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1、实验三 液体饱和蒸气压的测定一预习要求1. 明确蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义；了解动态法测定蒸气压的基本原理。2. 了解真空泵、气压计的使用及注意事项。3. 了解如何检漏及实验操作时抽气、放气的控制。4了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙 (Clausius- Clapeyron) 方程式的意义。二 实验目的1掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。2了解真空泵、恒温槽及气压计的使用及注意事项。三 实验原理在一定温度下，纯液体与其气相达平衡时蒸汽的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发1mol 液体所吸收的热量
2、称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，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1atm （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-克拉贝龙方程式表示：(3-1)mvapH：摩尔汽化热(J mol-1)R：气体常数 (8.314Jmol-1 K-1) 若温度改变的区间不大，mvapH可视为为常数 （实际上mvapH与温度有关） 。积分上式得：B RTHPmVln(3-2) 或303.2lgBR
3、THPmV(3-3) (3-3) 式表明Plg与 T1有线性关系。作图可得一直线，斜率为tg。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热mvapH。tgRHmvap303.2(3-4) 当外压为101.325kPa(760mmHg)时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。在图上，也可以求出液体的正常沸点。液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：1. 静态法：将待测液体置于一个封闭体系中，在不同温度下，直接测定饱和蒸气压或在不同外压下测定液体相应的沸点。静态法适用于蒸气压较大的液体. 静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种。2动态法：在不同外部压力下测定液体的沸点。
4、3饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图3-1 所示：四 仪器和药品液体饱和蒸汽测定仪1 套；真空泵1 台；玻璃恒温槽一台；DP-A（YW）精密数字气压计、温度计。蒸馏水。五 实验步骤1装置仪器橡胶管与管路接口装置、玻璃仪器、 数字压力计等相互连接时，接口与橡胶管一定要插牢，以不漏气为原则，保证实验系统的气密性。无冷阱用橡胶管将冷阱两端短路连接。将待测液体装入平衡管，A 球约 2/3 体积， B 和 C 球各 1/2 体积，
5、然后按图装妥各部分。2系统气密性检查（1）缓冲储气罐的气密性检查： 用橡胶管将进气阀与压力泵、装置 1 接口与数字压力表分别连接，装置 2 接口用堵头封闭。 整体气密性检查：a将进气阀、平衡阀2 打开，平衡阀1 关闭（三阀均为顺时针关闭，逆时针开启）。启动压力泵，压力罐中的压力值=数字压力表的显示值-当前大气压力。b停止压力泵工作，关闭进气阀，并检查平衡阀2 是否开启，平衡阀1 是否完全关图3-1 液体饱和蒸气压测定装置图闭。观察数字压力表，若显示数字下降值在标准范围内（小于0.01Kpa/秒） ,说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因，直至合格。c微调部分的气密性检查：关闭平衡阀2，用
6、平衡阀1 调整微调部分的压力，使之低于压力罐中压力的，观察数字压力表，其显示数字变化值在标准范围内（小于0.2Kpa/分） ，说明气密性良好。若显示压力值上升超过标准，说明平衡阀2 泄漏；若显示压力值下降超过标准，说明平衡阀1 泄漏。（2）精密数字压力计的气密性检查a预压及气密性检查：继续将缓冲储气罐装置2 接口用堵头封闭，用平衡阀2 缓慢加压至满量程， 观察数字压力表显示值变化情况，若 1 分钟内显示值稳定，说明传感器及压力计本身无泄漏。确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复预压23 次，方可正式测试。b采零： 泄压至零，使压力传感器与大气相通，按一下采零键，以消除仪表系统的零点漂移，此时L
7、ED 显示“ 0000” 。注意：尽管仪表作了精细的零点补偿，但因传感器本身固有的漂移（如时漂） 是无法处理的，因此，每次测试前都必须进行采零操作，以保证所测压力值的准确度。3饱和蒸气压的测定仪表采零后连接实验系统，即将缓冲储气罐装置2 接口与实验系统连接，此时实验系统的压力等于大气压的值减去仪表显示值。当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转平衡阀1 缓缓放入空气，直至B、C 管中液面平齐，关闭平衡阀1，记录温度与压力。然后，升高恒温槽温度35，当待测液体再次沸腾，体系温度恒定后，旋转平衡阀1 放入空气使B、C 管液面再次平齐，记录温度和压力。依次测定，共测6 个值。关机：先将实验系统泄压，
8、再关掉电源开关(OFF)。六 数据记录及处理1. 自行设计实验数据记录表格，正确记录全套原始数据并填入演算结果。 2. 以测得的蒸汽压对温度T 作图。3. 由 PT曲线均匀读取10 个点， 列出相应的数据表，然后给出对的直线图， 由直 线斜率计算出被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热，并与文献值比较。4. 由曲线求得待测液体的正常沸点，并与文献值比较。七 实验注意事项1减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。2抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使B 管内液体快速蒸发。3实验过程中，必须充分排除净AB 弯管空间中全部空气，使B 管液面上空只含液体的蒸气分子。 AB
9、 管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。4测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB 弯管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。5. 使用真空泵时， 特别是关真空泵时，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。就本实验而言， 要保证大真空瓶上的三通活塞处于“”状态时才能切断真空泵的电源。6 实验中调节平衡阀1、平衡阀2 时，数字压力计显示的压力值有时有跳动现象属正常，待压力值稳定后再工作。7平衡阀 1 和平衡阀2 是关系实验成败的主要因素之一，因此不能有泄漏现象。在实验时，平衡阀 1 既是放气开关，也是压力
10、微调开关，因此实验时一定要仔细、缓慢地调节。同时，平衡阀 2 一定要关紧，以免因该阀泄漏而影响实验的顺利进行和准确性。八 思考题：1. 测量中为什么要将A-B 管中的空气干净？如何判断空气已经赶净？2标准沸点与沸腾温度有什么不同？3测量中为什么系统不能漏气？实验十三最大气泡法测定液体表面张力一 预习要求1掌握最大气泡法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。2了解如何由表面张力的实验数据求分子的截面积。3掌握如何由实验数据计算吸附量。二 实验目的1掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。2通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解。三 实验原
11、理在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子， 一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图13l所示）。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。 所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值 G称为单位表面的表面能其单位为Jm-3。而把液体限制其表
12、面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积增加S时，所消耗的可逆功W为：-W =G = S 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质 （溶质）， 表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后， 溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式(G
13、ibbs) 表示：)(-dcdRTC图 13-1 分子作用力示意图式中：为表面吸附量(mol.m-2) ，为表面张力（ J.m-2）。表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即：0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。0， 0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。图 13-2 最大气泡法表面张力测定装置1 、 恒 温 套 管 。 2 、毛 细 管 （ r在0.15 0.2mm ） 3 、 U型 压 力 计 （ 内 装 水 ）4、分液漏斗。 5、6、 连接橡皮管。由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表
14、面吸附量。如图 13-2 是最大气泡法测定表面张力的装置示意。待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随毛细管上升。打开滴液漏斗缓慢抽气。此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液面所受压力，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气泡。在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力P，因此有以下关系：P大气 = P系统 + P 附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比。图 13-3 气泡形成过程若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为球形。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径R极大；当气泡形成半球形时，曲率半径R等于毛细管半径r，此时 R
15、值最小。随着气泡的进一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。R=r 时，附加压力最大Pm最大附加压力由数字微压差计或U型管压差计读出。用数字微压差可以直接读出压差的值（Pa），体系的导气管接数字微压差计的负压口（L），正压口（ H）与大气相通。若用U型管压差计，压差则以hm表示。下式中，为工作介质密度， g 为重力加速度，则：Pm = hmg =r hmg 在实验中，使用同一支毛细管和压差计，r g 为常数（仪器常数），用K表示，即：=K hm。用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器常数K，也可以测定其它求知液体的表面张力。以表面张力与浓度作图求不同浓度下表面张力随浓度的变化率，用吉布斯公式(
16、Gibbs)(-dcdRTC求吸附量。吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：(13-4) 为饱和吸附量 ,k 为经验常数。将上式整理得：(13-5) 以 c/ 对 c 作图可得到一条直线，其斜率的倒数为。如果以 N代表 1 平方米表面层的分子数，则(13-6) 式中 NA为 Avogadro 常数，则每个分子的截面积A为 : 四 仪器和试剂恒温槽装置；DPAW 精密数字压力计（或U型管压差计）滴液漏斗（ 250rnL ）l 个；支管试管（ 2520cm ）毛细管（ 0.2 0.3mm ）1 支；烧杯（ 250mL ）T 形管 1 个；重蒸馏水乙醇（ A.R. ）；五 实验步骤1仪器常数的测定：（1）仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置。（2）加入适量的重蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切。恒温（250C）20 分钟。（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，
