物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件第1頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)一液體飽和蒸氣壓的測(cè)定指導(dǎo)教師王素娜2第2頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)一液體飽和蒸氣壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理藥品儀器實(shí)驗(yàn)步驟注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)討論思考題數(shù)據(jù)處理3第3頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆侦o態(tài)法測(cè)定液體飽和蒸氣壓的原理及操作方法，學(xué)會(huì)由圖解法求其平均摩爾氣化熱和正常沸點(diǎn)。了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系、克勞修斯-克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)方程式的意義。了解真空泵、玻璃恒溫水浴，緩沖儲(chǔ)氣罐及精密數(shù)字壓力計(jì)的使用及注意事項(xiàng)。

4第4頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

在通常溫度下(距離臨界溫度較遠(yuǎn)時(shí))，純液體與其蒸氣達(dá)平衡時(shí)的蒸氣壓稱(chēng)為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱(chēng)為蒸氣壓。蒸發(fā)1mol液體所吸收的熱量稱(chēng)為該溫度下液體的摩爾氣化熱。液體的蒸氣壓隨溫度而變化，溫度升高時(shí)，蒸氣壓增大；溫度降低時(shí)，蒸氣壓降低，這主要與分子的動(dòng)能有關(guān)。當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體便沸騰，此時(shí)的溫度稱(chēng)為沸點(diǎn)，外壓不同時(shí)，液體沸點(diǎn)將相應(yīng)改變，當(dāng)外壓為1atm時(shí)，液體的沸點(diǎn)稱(chēng)為該液體的正常沸點(diǎn)。

二實(shí)驗(yàn)原理5第5頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系用克勞修斯-克拉貝龍方程式表示:

二實(shí)驗(yàn)原理假定ΔvapHm與溫度無(wú)關(guān)，或因溫度范圍較小，ΔvapHm可以近似作為常數(shù)，積分上式，得:

式中，R為摩爾氣體常數(shù);T為熱力學(xué)溫度;ΔvapHm為在溫度T時(shí)純液體的摩爾氣化熱。

(2)其中C為積分常數(shù)。由此式可以看出，以lnp對(duì)1/T作圖，應(yīng)為一直線(xiàn)，直線(xiàn)的斜率為-ΔvapHm/R，由斜率可求算液體的ΔvapHm。

6第6頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六測(cè)定液體飽和蒸氣壓的方法很多。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法，是指在某一溫度下，直接測(cè)量飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。實(shí)驗(yàn)所用儀器是純液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置，如實(shí)驗(yàn)步驟中的圖1所示。用靜態(tài)法測(cè)量不同溫度下純液體飽和蒸氣壓的實(shí)驗(yàn)方法，有升溫法和降溫法二種。

二實(shí)驗(yàn)原理7第7頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六恒溫水浴1套；平衡管1套；精密數(shù)字壓力計(jì)1臺(tái)；真空泵及緩沖儲(chǔ)氣罐1套；蒸餾水；無(wú)水乙醇（A.R.）。三儀器藥品8第8頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六升溫法測(cè)定不同溫度下純液體的飽和蒸氣壓

圖1純液體飽和蒸氣壓測(cè)定裝置圖實(shí)驗(yàn)裝置9第9頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.裝樣從加樣口注入乙醇，關(guān)閉平衡閥，打開(kāi)進(jìn)氣閥。啟動(dòng)油泵，抽至氣泡成串上竄，可關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開(kāi)平衡閥漏入空氣，使乙醇充滿(mǎn)試樣球體積的三分之二和U型管雙臂的大部分。2、檢漏，系統(tǒng)氣密性檢查

接通冷凝水，關(guān)閉小緩沖瓶上的空氣活塞，旋轉(zhuǎn)大緩沖瓶與真空泵之間的連通活塞使系統(tǒng)與真空泵接通，開(kāi)動(dòng)真空泵，抽氣減壓至負(fù)壓計(jì)顯示屏數(shù)值為60～70kPa左右時(shí)，關(guān)閉大緩沖瓶上的活塞，使系統(tǒng)與真空泵、大氣皆不通。觀(guān)察數(shù)字負(fù)壓計(jì)的數(shù)值，如負(fù)壓計(jì)的數(shù)值在數(shù)分鐘內(nèi)維持不變，則表明系統(tǒng)不漏氣。否則應(yīng)逐段檢查，排除漏氣故障。四實(shí)驗(yàn)步驟10第10頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣

系統(tǒng)內(nèi)的壓力包括兩部分:一是待測(cè)液的蒸氣壓;另一部分是空氣的壓力。測(cè)定時(shí)，必須將其中的空氣排除后，才能保證待測(cè)液面上的壓力為液體的蒸氣壓。排除方法為：先將接通冷凝水，接通恒溫水浴，調(diào)節(jié)水浴溫度（比第一測(cè)定溫度值低2℃），抽氣降壓至液體輕微沸騰，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的空氣不斷隨蒸氣逸出，如此沸騰數(shù)分鐘，可認(rèn)為空氣被排除干凈。四實(shí)驗(yàn)步驟11第11頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.飽和蒸氣壓的測(cè)定

待空氣排除干凈且體系溫度恒定后（30℃），打開(kāi)小緩沖瓶上的活塞緩緩放入空氣（切不可太快，以免空氣倒灌入平衡管中，如果發(fā)生空氣倒灌，則須重新排除空氣)，直至平衡管中的U型部分液面平齊，關(guān)閉小緩沖瓶上的活塞，立即記錄溫度與負(fù)壓計(jì)顯示的數(shù)值（如果放入空氣過(guò)多，則須先抽氣，再調(diào)平齊）。然后，將恒溫水浴溫度升高3℃，因溫度升高后，液體的飽和蒸氣壓增大，液體會(huì)不斷沸騰。為了避免平衡管中液體大量蒸發(fā)，應(yīng)隨時(shí)打開(kāi)小緩沖瓶上的通氣活塞緩緩放入少量空氣，防止平衡管中的液體暴沸。當(dāng)體系溫度恒定后，再次放入空氣使平衡管中的U型部分液面平齊，記錄溫度和負(fù)壓。然后依次每升高3℃，測(cè)定一次負(fù)壓，依次測(cè)定36℃，39℃，42℃，45℃，48℃，51℃時(shí)乙醇的蒸氣壓值。測(cè)定過(guò)程中如不慎使空氣倒灌入試樣球，則需重新抽真空后方可繼續(xù)測(cè)定。

四實(shí)驗(yàn)步驟12第12頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六五注意事項(xiàng)

減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時(shí)達(dá)不到本實(shí)驗(yàn)要求的真空度。抽氣速度要合適，必須防止平衡管內(nèi)液體沸騰過(guò)劇，致使B管內(nèi)液體快速蒸發(fā)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須充分排除凈AB彎管空間中全部空氣，使B管液面上空只含液體的蒸氣分子。AB管必須放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。測(cè)定中，打開(kāi)進(jìn)空氣活塞時(shí)，切不可太快，以免空氣倒灌入AB彎管的空間中。如果發(fā)生倒灌，則必須重新排除空氣。在停止抽氣前，應(yīng)先把真空泵與大氣相通，否則會(huì)造成泵油倒吸，造成事故。平衡閥2容易出現(xiàn)問(wèn)題，一直保持打開(kāi)狀態(tài)，不用再調(diào)節(jié)。13第13頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六六數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄表

大氣壓

kPa室溫

℃（33℃）

（36℃）（39℃）（42℃）（45℃）（48℃）（51℃）

溫度（℃）負(fù)壓值（KPa）

14第14頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.數(shù)據(jù)處理表p（kPa）ln{p}T（k）1/T六數(shù)據(jù)處理15第15頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.繪出乙醇的蒸氣壓溫度曲線(xiàn)。4.以lnp對(duì)1/T作圖，求出直線(xiàn)的斜率，并由斜率算出此溫度間隔內(nèi)水的平均摩爾氣化熱ΔvapHm，通過(guò)圖求出乙醇的正常沸點(diǎn)。

六數(shù)據(jù)處理16第16頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六七實(shí)驗(yàn)討論降溫法測(cè)定不同溫度下純水的飽和蒸氣壓1.接通冷凝水，調(diào)節(jié)三通活塞使系統(tǒng)降壓13kPa(約100mm汞柱)，加熱水浴至沸騰，此時(shí)A管中的水部分氣化，水蒸氣夾帶AB彎管內(nèi)的空氣一起從C管液面逸出，繼續(xù)維持10min以上，以保證徹底驅(qū)盡AB彎管內(nèi)的空氣。2.停止加熱，控制水浴冷卻速度在1℃/min內(nèi)，此時(shí)液體的蒸氣壓(即B管上空的壓力)隨溫度下降而逐漸降低，待降至與C管的壓力相等時(shí)，則B、C兩管液面應(yīng)平齊，立即記下此瞬間的溫度（精確至1/100攝氏度）和壓力計(jì)之壓力，同時(shí)讀取輔助溫度計(jì)的溫度值和露莖溫度，以備對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行校正。讀數(shù)后立即旋轉(zhuǎn)三通活塞抽氣，使系統(tǒng)再降壓10kPa(約80mm汞柱)并繼續(xù)降溫，待B、C兩管液面再次平齊時(shí)，記下此瞬間的溫度和壓力。如此重復(fù)10次（注意實(shí)驗(yàn)中每次遞減的壓力要逐漸減?。?，分別記錄一系列的B、C管液面平齊時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度和壓力。3.在降溫法測(cè)定中，當(dāng)B、C兩管中的液面平齊時(shí)，讀數(shù)要迅速，讀畢應(yīng)立即抽氣減壓，防止空氣倒灌。若發(fā)生倒灌現(xiàn)象，必須重新排凈AB彎管內(nèi)之空氣。17第17頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、試分析引起本實(shí)驗(yàn)誤差的因素有哪些？2、為什么AB彎管中的空氣要排干凈？怎樣操作？怎樣防止空氣倒灌？3、本實(shí)驗(yàn)方法能否用于測(cè)定溶液的飽和蒸汽壓？為什么？