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1、物理化学实验-纯液体饱和蒸汽压的测定 化学化工学院 07应化1W 07331120 宋强 目的要求 一明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系克劳修斯克拉贝龙方程式二用等压记测定不同温度下环已烷（或正已烷）的饱和蒸气压。初步掌握真空实验技术三学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点基本原理在一定温度下，与纯液体处于平衡态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子中表面逃逸成蒸气，同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相，当两者的速率相等时，就达到了动态平衡，此时
2、气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。纯液体的蒸气压是随温度变化而变化的，它们之间的关系可用克劳修斯克拉贝龙方（ClausiusClapeyron）方程来表示： dLnp*/dT=vHm/RT2 (31)式中p*为纯液体温度T时的饱和蒸气压；T为热力学温度；vHm为液体摩尔气化热；R为气体常数。如果温度变化的范围不大，vHm视为常数，可当作平均摩尔气化热。将(31)式积分得：Lnp*=-vHm/RT + c (32)式中c为积分常数，此数与压力p*有关。由(32)式可知，在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以Lnp*对1/T作图，可得一条直线。由该直线的斜率可求得实验范
3、围内液体的平均摩尔气化热。当外压为101.325Kpa时，液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正常沸点。从图中也可求得其正常沸点。 测定饱和蒸气压常用的方法有动态法、静态法、和饱和气流法等。本实验采用静态法，既被测物质放在一个密闭的体系中，在不同温度下直接测量其饱和蒸气压，在不同外压下测量相应的沸点。此法适用于蒸气压比较大的液体。仪器 试剂 蒸气压测定装置 1套 真空泵 1台数字式气压计 1台 电加热器 1只温度计 2支 数字式真空及计 1台磁力搅拌器 1台 异丙醇（分析纯，沸点82.5）一、仪器装置如图所示：所有借口必须严密封闭。平衡管由三根相连通的玻璃管a，b和c组成，a管中存储被测
4、液体，b和c中也有液体在底部相连。当a、c管的上部纯粹是待测液体的蒸气，b与c管中的液面在同一水平时，则表示在c管液面上的蒸气压与加在b管液面上的外压相等，此时液体的温度即体系的气液平衡温度，亦即沸点。 平衡管中的液体可用下法装入：先将平衡管取下洗净，烘干，然后烤烘（可用煤气灯）a管，赶走管内空气，速将液体自b管的管口灌入，冷却a管，液体即被吸入。反复二，三次，使液体灌至a管高度的三分之二为宜，然后接在装置上。二、系统检漏 缓慢旋转三通活塞，使系统通大气。开冷却接通电源，使抽气泵正常运转4或5分钟再关闭活塞。使系统减压至余压大约为1104pa后关闭 活塞。如果在数分钟内真空值基本不变，表明系统
5、不漏气。若系统漏气则应分段检查，直至不漏气为止，才可以进行下一步实验。三、测定不同温度下液体的饱和蒸气压 转动三通活塞使系统与大气压相通。开动搅拌器，并将水浴加热。随着温度逐渐上升，平衡管中有气泡溢出。继续加热至正常沸点之上大约5左右。保持此温度数分钟，以便将平衡管中的空气赶净。1、 测定大气压力下的沸点测定前须正确读取大气压数据系统空气被赶净后停止加热。让温度缓慢下降，c管中的气泡将逐渐减少直至消失。C管液面开始上升而b管液面下降。严密注视两管液面，一旦两液面，一旦两液面处于同一水平时，记下此时的温度。细心而快速转动三通活塞，使系统与泵略微连通。即要防止空气倒灌，也要避免系统突然减压。重复测
6、定三次。结果应在测量允许误差范围内。2、 测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压在大气压力下测定沸点之后，旋转三通活塞，使系统慢慢减压约为4103pa或约为30mmhg，平衡管内液体又明显变化，有气泡不断溢出。注意勿使液体沸腾。随着温度下降，气泡再次减少直至消失。同样等b、c管液面相平时，记下温度和真空表读数。再次转动三通活塞，缓慢减压。减压幅度同前，直至烧杯内水浴温度下降至60左右。停止实验，再次读取大气压力。数据处理 一、自行设计实验数据记录表，正确记录全套原始数据并可填入演算结果。二、温度的正确测量是本实验的关键之一。温度计必须作露茎校正。三、以蒸气呀p*对温度T作图。 四、由p*T曲线均匀读
7、取10个点，列出相应的数据表，然后绘出lnp*对1/T的 直线 图。由直线斜率计算出被测液体在实验温度区间内的平均摩尔气化热。五、由曲线求得样品的正常沸点，并与文献值比较。六、文献值。异丙醇 H(kJ/mol)44.418温度t/87.5 85.9 83.0 81.7 79.6 78.5 77.2 74.8 72.7 69.8 67.3 64.6 61.1 压力P*/mmhg760.0 723.7 650.6 608.5 578.7 549.7 526.0 479.9 442.1 397.2 356.5 306.4 265.0 温度T/k360.7 359.1 356.2 354.9 352.
8、8 351.7 350.4 348.0 345.9 343.0 340.5 337.8 334.3 压力P*/pa101325.0 96485.4 86739.5 81126.7 77153.7 73287.3 70127.6 63981.4 58941.8 52955.6 47529.4 40850.0 35330.4 T/k360.0 357.5 355.0 352.5 350.0 347.5 345.0 342.5 340.0 337.5 335.0 P*/pa102218.2 92583.3 83856.7 75952.6 68793.5 62309.2 56436.1 51116.6
9、 46298.5 41934.5 37981.9 ln（p*/p)0.01 -0.09 -0.19 -0.29 -0.39 -0.49 -0.59 -0.68 -0.78 -0.88 -0.98 1/T2.78E-032.80E-032.82E-032.84E-032.86E-032.88E-032.90E-032.92E-032.94E-032.96E-032.99E-03vapHm =4775.6*8.3145=39.706 kJ/mol相对误差：| 39.706-44.418 | /44.418=10.6%思考讨论实验中误差出现可能的原因 ：1. 仪器引起的误差，如温度计。评注启示 一、
10、本实验数据处理较为复杂，可用微机拟合处理，并与上述作图计算所得结果进行比较。二、实验测得的平均摩尔气化热数据可直接用于“气-液色谱法测定非电解质溶液的热力学函数”。这样可以培养学生对自己所测数据的责任心。在实际教学安排中，由两个学生组成一组，在8小时的教学时间里合作完成这两个实验。经验证明，这将较大地激起学生学习的积极性。三、实验注意点1、 测定前，必须将平衡管a、b段的空气驱赶净。在常压下利用水浴加热被测液体，使其温度控制在高于该液体正常沸点3至5，持续约5min。让其自然冷却，读取大气压下的沸点。再次加热并进行测定。如果数据偏差在正常误差范围内，可以为空气已被赶净。注意切误过分加热，否则蒸
11、气来不及冷却就进入抽气泵，或者会因冷凝在b管中的液体过多，而影响下一步实验。2、 冷却速度不要太快，一般控制在每分钟下降0.5左右，如果冷却太快，测得的温度将偏离平衡温度。因为被测气体内外以及水银温度计本身都存在温度滞后校应。3、 整个实验过程中，要严防空气倒灌，否则，实验要重做。为了防止空气倒灌，在每次读取平衡温度和平衡压力数据后，应立即加热同时缓慢减压。4、 在停止实验时，应缓慢地先将三通活塞打开，使系统通大气，再使抽气泵通大气，然后切断电源，最后关闭冷却水，使实验装置复原。为使系统通入大气或使系统减压以缓慢速度进行，可将三通活塞通大气的管子拉成尖口。四、思考题1压力和温度的测量都有随机误
12、差，试导出vapHm的误差传递表达式。答：由 H=U+PV 可得， dH=dU+PdV+VdP dH=( U/ T)V dT+( U/ V)TdV+pdV+Vdp VHm=( U/ T)VT+Vp2用此装置，可以很方便地研究各种液体，如苯，二氯已烯，四氯化碳，水，正丙醇，异丙醇，丙酮和乙醇等，这些液体中很多是易燃的，在加热时应该注意什么问题？答: 加热时,易燃物体不应靠得太近发热器，拿取药品时,应避免把它撒在发热器上,当用这些药品时,应把它盖好放置. 加热时,应该缓慢加热，并且细心控制温度，使溶液的温度不能超过待测液的着火点，同时a,c管的液面上方不宜有空气（或氧气）存在，此外温度变化采用逐渐下降方式。参考资料 1 付献彩、沈文霞、姚天扬编，物理化学，第四版，上册，第144页，高等教育出版社（1990）。2 John M。怀特著，钱三鸿，吕顾康译，物理化学，第207爷，人民教育出版社（1981）。3 FDaniels，RAAlberty，JWWilliams，CDCornwell，PBender，JEHarriman，Experimental Physical Chemistry，7Vth edn，p48，McGraw-Hill，IncNew York（1975）
