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1、实验3 液体饱和蒸汽压的测定化82 侯思超 2008011916同组实验者：王靖实验日期：2010年11月17日，提交报告日期：2010年11月21日星期日带实验助教： 1 引言（简明的实验目的/原理）1.1 实验目的：1.1.1 运用克劳修斯-克拉贝龙方程，求出所测温度范围内的平均摩尔气化焓及正常沸点。1.1.2 掌握测定饱和蒸汽压的方法。1.2 实验原理： 在通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发1摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。 液体的蒸气压与液体的本性及温度等因素有关。随温度不同而变化，温度升高
2、时，蒸气压增大;温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为p(101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯（Clausius）-克拉贝龙（Clapeyron）方程式表示： 式中，为摩尔气体常数；为热力学温度；为在温度时纯液体的摩尔气化热。 假定与温度无关，或因温度变化范围较小，可以近似作为常数，积分上式，得： 或 式中：积分常数。从上式可知：若将对作图应得一直线，斜率由此可得 同时从图上可求出标准压力时的正常沸点。 2 实验操作2.1 实验
3、药品、仪器型号及测试装置示意图 2.1.1 实验药品和仪器：乙醇（分析纯）等压管1支、稳压瓶1个、负压瓶1个、恒温槽1套、真空泵1台、压力计1台。2.1.2 测试装置示意图： 图1 纯液体饱和蒸汽压测定装置1等压管 2冷凝管 3搅拌器 4加热器 51/10温度计6辅助温度计 7稳压管 8负压瓶 9干燥管2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）实验温度：18.4C 大气压：101.74kPa 湿度：45%2.3 实验操作步骤及方法要点2.3.1 操作步骤：2.3.1.1 检漏将H活塞关上，打开活塞I、F和G，用真空泵抽气到压力计显示的气压为2530kPa时，关上I、F和G。等片刻后，利用压力计
4、分段检查系统是否漏气。2.3.1.2 升温 开动搅拌器，调节加热器电压在160V左右。 2.3.1.3 排气当水浴温度超过50时，等压管内液体开始沸腾，即大量气泡通过液栅由C管排出。沸腾3-5分钟（每秒钟约排出3-4个气泡）就可以除去AB间的空气及溶在液体中的空气。注意调节加热器电压，控制恒温槽温度在50附近。2.3.1.4 蒸汽压的测定排气完后，打开活塞H，使体系通过毛细管缓慢吸入空气逐渐升高压力，直到稳压瓶中的压力快接近蒸气压时为止。然后调节调压器，改变加热电压，直到BC液面相对位置不变，此时表示温度己恒定。最后将BC液面基本调平，稳定一分钟左右，迅速记下温度t，压力计P的读数。继续用加热
5、器加热水浴，加热过程中适当调节活塞H，使液体不激烈沸腾，当温度升高34时再重复上述步骤。直升温到75附近。总共测7个点即可。2.3.1.5 结束 实验完后，将系统与大气相通，关闭调压器，整理实验台。最后，将实验数据输入计算器进行计算。2.3.2 注意事项：2.3.2.1 等压管中AB液面间的空气必须排净。2.3.2.2 在操作过程中要防止液体倒吸，即c处气体通过液栅吸入AB的空间。一旦倒吸，重新排气。2.3.2.3 等压管中AB液面间的空气必须排净。3 结果与讨论 3.1 原始实验数据表一：乙醇沸点与饱和蒸汽压的关系温度t/C51.8655.5657.7759.5162.5565.2569.2
6、571.20压力p/kPa35.1542.1247.1451.7159.6668.4081.3293.44实验室气温20.5C，大气压：102.24kPa。3.2 计算的数据、结果 3.2.1 实验数据处理由实验数据计算得到ln p与1/T的数值对应关系如表2表2：ln p与1/T的关系1/(T/K)0.003080.003040.003020.003010.002980.002960.00292ln(p/pa)10.4673810.6482810.7608810.8534110.9964211.1331311.306153.2.2 作图：图中直线方程为ln p=27.2945-5468.22
7、6/T；相关系数r=0.99611令p=101325pa，打入方程解得 Tb=346.78K相对偏差为：-1.35% =45.5kJ/mol.与理论值相对偏差为：+6.81%偏差较大 3.3 讨论分析3.3.1 本次实验中大部分时间用于加热，因此加热电压的调节对于整个实验的进度起到了很关键的作用：开始升温时，由于离要求温度比较远，可以用220V电压进行加热。离要求温度距离1度左右，开始调小电压，用加热丝的余温加热溶液，可以较快到达所需温度，并能够很好的保持温度的稳定。3.3.2 实验的难点在于调节两个瓶内液面的平衡，并能稳定一段时间再进行读数。实验中，将空气通入系统内时，因为空气温度较低，而溶
8、液温度较高，混合时会有温度浮动，因此需要重新调节温度使液面稳定。当实验温度不断提升，这种不稳定现象越来越明显，如果通气后不进行及时的调节，可能导致空气鼓泡进入乙醇蒸汽（AB之间）中，对实验结果有很严重的影响。我们组的实验数据，尤其是后几个数据点有明显的偏差，是因为在第五个点的调解时，不小心出现了上述问题，一些空气进入体系中，导致蒸汽压测定有所偏差。我们自己尝试用前四个数据点进行拟合，结果偏差较小，可以断定，正是空气的进入影响了我们的后续实验。3.3.3 在实验前应该检查水槽中液面的位置，应该较多的没过整个玻璃装置。随着实验的进行，水不断蒸发，一旦水面无法没过连通装置，暴露在空气中的那段蒸汽柱将
9、无法保证与水浴中的蒸汽温度相同，因此会对实验结果的测定有所影响。4 结论在实验条件下（温度：20.4C，大气压：102.24kPa），用等压管法（静态法）测定无水乙醇的平均摩尔蒸发焓，正常沸点。实验得到的结果误差相对较大。参考文献1 傅献彩，沈文霞，姚天扬物理化学上册. 第四版. 北京：高等教育出版社，1990：1442 清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验. 北京：清华大学出版社.19913 Robert C. Wcast Handbook of Chemistry and Physics, 58th ed. Ohio CRC Press,19774 朱文涛. 物理化学. 北京：
10、清华大学出版社，1995.5 附录-思考题6.1. 说明饱和蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义。答：饱和蒸气压：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸汽的压力。正常沸点：在外压为一个大气压p(101.325kPa）下液体沸腾的温度。沸腾温度：液体在一定条件下，内部剧烈汽化，产生大量气泡时的温度。6.2 克-克方程在什么条件下才能应用？为什么本实验测得的只是平均蒸发焓？答： 克-克方程的应用条件：单组分系统气液两相平衡时，在温度变化不大的条件下，焓变近似为常数，且近似液体体积与气体相比可以忽略，蒸汽视为理想气体。 本实验过程中温度变化范围不大，可以近似作为常数，应用克-克方程，求取蒸发焓。但是，实
11、际上是变化的，所以是实验温度范围下（324.75-345.01K）的平均摩尔蒸发焓。6. 3 稳压瓶、负压瓶的作用是什么？什么时候需用活塞H与G？答： 稳压瓶起缓冲作用，防止乙醇倒流入气压计中，同时缓冲开关H阀门时的气流。 负压瓶用来降低气压，在测定液体饱和蒸汽压的过程中微调稳压器的压力，相当于负压源。同时也起到缓冲作用。 当需要升高压力即需要降低C管液面时（相对B管，下同）要旋开活塞H，使稳压瓶的压力上升，C管的液面下降；当需要降低B管液面时，需要旋开活塞G，使稳压瓶和负压瓶相通，降低稳压瓶的压力，从而B管液面下降。尤其是当C管中液面明显高出B很多时，应该打开H阀门，使得稳压瓶内气压增大，B
12、和C的液面差减少；当C管的液面低于B管时，是比较危急的，因为一旦C管中空气跑入B管中，实验就必须重测了，此时，打开G阀门，因为负压瓶中气压小，使得空气流入负压瓶中一部分，C管内压力减少，BC管液面差又可以趋平。同时在加热过程中要适当调整活塞H，使液体不激烈沸腾。6.4 计算证明：赶气泡35min后AB空间的空气确已除净。答： 在实验条件下，乙醇已经预先装入了等压管中，且之前已经使用于实验中，AB间的空气和溶在溶液中的空气近似为0.1ml（m3）。假设在等压管内液体沸腾时气泡的大小为m，排除的气泡中50%为空气。若每秒排除3.5个气泡，在5min之后，排除的空气的总体积为：所以认为赶气泡35min后AB间的空气基本除净。6精品文档
