乙醇飽和蒸汽壓的測定

液體飽和蒸氣壓的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?要求)掌握等壓管測定液體飽和蒸氣壓的原理和方法。了解蒸氣壓的概念和影響因素。學(xué)會(huì)應(yīng)用克－克方程，求得乙醇的摩爾氣化熱。學(xué)會(huì)溫度計(jì)露出校正方法。實(shí)驗(yàn)原理(概要)在一定溫度下，純液體與其蒸氣達(dá)到相平衡狀態(tài)時(shí)的壓力，稱為該液體在此溫度下的飽和蒸氣壓。液體的飽和蒸氣壓與液體的本性及溫度等因素有關(guān)，純液體飽和蒸氣壓隨溫度上升而增加。根據(jù)熱力學(xué)理論可以導(dǎo)出飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系式，此式稱克拉貝龍－克勞修斯方程，簡稱克－克方程。其微分式如下：dlnpAH（S20-1）（S20-1）dTRT2式中p為純液體飽和蒸氣壓，T為絕對(duì)溫度，△"""m為液體的摩爾氣化熱，R為通用氣體常數(shù)。當(dāng)上述各物理量用SI制單位時(shí)，R=8.314Jomol-icK-io在一定外壓下，純液體與其蒸氣達(dá)到氣液平衡時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)。因此，克-克方程也表示純液體的外壓p與沸點(diǎn)T的關(guān)系。在101325Pa的外壓下，純液體的沸點(diǎn)稱為正常沸點(diǎn)。純液體的氣化熱隨溫度上升而降低。通常溫度下，氣化熱隨溫度變化較小，在臨界溫度附近，氣化熱急劇下降。在臨界溫度時(shí)，純物質(zhì)氣化熱為零。當(dāng)遠(yuǎn)離臨界溫度，而且溫度變化較小時(shí)，氣化熱△"""m可視為常數(shù)。對(duì)式(S20-1)不定積分，得：（S20-2）AH1（S20-2）lnP=--vap_m-?—+CRT式中，C為不定積分常數(shù)。由此式可知，lnp與1/T成直線關(guān)系。以inp與1/T的實(shí)驗(yàn)值作圖，應(yīng)得直線，若直線斜率為m,貝U：（S20-3）△vapHm=-mR

此△."m為實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱。（S20-3）根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)，液體氣化熱與溫度的關(guān)系式為：SAH(—vapm)=C(g)一C(l)(S20-4)STp,mp,m式中，Cpm(g)及Cpm(l)分別為純物質(zhì)飽和蒸氣及飽和液體的恒壓摩爾熱容。如果此熱容差與溫度成直線關(guān)系，Cpm(g)—Cpm(l)=△a+△bT,則代入式化20-4),可積分得氣化熱與溫度需關(guān)系式如下：AbAH=AH+AaT+——T2(S20—5)vapm02式中△HQ,△a及4b均為常數(shù)。將式(S20—5)代入式仆20—1)進(jìn)行不定積分，得：AH1AaAblnp=A-o?+——lnT+——T(S20-6)RTR2R式中A為不定積分常數(shù)，合并常數(shù)得：1np=A+BT-1+C1nT+DT(S20—7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得不同溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓p，按最小二乘法可求出式(S20—7)中各常數(shù)A、B、C、D。根據(jù)式(S20—6)中各常數(shù)與式(S20—7)中各常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可求得氣化熱與溫度關(guān)系式為：△vapHm=—BR+CRT+DRT2熱容差與溫度的關(guān)系式為：Cp,m(g)-Cp,m(l)=CR+2DRTP外=大氣精密溫度計(jì)圖S20—1等壓管不意圖本實(shí)驗(yàn)采用等壓管法測定乙醇的蒸氣壓。等壓管如圖S20—1所示。在管a處裝有乙醇，其上方為乙醇蒸氣和空氣。如在管b中氣相為純乙醇蒸氣，具有實(shí)驗(yàn)溫度下的飽和蒸氣壓，液體乙醇與管a相通。當(dāng)改變圖S20—1中P外，使管a、b中的液面相平時(shí)，乙醇的飽和蒸氣壓p*和等壓管外的壓力P外相等，p*=?外。如用水銀壓差計(jì)測量P外，則式中pP外=大氣精密溫度計(jì)圖S20—1等壓管不意圖p*=P大氣—Ph（S20-10）實(shí)驗(yàn)操作過程概述.將洗凈烘干的等壓管a、b處各裝入適量的無水乙醇。將管b放入管a中，注意勿使空氣進(jìn)入管b。.裝好等壓管，打開通入冷凝器3的冷卻水。檢查好管線后啟動(dòng)真空泵，轉(zhuǎn)動(dòng)考克10，使真空泵接通裝置。當(dāng)U型壓差計(jì)上汞高差達(dá)600mm左右時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)考克10，使真空泵接通大氣并隔絕裝置，停止真空泵。檢查系統(tǒng)真空度是否穩(wěn)定。若一分鐘內(nèi)水銀面變化小于1mm，可認(rèn)為系統(tǒng)不漏氣，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果真空度下降較快，說明系統(tǒng)漏氣。要檢查系統(tǒng)的漏氣位置，進(jìn)行處理后，重新試漏。.啟動(dòng)真空泵，接通裝置，使等壓管a內(nèi)不斷有氣泡冒出（此時(shí)壓差計(jì)上水銀柱差為700mm左右）。轉(zhuǎn)動(dòng)考克10，切斷系統(tǒng)，把真空泵通大氣，然后停泵。管b內(nèi)乙醇仍不斷氣化，乙醇蒸氣帶著b管中的空氣冒出。排氣3—5分鐘，管b處的空氣基本排凈。上述趕空氣過程需在水浴溫度為25℃左右時(shí)進(jìn)行。溫度太低，可先升溫至此溫度。啟動(dòng)恒溫槽攪拌器、電子繼電器及電加熱器，調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至30.0℃。此步可與上步試漏同時(shí)進(jìn)行。把手指堵在進(jìn)氣口上，打開考克9，慢慢放入空氣，使管b液面逐漸下降，當(dāng)?shù)葔汗躡和a內(nèi)液面相平時(shí)，記下精密溫度計(jì)讀數(shù)T和輔助溫度計(jì)讀數(shù)Ts及壓差計(jì)讀數(shù)，同時(shí)記下精密溫度計(jì)水銀柱露出水面部分溫度示值n（不作溫度計(jì)露出校正時(shí)，可不記Ts及n）。升高恒溫槽溫度，每隔5℃重復(fù)步驟4，測定蒸氣壓。測完70.0℃蒸氣壓后，再測乙醇在常壓下的沸點(diǎn)（即飽和蒸氣壓等于實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓力的溫度）。在實(shí)驗(yàn)過程中，隨水浴溫度升高，要移動(dòng)輔助溫度計(jì)，使其水銀球位于精密溫度計(jì)露出水面的水銀柱中部。實(shí)驗(yàn)過程中要保持等壓管全部浸沒于水浴中。實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)各讀取大氣壓一次（大氣壓力計(jì)使用方法見第三章大氣壓力計(jì)部分），取平均值。實(shí)驗(yàn)完畢，切斷電源，關(guān)閉冷卻水。實(shí)驗(yàn)過程記錄實(shí)驗(yàn)儀器及試劑（包括試劑等級(jí)，儀器、裝置型號(hào)及編號(hào)）儀器：飽和蒸汽壓測定裝置藥品：無水乙醇（AR）。實(shí)驗(yàn)過程記錄及處理結(jié)果室溫1大氣壓口溫度計(jì)浸入部分溫度讀數(shù)0~50:-4.250~100:46實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄：實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理作圖T/CTs/CDP/kPaDT/CT+DTp*/kPa1/(T/C)1/((T+DT)/C)lnp*/kPa21.1020.00-92.180.00445321.109.450.0033980.0033982.24601521.0019.00-94.310.00806421.017.320.00340.00341.9906125.0019.50-92.670.02569625.038.960.0033540.0033542.1927731.0120.00-89.230.06202631.0712.400.0032880.0032872.51769634.3020.00-87.550.08808834.3914.080.0032530.0032522.64475538.4220.00-84.410.1256138.5517.220.003210.0032082.84607145.4020.00-77.600.20157445.6024.030.0031390.0031373.17930348.3520.00-73.880.23836748.5927.750.003110.0031083.32323654.4027.00-64.210.03682654.4437.420.0030530.0030533.62220559.6226.00-55.060.07326559.6946.570.0030050.0030043.84095762.5025.00-49.500.09962.6052.130.0029790.0029783.95374166.7524.50-36.940.1402766.8964.690.0029420.0029414.16960772.2024.00-20.120.20205472.4081.510.0028960.0028944.40072673.7024.00-17.700.2202773.9283.930.0028830.0028814.42998377.5425.00-2.730.26513877.8198.900.0028520.0028494.59410977.9524.500.000.27323678.22101.630.0028480.0028464.621339實(shí)驗(yàn)結(jié)果：溫度/℃DH/Jmo1A-1DE/DH校正溫度前39844.85-6.45%校正溫度后39741.75-6.69%理論值42590思考題及建議如果要判斷等壓管b處空氣是否排凈，應(yīng)如何檢查？在初次測量時(shí)，重復(fù)測量兩次蒸汽壓，兩次相差較小可認(rèn)為系統(tǒng)中無空氣。在實(shí)驗(yàn)過程中為什么要防止管b中進(jìn)入空氣？若有空氣進(jìn)入則測得結(jié)果將有什么樣的變化？在改造的系統(tǒng)中，已經(jīng)解決了空氣倒灌的問題。實(shí)驗(yàn)過程的任何操作不可能導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)。對(duì)恒溫槽的溫度漲落有什么要求？在實(shí)驗(yàn)操作中放空氣、讀數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)如何適應(yīng)此漲落？液體在氣化室吸熱，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度下降，放入空氣后等待片刻可以保證系統(tǒng)達(dá)到平衡，在改造的系統(tǒng)中，實(shí)際上不必等待系統(tǒng)傳熱平衡，直接讀取溫度及平衡壓力即可。由于氣候條件不同，在不同大氣壓力下測出的液體蒸氣壓數(shù)據(jù)相同嗎？實(shí)驗(yàn)過程中大氣壓力的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響嗎？液體的飽和蒸汽壓不會(huì)隨著氣候改變，若測量系統(tǒng)與環(huán)境壓差，則環(huán)境壓力改變會(huì)導(dǎo)致蒸汽壓計(jì)算結(jié)果改變，若測定絕壓（以真空定壓力零點(diǎn)），則氣壓變化對(duì)結(jié)果無影響。大氣壓力計(jì)銅標(biāo)尺的零點(diǎn)在何處？水銀柱上方空間含有一定氣體，將對(duì)大氣壓力測定產(chǎn)生怎樣的誤差？系統(tǒng)已經(jīng)改變，不再采用水銀壓力計(jì)。在本實(shí)驗(yàn)中大氣