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1、 一、实验目的一、实验目的 1.明确纯液体饱和蒸汽压和蒸汽压的概念及其与温度的关系，加深对劳修斯-克拉贝 龙(Clausius-Clapeyron)方程式的理解。 2.掌握静态法测定纯液体饱和蒸汽压的原理及方法，并学会用图解法求纯液体的平 均并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。 3.了解数字式低真空侧压仪=，熟悉常用的气压计的使用及校正的方法，初步掌握真 空实验技术。二、实验原理二、实验原理 在一定温度下(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。 液体的饱和蒸气压与温度的
2、关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: 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。 在温度变化范围不大时，vapHm可以近似作为常数，积分上得: 由此式可以看出，以 lnp对 作图，应为一直线，直线的斜率为 m= ，由斜率可求算液体的vapvapH Hm m=-Rm=-Rm 当液体的饱和蒸汽压登月外界压力时，液体沸腾，此时的温度即为该液体的沸点，当 外压为 1atm(1.01325kPa)时，液体的沸点成为正常沸点。 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
3、液体饱和蒸气压测 定装置，如图-3-1 所示。 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。四、实验步骤四、实验步骤 1.将纯水倒入等压计中 （这部分已由老师装置完毕） 检查 U 形管两边处于同一水平，水面接近 B 球底部位置。 2.系统
4、气密性检查 关闭直通活塞，旋转三通活塞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-53.3kPa(400mmHg）时，关闭三通活塞，使系统与真空泵、大气皆不通。 观察压力计示数，如果在 3 分钟内示数维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查装 置每个部分，消除漏气原因。 3.排除管内的空气 先将恒温槽温度调至 40oC 接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时弯管内的空气 不断随蒸气管逸出（速度不宜过快，若过快可适当打开漏入空气，但不应使空气倒灌）， 如此沸腾 3 分钟，可认为空气被排除干净。 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，打开直通活塞缓缓
5、放入空气（切不可太快， 以免空气倒灌入弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至 B 管、C 管中液面 平齐，关闭直通活塞，立即记录此时的温度与压力差（如果放入空气过多，C 管中液面低 于 B 管的液面，须再缓慢抽气，再调平齐）。 然后，将恒温槽温度升高 5，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，应随时打开直通活塞缓缓放入少量空气，保持 C 管中液面相对平静。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 5，测定一次压差，总共测 7 个值。五、实验记录和数据处理五、实验记录和数据处理 1、记录
6、:将测得数据计计算结果列表： 室温：24.4oC 气压计读数：102.600kPa 校正后压强校正后压强 102.217kPa102.217kPa2、根据实验数据作出 lgP1/T 图,根据斜率求出摩尔汽化热vapH 与正常沸点。纯水的正常沸点为在一个大气压下,(101.3kPa)下的沸点。由上面的回归方程可知， T T正常正常=374.10K=100.95=374.10K=100.95o oC C vapvapH Hm m=-Rm=41.04KJ=-Rm=41.04KJ 3、计算 T正常、vapHm的相对误差，并对数据结果进行讨论。 T正常相对误差 Et=（374.10-373.15）/37
7、3.15100%=0.25% vapHm相对误差 Et=(41.04-40.63)/40.63100%=1.01%六、讨论与思考六、讨论与思考 1、根据测量数据，将校正压力 p 取对数值 lnp 作为纵坐标，以开氏温度倒数 1/T 作为 横坐标，绘制散点图。由出 lnp-1/T 关系图可以看出，直线相关性较高，线性较好，因而斜率 m 较为准确，可以用于进行平均摩尔汽化热vapHm与正常沸点T T正常正常的代入计算。通次数温度 t/1/T压强差p/kPa压强 p/kPalnp140.10.003192338-94.357.8672.062676795245.080.003142381-92.22
8、9.9972.302285048350.150.003093102-89.5712.6472.537420033455.060.00304683-86.3315.8872.765501165560.090.00300084-82.1120.1073.001068013665.180.002955694-77.125.1173.223544908770.090.002913413-71.131.1173.437754294过计算结果，并与参考文献数值比较，相对误差比较小，因此实验数据较为完好。 2、实验过程中，进行了两次。第一次实验相对失败，由于在空气漏入时没有控制得当， 导致 U 形管中过多的
9、水倒灌入 A 球，以至于 U 形管液面过低难以读数，且空气进入馆内， 气密性受到影响，实验不能进行下去。 3、在更换了仪器之后，重新开始进行实验。后续进行较为顺利。但在 U 形管调节过程 中，难以控制恰好两边平衡，且平衡后因 A 球内水继续沸腾液面依然会出现差值。故实验 中在调节时适当预留液面差，待 A 球内沸腾后渐渐平衡液面差，则左右液面恰好接近持平。 通过多次实验总结经验，掌握了该方法后实验速度较快提高。 4、参见数据。纯水的平均摩尔汽化热比文献值要略高，主要原因为该参数是温度的函 数，随着温度变化而变化。实验平均温度约 55.1，比原定平均温度 55，因此比文献值 略高。而正常沸点是在
10、101.325kPa 下，而本次实验的大气压校正后较标准大气压偏大，因 此测得沸点较文献值高。六、提问与思考六、提问与思考 1、什么是液体的饱和蒸汽压？什么叫正常沸点？液体的沸点与外压有何关系？ 在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压力称为饱和蒸 气压；在外压为一个大气压的时候液体的沸点称为正常沸点；液体沸点随着外压增大而增 大。 2、本实验方法能否用于测定其它溶液的蒸汽压？为什么？ 视具体情况而定，一般不可以。因为溶液浓度随着溶剂的蒸发而增大，蒸汽压也因此变化， 故难以测量准确。 3、等压计 U 形管液体有什么作用？冷凝器有什么作用？ U 形管中液体可以用于指示管
11、内蒸汽压与外压平衡的指标，用于等效测量管内气压；用于 冷凝蒸汽，防止蒸汽被抽入真空泵中。 4、怎样从数字式低真空测压仪示数得出纯液体饱和蒸汽压？ 通过 U 形管两边持平，等效地读出外压即等于液体饱和蒸汽压。 5、能否在加热情况下检查是否漏气？ 不能。加热过程中温度不能恒定，气液两相不能达到平衡，压力也不恒定 6、实验中为什么要防止空气倒灌？ 若发生倒灌则管内不再是纯液体的蒸汽，测量的将不是纯液体蒸汽压。 7、实验时抽气和漏入空气的速度应如何控制？为什么？ 不论抽气还是漏入空气都应该尽可能地慢，防止气压变化过大在管中变化过于明显，导致 出现倒灌或者爆沸的现象 8、实验时大烧杯中的水为什么一定要淹
12、没等压计的 U 形管？ 保证整个体系处于同一恒温状态，使得 U 形管左右两边温度相等，才能用外压等效处理为 U 形管内饱和蒸汽压强。雷诺校正：消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。雷诺校正：消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。5 5、数据记录数据记录 1. 室温、样品质量和剩余燃烧丝质量 室温: 25.50C 大气压: 101.200Kpa物质点火丝/g点火丝+样品/g样品/g总剩余/g剩余点火丝/g苯甲酸(1)0.0116 0.6542 0.6426 0.0077 0.0077 萘0.0112 0.7059 0.6947 0.0053 0.0053 苯甲酸(
13、2)0.0123 0.5167 0.5044 0.0036 0.0036 2 2、 热计常数热计常数 C C 计算计算 由图得：苯甲酸(1) T=1.083533 苯甲酸(2) T=0.7907 苯甲酸恒容摩尔燃烧热为-3226.9kj/mol n=7-15/2=-0.5mol 由 Qv=Qp-nRT = Qv=-3.2256*103kJ/mol再由 -nQv,m - m点 Q 点 = CT = ,nQ- TmQmvC丝丝分别代入苯甲酸(1)及苯甲酸(2)的 t 解出 C 求出平均值C1=15.68394845 C2=16.89593527 C=C= 16.2899418616.2899418
14、6 kJ/kJ/3 3、 萘的恒容燃烧热萘的恒容燃烧热 Qv,mQv,m 及恒压燃烧热及恒压燃烧热 Qp,mQp,m 计算计算 同理由 -nQv,m - m点 Q 点 = CT = Qv,m = -( CT - m点 Q 点)/n 解得 Qv = -5190.669045 KJ/mol 由 Qp = Qv +nRT QpQp =-5=-5195195.6.64464144641 K KJ/molJ/mol 文献值 Qp = -5153.8 KJ/mol 故相对误差为故相对误差为: : 0.812%0.812%7 7、分析与讨论分析与讨论 1、本次实验中，氧弹卡计绝热性能一般，经过雷诺校正后校正
15、值与测量值有较大差别。而 雷诺校正使用的方法为图解法，很大部分的数值通过观察所得，因此即使保证较为准确的 情况下依然存在较大误差。此为仪器造成的误差以及校正方法上的误差，难以消除。 2、在实验过程中，尤其在进行苯甲酸的压片过程，由于苯甲酸晶体结构较为难以压实，有 相当部分脱落，导致称量实际样品质量相对不足。尤其第三组数据中，由于苯甲酸的量过 少，反应中温度升高较少，导致进行水的热计常数 C 测量误差较大，也是本次实验误差较 大的一个主要原因之一。在舍弃第三组数据后，热计常数误差相对变小，但仍然较大，出 于实验的严谨性，故保留第三组数据。 3、本次实验测得恒压摩尔燃烧热（即反应焓）的数据偏高，主
16、要因为测量前面提及的水的 热计常数偏大（原因已在前面分析） ，导致最终结果偏高。 4、其它实验因素，如点火丝部分氧化、充气放气不充分等原因导致燃烧不充分，氧弹卡计 密封性不足（在密闭之后浸泡入水中有漏气现象） ，导致测试结果中出现误差，由于原因过 多且复杂，因此不逐一分析。八、思考题八、思考题 1、什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？ 在 101 kPa 时，1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物 质的燃烧热单位为 kJ/mol。反应热中 H 为负，则为放热反应；为正，则为吸热反应， 燃烧热为反应热的一种，其 H 为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧 热最大，支链越多燃烧热越小。2、什么是卡计和水的热当量？如何测得？ 卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量。单位是：焦耳/度 测法： 用已知燃烧焓的物质，放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，
