和蒸汽壓的測定靜態(tài)法一、實驗目的(1)理解克勞修斯-克拉貝龍方程，掌握飽和蒸汽壓的概念，清楚純液體飽和蒸 汽壓與溫度的關系。(2)學會用靜態(tài)法測定純液體飽和蒸汽壓，掌握其原理和方法，并懂得用圖解 法求純液體的平均摩爾汽化熱和正常沸點。(3)學會使用數(shù)字式真空測定儀和氣壓計。二、實驗原理飽和蒸汽壓與溫度的關系純液體的飽和蒸汽壓指的是在一定的溫度條件下，純液體與其自身的蒸汽達 到平衡時的蒸汽壓力。我們將蒸汽看做理想氣體，那么可用克勞修斯-克拉貝龍方 程式表示飽和蒸汽壓與溫度的關系：dlnp AvapHmr= RT2 式中，T為熱力學溫度，單位為K； p為純液體在溫度T時

2、的飽和蒸汽壓, 單位為Pa； AvapHm為純液體在溫度T時的摩爾汽化熱，單位為j/mol； R為摩爾 氣體常數(shù),其值為8.314J/(mol K)。在4070范圍內，我們可以把AvapHm看做常數(shù)，將式積分可得_ AapHm 1Inp =-R-x-+ c用Inp對1/T作圖，得到一條直線，斜率為-vapHm那么可得AvapHm=-Rm因此當測得一組不同溫度下純液體的飽和蒸汽壓值時，可求得該溫度范圍內 該純液體的平均摩爾汽化熱 vapHmo正常沸點當液體的飽和蒸汽壓等于外界壓力時，液體沸騰，此時的溫度即為該液體的 沸點。當外壓為latm (Pa)時，液體的沸點稱為正常沸點。靜態(tài)法測定純水的飽和

3、蒸汽壓原理如圖1的實驗裝置圖所示所示，等壓計由三個相連的玻璃管A、B、C組成, A中貯存的是本次實驗的待測液體純水，B管和C管那么用U形管連通。B、C管 內也裝有純水。測量時，當U形管兩邊的液面在同一水平面時，表示U形管兩邊上方的氣體壓力相等。A管中純水的飽和蒸汽壓即等于C管上面所加的外壓, 此時要迅速記錄下溫度和壓力。圖L液體飽和蒸汽壓測定裝置圖在測量前，我們在大氣壓條件下對儀器實施了置零操作，在測量時測壓儀所 顯示的示數(shù)為相對大氣壓的差值。因此，我們要用大氣壓值加上測壓儀的示數(shù)， 才可以得到對應溫度下的實際飽和蒸汽壓值。三、儀器與試劑實驗儀器液體蒸汽壓測定裝置1套真空泵1臺100水銀玻璃溫

4、度計 1根實驗試劑純水U!U!實驗步驟讀取大氣壓和室溫在實驗前記錄實驗室的室溫與大氣壓，完成實驗后再讀一次大氣壓，并做好 記錄。裝置儀器卸下等壓計，倒入少量純水，并使睡由管C流經U形管。管B、最后到達管 Ao不斷調整，知道管A中裝入羽體積的純水為止。接著把等壓計豎直，想管C 倒入純水，使U形管兩邊水面向平。把等壓計安裝好，檢查所有接口處要嚴密 不漏氣，啟動精密數(shù)字式壓力計，以mmHg作為測量單位，在大氣壓力下重置 儀器的零點。檢漏關閉直通活塞，隔絕大氣，啟動真空泵，慢慢旋轉三通活塞使系統(tǒng)與真空泵 連通。抽氣減壓至壓力計示數(shù)為-400mmHg時，關閉三通活塞，使系統(tǒng)與真空泵、 大氣均不連通。此時

5、觀察壓力計示數(shù)，假設壓力機在3-5分鐘內維持不變，那么系統(tǒng) 的氣密性良好。假設示數(shù)變化，那么說明系統(tǒng)漏氣，要找出漏氣原因，排除故障。排空氣翻開直通活塞，連通大氣，關閉三通活塞，接通回流水，并開始水浴加熱和 攪拌。設置水浴溫度升為40,到達既定溫度后，慢慢翻開三通活塞，使測壓 儀示數(shù)為-720mmHg左右。此時A、B管內的空氣會隨著氣泡逸出。持續(xù)35分 鐘后可認為排氣完全，隨即關閉三通活塞。不同溫度下純水飽和蒸汽壓的測定排氣操作后，由于管A內的蒸汽經B、C逸出，導致U形管的水面左邊高右 邊低。旋轉直通活塞，調節(jié)液面相平，迅速記下此時的壓力和溫度。設置水浴溫度為45,到達既定溫度后，調節(jié)U形管頁面

6、。液面相平時迅 速記錄溫度和壓力。重復上述操作，每隔5測量一組數(shù)據(jù)，直至水溫升至70C。最后翻開直通 活塞，關閉三通活塞，整理實驗儀器，關閉會流水、真空泵和電源。五、實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理壓力校正大氣壓的溫度影響校正公式為Po = ITP = P P3Po = ITP = P P31 + pt表1.相關參數(shù)說明物理量PoP大，較水銀柱在物理意義氣果十讀室溫臂間數(shù)的膨脹系數(shù)黃銅的線膨脹系數(shù)讀數(shù)校正到0時的氣壓值經溫度校正后的大氣壓值實驗前為業(yè)乙,士102.44KPa/數(shù)值 實驗后 20.09 C102.32KPao.o.實驗前為102.10KPa實驗后101.99KPa102.05KPa不同溫度下純

7、水飽和蒸汽壓記錄表2,不同溫度下純水飽和蒸汽壓值次序 溫度t/ 溫度T/K VT/K-1測壓儀測壓儀蒸汽壓示數(shù)示數(shù)/Pap/Pa nP/mmHg140.00313.150.-705.4-94045.38004.6618.988245.00318.150.-689.0-91858.910191.149.229349.99323.140.-668.8-89165.812884.259.464455.00328.150.-643.7-85819.416230.639.695559.98333.130.-612.5-81659.720390.289.923665.00338.150.-574.3-76

8、566.825483.1810.146769.98343.130.-528.1-70407.331642.6510.362(lmmHg=133.322Pa)53作lnpl/T圖，求純水的正常沸點圖2Jnp- 1/T圖 y= -4.9264 x + 24.7129R2 = 0.99991/T/ xlO K1標準壓力下，純水的飽和蒸汽壓等于標準壓力，p0=p飽和=101.325KPa,根據(jù) 直線方程，求得T=373.58K。即純水的正常沸點T正常=373.58K求平均摩爾汽化熱AvapHm根據(jù)圖2.所得的lnp-3/T曲線圖，直線的斜率m=-4.9264,根據(jù)式-vapHm_求得純水在實驗溫度區(qū)內

9、的平均摩爾汽化熱 vaPHm=40.96KJ/mol誤差分析實驗所得純水的正常沸點為T正常=373.58K,與文獻值T=373.15K相比，相對 誤差為0.12%。實驗求得純水在實驗溫度區(qū)內的平均摩爾汽化熱A vaPHm=40.96KJ/mol,與文 獻值40.63KJ/mol相比，相對誤差為0.81%。從以上數(shù)據(jù)來看，本次實驗所得的數(shù)據(jù)準確度較高。本實驗的誤差來源很多，包括測壓 儀和水浴裝置的精密度、系統(tǒng)氣密性、當?shù)卮髿鈮骸⑴袛嘁好媸欠裣嗥降臉藴?、液?相平時溫度和壓力數(shù)據(jù)的采集情況等。為了盡可能地減少誤差，首先我們采用了 精密數(shù)字壓力計和數(shù)字式溫度計，使用精密度較高的儀器，以及用讀數(shù)顯示輸

10、出 來代替人工讀數(shù)，很大程度上增加了實驗的準確性。第二，我們對系統(tǒng)的氣密性 進行了檢查，確保儀器正常無故障才開始實驗。第三，我們在實驗前和實驗后一 共讀取了兩次大氣壓值，并且根據(jù)實際溫度進行校正，取平均值。第四，至于判 斷液面相平和讀數(shù)，整個實驗過程中均由同一位同學負責，防止個體讀數(shù)差異。 把握讀數(shù)時間，在液面相平時，及時記下溫度和壓力。六、討論與思考實驗改進思考實驗過程中，需要反復調節(jié)直通活塞和三通活塞來調節(jié)U形管的液面相平, 此操作在實驗中耗費時間較多。實驗過程中就遇到因調節(jié)不慎，空氣倒灌的情況, 導致實驗失敗。在調節(jié)液面過程中，系統(tǒng)尚未充分恒溫并到達氣液平衡就匆忙讀 數(shù)記錄實驗數(shù)據(jù)。我們

11、可以考慮在U形管上標上刻度，方便判斷液面是否平衡?；蛘咧苯幼x 出U形管兩液面的高度，通過計算的方法求得飽和蒸汽壓。計算公式為P飽和二P壓力計+pg（hB-hc）參考相關文獻，有研究者提出使用單液管裝置，通過管內液體高度修正數(shù)字 壓力表讀數(shù)得到純水的飽和蒸汽壓。實驗思考題（1）什么是液體的飽和蒸汽壓？什么叫正常沸點？液體的沸點與外壓有何關 系？在一定溫度下，純液體與其自身的蒸汽到達氣壓平衡時，蒸汽的壓力成為該 溫度下的該液體的飽和蒸汽壓。而當液體的飽和蒸汽壓等于外界壓力時丁液體沸 騰，此時的溫度即為該液體的沸點。當外壓為latm （Pa）時，液體的沸點稱為 正常沸點。液體的沸點跟外部壓強有關。當

12、液體所受的壓強增大時，它的沸點升 高；壓強減小時；沸點降低。（2）本實驗方法能否用于測定溶液的蒸汽壓？為什么？本實驗方法只能用于測定純液體的蒸汽壓，純液體有恒定的沸點，實驗過程 中容易判斷是否到達沸騰狀態(tài)。而溶液為混合物，不一定有恒定的沸點，難以測 定出溶液的蒸汽壓。（3）等壓計U形管中的液體起到什么作用？冷凝器起什么作用？U型管液面相平時，表示兩側壓力相等。U形管兩側分別連接待測液體（純 水）以及壓力計，那么我們通過壓力計的讀數(shù)就可以求得某一溫度下對應的飽和 蒸汽壓。冷凝器起到了冷凝回流的作用。U形管內的水并不多，該實驗又必須在水沸 騰的狀態(tài)下進行，如果不將蒸發(fā)的水蒸氣冷凝回U形管，里面的水

13、很快就會完 全蒸發(fā)，實驗難以進行。（4）怎樣從數(shù)字式低真空測壓儀的示數(shù)得到純液體的飽和蒸汽壓？在測量前，我們在大氣壓條件下對儀器實施了置零操作，在測量時測壓儀 所顯示的示數(shù)為相對大氣壓的差值。因此，我們要用大氣壓值加上測壓儀的示 數(shù)，才可以得到對應溫度下的實際飽和蒸汽壓值。（5）能否在加熱情況下檢查是否漏氣？我們是在使系統(tǒng)與真空泵和大氣均不相通的情況下，觀察壓力計的示數(shù)是否 變化，如果在35min內示數(shù)穩(wěn)定，那么系統(tǒng)氣密性良好。但溫度的改變，會導致 純水外表上的蒸汽壓的改變，此時測壓儀的示數(shù)將有變化。(6)實驗過程中為什么要防止空氣倒灌？我們的目的是要測量純液體的飽和蒸汽壓，即要保證純水外表的空間全部被 液體蒸汽所充滿。假假設空氣倒灌，空氣混在液體蒸汽里頭，所測出來的數(shù)值就不 是液體的蒸汽壓。(7)實驗時抽氣和漏入空氣的速度應如何控制？為什么？抽氣和漏入空氣的速度一定不能夠過快，稍微旋開活塞即可。假假設抽氣過快, 可能導致U形管里面的水被抽走；假假設漏入空氣過快，那么可能導致空氣倒灌。(8)實驗時大燒杯中的水為什么一定要淹沒等壓計球A和球B間的U形管？U形管內的水是跟本次測定的純液體相連通的，要保證他們在同一個系統(tǒng)里 面，保持溫度相同，才可