Transcript 静态法测液体饱和蒸汽压
液体饱和蒸气压的测量 一、实验目的 1、明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液平衡的概念，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。测定的实验原 理; 2、用等压管法测定不同温度下水的饱和蒸气压，初步掌握真空实验 技术; 3、学会用图解法求被测液体在所测温度范围内的平均摩尔汽化焓及 正常沸点。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 二、实验原理 液体的饱和蒸气压是指在一定温度下，气液两相平衡时蒸气的压力。 处于一定温度下的纯液体，其中动能较大的分子，要不断地从液体表面逸出变成蒸气，此过程称 为蒸发；与此同时，也会有蒸气分子回到液体中，此过程称为凝聚。当蒸发与凝聚的速率相等时， 就达到了动态平衡，此时的蒸气压力就是该温度下液体的饱和蒸气压。温度越高，能逸出液面的 分子数越多，因此，达到动态平衡时，液面上的饱和蒸气压就越高。当液体的饱和蒸气压与外界 压力相等时，液体便沸腾，此时的温度称为液体的沸点。液体的沸点随外压的变化而变化，若外 压为标准压力（取100KPa），则液体沸点就称为正常沸点。 单位物质的量的液体蒸发过程的焓变，即为该液体的摩尔气化焓 。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 二、实验原理 由热力学理论，液体饱和蒸气压随温度变化的定量关系，可由克劳修斯-克拉 贝龙（Clausius-Clapeyron）方程给出： d ln p vap H m dT RT 2 式中p为液体在温度T时的饱和蒸气压，R为气体常数，R＝8.314J·K-1·mol-1 在温度较小的变化范围内， vap Hm 可视为与温度无关，积分上式可得： vap H m 1 ln p c R T 由上式可知，若以 lnp 对 1/T 作图应得一直线，由直线的斜率k得到 vap H m Rk 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 二、实验原理 vap H m Rk 由实验测定几个不同温度下饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率k，根据上 H 式即可求出 vap m 测定饱和蒸气压的方法有动态法、比较法、饱和气 流法、静态法等。本实验采用静态法。即在一定的 温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内 无杂质气体。为此用一个球管与一个U型管相连，构 成了实验测定的装置，其外形如右图所示。 等压管示意图 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） C B A 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 二、实验原理 球a中盛有被测液体，U 形管bc部分以被测液体作为封闭液。测定时先将a 与b之间的空气抽净，然后从c的上方缓慢放入空气，使等压计b、c两端的 液面平齐，且不再发生变化时，则ab之间的蒸气压即为此温度下被测液体 的饱和蒸气压，因为此饱和蒸气压与c上方的压力相等，而c上方的压力可 由压力计直接读出。温度则由恒温槽内的温度计直接读出，这样可得到一 个温度下的饱和蒸气压数据。当升高温度时，因饱和蒸气压增大，故等压 计内b液面逐渐下降，c液面逐渐上升。同样从c的上方再缓慢放入空气，以 保持bc两液面的平齐，当恒温槽达到设定的温度且在bc 两液面平齐时，即 可读出该温度下的饱和蒸气压。用同样的方法可测定其它温度下的饱和蒸 气压。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 三、实验仪器与药品 等位计； 冷凝管； 缓冲储气罐; 循环水真空泵； 数字式压力计； 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 四、实验装置图 液 体 饱 和 蒸 气 压 测 定 装 置 图 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 五、实验步骤 采用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1/2～2/3体积，B和C球适量，然后按 图连接好各部分。 初始状态：平衡阀1、平衡阀2、进气阀均应打开。 打开数字真空压力计，待数字稳定后按采零键。显示应为 0.0 。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 2、系统气密性检查 关闭平衡阀1，打开进气阀使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至 压力计显示为-90.0kPa时，关闭平衡阀2，使系统与真空泵、大气皆不通。观察 压力计读数，如读数能在2分钟内几乎维持不变（ΔP≤0.1kPa），则表明系统不 漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 五、实验步骤 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接通冷凝水，关闭平衡 阀1，打开平衡阀2和进气阀。抽气降压至液体沸腾，此时AB弯管内的空气 不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾3分钟，可认为空气被排除干净。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 五、实验步骤 4、饱和蒸气压的测定 排净空气，且体系温度恒定后，关闭平衡阀2和进气阀。打开平衡阀1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，则须重 新排除空气)，直至B管、C管中液面平齐，关闭平衡阀1，记录温度与压力计读 数（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面，须小心打开平衡阀2 调平 齐）。 然后，将恒温槽温度升高3℃～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，应随时打开平衡阀 1缓缓放入少量空气，使 C管中气泡不冒出，空气不进入。体系温度恒定后，调 整平衡阀1和平衡阀2使B、C管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高 3℃，测定一次压差，总共测7～8个值。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 六、数据记录及处理 （一）数据记录 实验者 实验时间 室温 大气压： 实验前 实验后 不同温度下水饱和蒸气压的测定 温度/℃ 温度/K 大气压/ kpa 40 43 46 49 52 55 58 61 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 表压/ kpa 蒸气压/ pa 液体饱和蒸气压的测量 六、数据记录及处理 （二）数据处理 1、由上表数据绘制蒸气压p对温度T的曲线（p-T图） 2、从p-T曲线图中均匀读取10个点，列出相应的数据表，绘制出lnp1/T直线图，求出直线的斜率，由斜率算出水在此温度下的平均摩尔 汽化焓，由曲线求得水的沸点。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 七、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。 3、在操作过程中要防止空气倒灌，一旦倒灌必须重新排气。 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 液体饱和蒸气压的测量 七、思考题 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?如 果空气未被抽净，所测定的蒸气压与标准值相比，是偏大还偏是小？（如 果空气未抽净，等压计内存有一定量的空气，所测量的蒸气压值偏高）。 2、压力计所读数值是否是纯水的饱和蒸气压? 3、如果测定乙醇水溶液的蒸气压，本实验的方法是否适用？ 物理化学实验（EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY）