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1、物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学物理化学实验 PHYSICAL CHEMISTRY主讲 谭碧生 Email:材料类专业课程西南科技大学物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学液体饱和蒸气压的测定 一、实验目的 1.用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。2.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
2、，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常 沸点。 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学二、预习要求1.掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。2.了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。3.掌握水银温度计的露茎校正方法。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学三、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
3、称为该温度下液体的饱和 蒸气压，简称为蒸气压。蒸发一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p (101.325kPa）时，液体的沸点 称为该液体的正常沸点。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克 拉贝龙
4、方程式表示: 式中，R为摩尔气体常数;T为热力学温度 ;vapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。 假定vapHm与温度无关，或因温度范围较小， vapHm可以近似作为常数，积分上式，得: (1) 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学(2) 其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对 作图， 应为一直线，直线的斜率为 由斜率可求算液体的vapHm。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS O
5、F PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法 ，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一 般适用于蒸气压比较大的液体。实验所用仪器是纯液 体饱和蒸气压测定装置，如下图所示。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学纯液体饱和蒸气压测定装置图 1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压 力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞；10.安全瓶。 液体饱和蒸气压的测
6、定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学平衡管由A球和U型管B、C组成。平衡管上接一冷 凝管5，以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体，当A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B管与C管的液面 处于同一水平时，则表示B管液面上的(即A球液面上的 蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液 两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的 大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液 体的饱和蒸气压。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验 方法，有升温法和降温法二
7、种。液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学四、仪器药品 1.仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置1套;放大镜(5)1只; 直尺1把。2.药品 蒸馏水; 乙醇或乙酸乙酯。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学五、实验步骤 方法一: 升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A球约23体积，B和C
8、球各12体积，然后按图装妥各部分。 2.系统气密性检查 关闭活塞8，旋转三通活塞9使系统与真空泵连通 ，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为 53kPa(40cmHg）时，关闭活塞9，使系统与真空泵 、大气皆不通。观察U型汞压力计的一臂汞面高度，如汞 面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则 应逐段检查，消除漏气原因。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学3.排除AB弯管空间内的空气 AB弯管空间内的压力包括两部分:一是待测 液的蒸气压;另
9、一部分是空气的压力。测定时，必 须将其中的空气排除后，才能保证B管液面上的压 力为液体的蒸气压，排除方法为:先将恒温槽温度 调至第一个温度值(一般比室温高2左右)接通冷 凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时AB弯管内 的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟， 可认为空气被排除干净。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学4.饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活 塞8缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入AB弯 管中，如果发生空气倒灌
10、，则须重新排除空气)，直至B 管、C管中液面平齐，关闭活塞8，立即记录温度与汞压 力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低 于B管的液面，须抽气，再调平齐）。 然后，将恒温槽温度升高35，因温度升高 后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避 免B、C管中液体大量蒸发，应随时打开活塞8缓缓放入 少量空气，保持 C管中液面平静，无气泡冒出。当体系 温度恒定后，再次放入空气使B、C管液面平齐，记录温 度和压差。然后依次每升高35，测定一次压差， 总共测78个值。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYS
11、ICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学方法二:降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压 1.装置仪器:同方法一中1。 2.系统气密性检查:同方法一中2。 3.排除AB弯管空间的空气 接通冷凝水，调节活塞9使系统降压13kPa(约 10cm汞柱），加热水浴至沸腾，此时A管中的水部 分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面 逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯 管内的空气。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学4.饱和蒸气压的测
12、定 停止电炉加热，控制水浴冷却速度每分钟不超 过1，此时液体的蒸气压(即B管上空的压力)随温 度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则 B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度(读 至0.01)和汞压力计两臂汞面的压差，同时读取 辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行 校正。读数后立即开启活塞9抽气，使系统再降压 10kPa(约8cm汞柱)并继续降温，再待B、C两管 液面平齐时，记下此瞬间的温度和压差，马上又抽气 再递减压力若干Pa。如此若干次(约10次)，分别记 录一系列的B、C管液面平齐时对应的温度和压力， 一直做到水浴温度降至约55为止。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实
13、验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学注意: 实验中每次递减的压力要逐渐减少(为什 么？)。实验完毕后先旋转活塞9使之体系及真空泵 与大气相通才可断开真空泵的电源(为什么？)。六、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.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。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIM
14、ENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学3.升温法测定中，打开进空气活塞8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。 4.降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时， 读数要迅速，读毕应立即打开活塞9抽气减压，防止 空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB弯 管内之空气。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学七、数据处理 1.数据记录表 大气压= kPa 室温 度 U型压差计
15、 t测 / t环/ 露茎 高度h h左/KPa h右/KPa 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学2.数据处理表 露茎校 正值t T实 h kPa p测 kPa lnp 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学3.绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系数 4.以lnp对 作图，求出直线的斜率， 并由斜率算出此温度间隔
16、内水的平均摩尔气化热 vapHm，通过图求算出纯水的正常沸点。 液体饱和蒸气压的测定 物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）西南科技大学西南科技大学【思考问题】1.为什么AB弯管中的空气要排除净，怎样操作， 怎样防止空气倒灌? 2.何时读取U型压力计两臂的压差数值，所读数值 是否是纯水的饱和蒸气压? 3.引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温 度计? 液体饱和蒸气压的测定 观看动画物理化学实验物理化学实验 （ EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTR
