物化实验报告：饱和蒸汽压的测定

华南师范大学实验报告
学生姓名学号___ ___
专业___ 化学（师范）__ 年级、班级___ ____
课程名称___ 物理化学实验____ 实验项目饱和蒸汽压的测定
实验类型□验证□设计□综合实验时间_ 2013 _ 年 11 月 19 日实验指导老师_____李国良老师_ 实验评分
【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。

【实验原理】
在封闭体系中，当液相的蒸发速度与相应气相的凝聚速度相等时，体系达到动态平衡，此时的蒸气压为该温度下的饱和蒸气压，液体的饱和蒸气压等于外压时的温度为液体的沸点，因此沸点是随外压变化的，当外压为101.325KPa时，称之为正常沸点。

每蒸发1mol液体所需的热量称该温度下的摩尔汽化热。

克拉贝龙-克劳修斯方程描述了饱和蒸气压，温度与摩尔汽化热之间的关系：
d d vap m
ln p T
H
RT =
∆
2
式中，T为热力学温度，K；p为纯液体在温度T时的饱和蒸汽压，P
a
；R为摩尔气体常数，8.314J/（mol·K）；△vap H m为纯液体在在温度为T时的摩尔汽化热，J/mol。

它是克拉贝龙方程式的简化形式，可以根据该式测定液体的饱和蒸气压。

饱和蒸汽压是液体工质最基本的物性参数之一, 是化工、生产、科研、设计过程中的重要基础数据，所以掌握通常测量饱和蒸气压的方法具有很大的实际意义。

液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：静态法，动态法和饱和气流法。

动态法是指在不同外界压力下, 测定液体的沸点, 又称沸点法。

动态法与其它两种方法相比具有操作简单，结果比较准确的优点，适用于蒸气压不太高的液体。

本实验采用动态法来测量水的饱和蒸气压，并由此得到水的正常沸点和摩尔汽化热。

在封闭体系中，液体很快和它的蒸气达到平衡。

这时的蒸气的压力称为液体的饱和蒸气压。

蒸収一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。

它们的关系可用
克拉贝龙-克劳修斯方程表示：
d d vap m
ln p T
H
RT =
∆
2
若温度改变的区间不大，∆H可视为为常数(实际上∆H与温度有关)。

积分上式得：
上式表明log P与1
T
有线性关系。

作图可得一直线，斜率为。

因此可得实验温度范围
内液体的平均摩尔汽化热∆H。

当外压为101.325kP
a
(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。

【实验装置】
图1中，平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。

冷凝管与U形压力计6和缓冲瓶7相接。

在缓冲瓶7和安全瓶11之间，接一活塞9，用来调节测量体系的压力。

安全瓶中的负压通过真空泵抽真空来实现。

安全瓶和真空泵之间有一三通阀，通过它可以正确地操作真空泵的启动和关闭。

A球中装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸汽，并且当B管与C管的液面处于同一水平时，表示B管液面上的蒸汽压(即A球面上的蒸汽压)与加在C管液面上的外压相等。

此时体系汽液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。

用当时读得的大气压减去压差计两水银柱的高度差即为该温度下液体的饱和蒸汽压。

纯液体饱和蒸汽压测定装置图
1-盛水大烧杯;
2-温度计(分度值为0.1°);
3-搅拌;
4-平衡管;
5-冷凝管;
6-开口U形水银压力计;
7-具有保护罩的缓冲瓶;
8-进气活塞;
9-抽气活塞;
10-放空活塞;
11-安全瓶;
12、13-橡皮管
14-三通活塞
【仪器与药品】
JJ-1 增力电动搅拌器（40W）（江苏省金坛市环宇科学仪器厂） 1 台
方帆牌热得快（余姚市余姚镇方达电器厂） 1 台
电动搅拌器 1 台
双塔牌变压器（220V，50Hz） 1 台
1/10℃温度计 1 支
抽气泵 1 台
大气压表 1 支
气温计 1 支
U 型压力计 1 支
【实验步骤】
1、熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。

2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。

使A球内有2/3体积的液体。

并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。

3、系统检漏：管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。

这样做是为了防止真空泵油倒吸。

用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为20—40毫米，关闭活塞9。

仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。

否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。

4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定：
A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并使其全部浸没在液体中。

插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。

B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。

此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。

将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。

拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。

C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C 管中逐渐有气泡逸出。

本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。

停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。

这个温度
便是实验大气压条件下液体的沸点。

D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U 形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。

立即记下此时的温度和U 形压力计上的读数。

此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。

继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度，反复多次，约10个点。

温度控制在80 C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。

为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。

实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。

【实验数据记录与处理】
①实验测得的数据记录
福廷式气压计读数：大气压：102.31KPa 温度：20.8℃
换算：102.31KPa＝767.3902mmHg
福廷式气压计读数温度影响的校正：
不同温度下纯水的饱和蒸汽压
次序温度t/℃温度T/K 1/T/K-1测压仪的示数
蒸汽压p/Pa Ln p
/mmHg
1 40 313.15 0.0031934 -708.6 7838.492671 8.940302
2 45 318.15 0.0031417 -690.5 10251.62187 9.235191
3 50 323.15 0.0030945 -668.0 13251.36687 9.491856
4 5
5 328.15 0.0030474 -641.1 16904.38967 9.735329
5 60 333.15 0.0030017 -610.
6 20904.0496
7 9.947698
6 65 338.15 0.0029573 -575.6 25570.3196
7 10.14919
7 70 343.15 0.0029148 -527.6 31969.77567 10.37255
8 75 348.15 0.0028723 -472.5 39315.817787 10.57938
②作ln p －1/T的图，求纯水的正常沸点T正常
∵标准大气压为101.325KPa，则ln p＝11.5261
代入y = -5042.5x + 25.075得：
11.5261= -5042.5x + 25.075
解得：1/T＝x ＝2.6869×10-3 K-1
∴纯水的正常沸点为：T＝372.176 K
③根据ln p－1/T直线的斜率，求纯水在实验温度区内的平均摩尔汽化热Δvap H m Δvap H m＝－Rm＝－8.314×(－5042.5) ＝41923.345 J/mol＝41.923345 kJ/mol
④计算T正常、Δvap H m的相对误差，并对实验结果进行讨论
查文献得：
T正常的相对误差：Δvap H m的相对误差：理论值(100℃、101.325kPa)下纯水汽化热Δvap H m＝40.70 kJ/mol
沸点Tb = 373.15 K
【实验讨论】
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正常的代入计算，通过计算并与文献值比较，相对误差较小，实验数据较为准确。

2、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。

实验平均温度比文献上的高，因此比文献值略高。

而正常沸点是在101.325kPa下，而本次实验的大气压校正后较标准大气压偏大，但测得沸点较文献值低。

原因一，气压计的仪器误差，本次实验压力校正并未対仪器误差进行校正。

原因二，没有对海拔高度和纬度进行校正。

以上两个原因导致了实验测得的压力大于标准压力，但测得的沸点却小于文献值。

【思考题】
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。

【参考文献】
[1]何广平南俊民等物理化学实验.北京：化学工业出版社，2008 [2] 付献彩、沈文霞、姚天扬编，《物理化学》
[2]付献彩、沈文霞、姚天扬编，《物理化学》，第四版，上册，第144页，高等教育出版社（1990）。