《0305物化实验内容》由会员分享，可在线阅读，更多相关《0305物化实验内容（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一 液体饱和蒸气压的测定静态法一、目的要求1. 明确液体饱和蒸气压的定义，了解纯液体饱和蒸气压与温度的关系。 2. 了解静态法测定液体饱和蒸气压的原理。 3. 掌握真空泵、恒温槽及气压计的工作原理和使用方法。 4. 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。 二、基本原理在一定温度下，处于密闭的真空容器中的液体，一些动能较大的液体分子可从液相进 入气相，而动能较小的蒸气分子因碰撞而凝结成液相，当二者的速度相等时，气液两相建 立动态平衡，此时液面上的蒸气压力就是该温度下的饱和蒸气压。 纯液体的蒸气压是随温度的变化而改变的，当温度升高时，分子运动加剧，更多的高 动能分子
2、由液相进入气相，因而蒸气压增大；反之，温度降低，则蒸气压减小。液体的饱 和蒸气压与温度的关系可用克拉贝龙克劳修斯方程式来表示（2.1）2RTH dTPlndm式中 P 为液体在温度 T 时的饱和蒸气压（Pa） ，T 为热力学温度（K） ，Hm为液体摩尔气 化热（Jmol1） ，R 为气体常数。如果温度变化的范围不大，Hm可视为常数，将上式 积分可得C （2.2）PPlgRT.Hm 3032式中 C 为积分常数，此数与压力 P 的单位有关。由上式可见，若在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以对作图，可得一直线，直线的斜率为，PPlgT1 R.Hm 3032而由斜率可求出实验温度范围内液
3、体的平均摩尔气化热Hm。 当液体的蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾，外压不同，液体的沸点也不同，我 们把液体的蒸气压等于 101.325KPa 时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。从图中也可求得 该液体的正常沸点。 测定液体饱和蒸气压常用以下三种方法： （1）饱和气流法在一定的温度和压力下，让一定体积的空气或惰性气体以缓慢的速率通过一个易挥发 的待测液体，使气体被待测液体的蒸气所饱和。分析混合气体中各组分的量以及总压，再 按道尔顿分压定律求算混合气体中蒸气的分压，即是该液体在此温度下的蒸气压。该法的 缺点是：不易获得真正的饱和状态，导致实验值偏低。 （2）动态法 当液体的蒸气压与外界压力相等时
4、，液体就会沸腾，沸腾时的温度就是液体的沸点。 即与沸点所对应的外界压力就是液体的蒸气压。若在不同的外压下，测定液体的沸点，从 而得到液体在不同温度下的饱和蒸气压，这种方法叫做动态法。该法装置较简单，只需将 一个带冷凝管的烧瓶与压力计及抽气系统连接起来即可。实验时，先将体系抽气至一定的 真空度，测定此压力下液体的沸点，然后逐次往系统放进空气，增加外界压力，并测定其 相应的沸点。只要仪器能承受一定的正压而不冲出，动态法也可用以在 101.325KPa 以上压 力下的实验。动态法较适用于高沸点液体蒸气压的测定。 （3）静态法该法是将待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。通
5、常是用平衡管（又称等位计）进行测定的。平衡管由一个球管与一个 U 形管连接而成（如 图21 所示） ，待测物质置于球管内，U 形管中放置汞或被测液体，将平衡管和抽气 系统、压力计连接，在一定温度下，当 U 形管中的液面在同一水平时，表明 U 形管两臂液 面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸 气压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。可见，利用平衡管可以获得并保持体系中 为纯试样的饱和蒸气，U 形管中的液体起液封和平衡指示作用。静态法常用于易挥发液体 饱和蒸气压的测量，也可用于固体加热分解的平衡压力的测量。本实验采用静态法。 三、仪器与三、仪器与试剂恒温
6、槽 1 套 温度计（分度值 0.1）1 支 平衡管（带冷凝管）1 支 冷阱 1 套 真空泵及附件 1 套 环已烷（A.R） 数字式低真空测压仪 1 台 四、操作步骤1. 装样品。从等压计的加液口处注入异丙醇异丙醇液体，使 A 球内装有约约 2/3 的液体，并使适量的异丙醇在 B 管的两管间形成封闭液（约 1/2 高处） 。2. 检查漏气。将等压计装置好（磨口处涂少量真空脂以保证密封） ，在冷阱中加入适量冰水，接通冷凝水，旋转三通活塞，使真空泵只与大气相通。开通真空泵，待真空泵正常运转后，旋转三通活塞，使真空泵只与系统相通，抽出系统中的气体。当压力测量仪上显示绝对压力值为 40KPa 时，旋转三
7、通活塞，使真空泵只与大气相通，关闭真空泵。观察压力测量仪的显示数字变化，若 5min 内无明显变化，则表示系统的气密性已达到本实验的要求，若有变化，说明漏气，应仔细逐段排察，设法消除，直至不漏气为止。3. 测定不同温度下异丙醇的蒸汽压。调解恒温槽的温度为 20（或 25，根据室温调解） 。开动真空泵，缓慢旋转三通活塞至适当位置，使真空泵与系统相通，缓缓抽气，使 A、B 间气体呈气泡状一个一个地通过封闭液（切忌抽气太快，否则封闭液将急剧蒸发而使实验无法进行） 。随着系统真空度越来越高，A 球内及封闭液的异丙醇蒸发速度越来越快，应当及时调整三通活塞，减慢真空泵对系统的抽气速度。至压力测量仪上显示压
8、力值为 90KPa 左右时停止抽气。微微调解进气活塞，使 B 两管内液面等高（谨防空气倒灌入 A 球） ，记下压力测量仪上压力值。旋转活塞继续抽气，同上法再进行测量，直至连续两次测得的压力值基本相等，则可认为A、B 之间管内的空气已驱尽。最后两次测得的压力平均值即为该测量温度下的蒸汽压。不需抽气，调节恒温槽温度为 25，A 球液面上方的异丙醇蒸汽因温度升高而体积增大，不断有气泡通过封闭液溢出。为防止气泡溢出过剧，可以微微调节三通活塞放入少量空气，使与 A 球相连的 B 管液面稍高。恒温 15min 后，调节系统压力使 B 部分两管内液面等高，记录 25时压力测量仪上的压力值。用上述方法沿温度升
9、高方向测定 30、35、40、45、50时的压力值。实验完毕，再记录大气压。图21 液体饱和蒸气压测定装置图 1.连冷凝管的等位计；2. 搅拌器；3. 温度计；4. 冷阱； 5. 精密数字压差计；6. 稳压瓶；7. 抽气活塞，接真空泵 五、数据记录和数据处理被 测 液 体 实 验 时 间 实 验 开 始 时 室 温 实 验 结 束 时 室 温 实验开始时气压计读数 实验结束时气压计读数 纬 度 海 拔 高 度 校正后大气压的平均值 恒温槽温度t/103K/T1测压仪读数 Pa/P液体的蒸气压104Pa/PPPlg1. 绘制图，求出液体的平均摩尔气化热及正常沸点。PPlgT12. 环已烷的正常沸
10、点为 80.75，气化热为 32.76KJ.mol-1， 计算实验的相对误差。3. 求出液体蒸气压与温度关系式（= )中的 A、B 值。PPlgATB六、注意事项1. 实验装置所有玻璃活塞均要用真空脂密封旋紧，用于连接的橡胶管都应完好不漏气。2. 等压计所装液体的量要符合要求。3. 抽气速度要合适，必须防止等压计内液体沸腾过剧，致使 B 管内液体被抽尽。4. 开通真空泵前必须先接通冷凝水，冷阱内放足冰水。5. 每测一个温度点，必须保证等压计内液体在此温度下恒温 15min 以上，以保证数据的准确性。6. 真实测量温度应该是恒温槽内温度计的读数，而不是设定温度。 七、提问思考1. 怎样判断球管液
11、面上空的空气被排净？若未被驱除干净，对实验结果有何影响？ 2. 如何防止 U 形管中的液体倒灌入球管 A 中？若倒灌时带入空气，实验结果有何变化？ 3. 本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压，为什么？实验二 双液系气液相图的绘制一、实验目的 1. 绘制苯乙醇双液系的沸点组成气液平衡相图，了解和巩固相图、相律的基本概念， 确定苯乙醇双液系恒沸组成及恒沸温度。 2. 掌握阿贝折光仪的原理及使用方法。 3. 掌握沸点的测定方法。 二、实验原理 两种液态物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分 为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合构成完全互溶体系时， 如
12、果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定， 沸点与两组分的相对含量有关。我们把一定压力下，双液系的沸点与组成的 T-x 关系图称 为相图。一般有下列三种情况：tAtAtAtBtBtBt / oCt / oCt / oCxBxBxBABAABB(a)(b)(c)xx图 III-7-1 完全互溶双液系的沸点组成图1. 混合物的沸点介于两种纯组分之间（如图 III-3-1(a)） 2. 混合物存在着最高沸点（图 III-3-1(b)） 3. 混合物存在着最低沸点（图 III-3-1(c)） 对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。它们在最 低或最高恒沸点时的气相
13、和液相组成相同。因而不能象第 一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互 分离，只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒 沸混合物。为了测定双液系的 T-x 图，需在气液平衡后， 同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。实验中 气液平衡组分的分离是通过沸点仪实现的，而各相组成的 准确测定是通过阿贝折光仪测量折射率进行的。 本实验测定的苯乙醇双液系相图属于具有最低恒沸点一 类的体系。方法是利用沸点仪（图 III-3-2）直接测定一系 列不同组成混合物的气液平衡温度（沸点） ，并收集少量气 相和液相冷凝液，分别用阿贝折光率仪测定其折射率，然 后根据折射率与样品浓度之间的工作曲线，查
14、得所对应的气相、液相组成。 沸点仪有多种，各自有各自的特点，但主要是达到测量沸点和分离平衡时气相和液相的 目的。本实验使用的沸点仪是一只带有回流冷凝管的长径圆底蒸馏瓶。冷凝管底部有一凹 形小槽，可收集少量冷凝的气相样品。通入的电流先经过变压器调压后，再通过浸没在溶 液中的电热丝对溶液加热，这样可防止暴沸和过热现象。图 III-7-2 沸点仪的结构图1.温度计；2.加样口；3.电热丝；4. 气相冷凝液取样口；5 凹形小槽三、实验仪器及试剂 沸点测定仪 1 套 阿贝折光仪（包括恒温装置） 1 套 长、短吸管 各 15 支 调压器 1 台 温度计（50-100 C, 1/10 C） 1 支 量桶（1
15、00 ml） 1 个 烧杯 （500 ml） 1 个 丙酮 (C. P.) 环已烷-异丙醇混合液 （595%） 10 个 四、实验步骤 1.按照图 III-3-2 所示安装好仪器。要注意电热丝以及电热丝连线的接点应完全浸没在液 体内；温度计的水银球应一半没在待测液里，但不能和电热丝相接触。 2.溶液沸点及气相、液相组成的测定 分别测定体积百分比为 5%、15%、25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%、95% 的环已烷-异丙醇混合物在沸点下的气相、液相组成。测定方法为：取 25 毫升溶液，置于 沸点仪之蒸馏瓶内，接通冷凝水，通电并缓慢调节变压器使液体加热至沸腾，控制蒸汽在 冷凝管回流高度为 2 厘米左右。观察温度计的变化，待温度计稳定后，再维持 3-5
