物理化学实验-纯液体饱和蒸气压的测定

实 验 纯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，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。

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。

三．实验原理
在通常温度下(距离临界温度较远时)，密闭真空容器中，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压力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101.325p kPa =时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

1、 饱和蒸气压的测定： （1）抽气减压，使*ac p p =；
（关闭通气阀1，打开通气阀2及抽气阀，用水泵抽气减压） （2）调节b 、c 两液面相平，测定
b p ，则*b p p = （关闭通气阀2，缓慢打开通气阀1） 2、 平均摩尔气化热vap m H ∆的测定：
根据克劳修斯—克拉贝龙方程，有：
*2ln vap m
H d p dT RT ∆=
式中，R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度；vap m H ∆为在温度T 时纯液体的摩尔气化热。

假定vap m H ∆与温度无关，或因温度范围较小，vap m H ∆可以近似作为常数，积分上式，得：
*ln vap m H p C
RT
∆=-
+
其中：C 是积分常数，以ln p 对1/T 作图，应为一直线，直线的斜率为vap m
H R
∆-，由斜率
可求算液体的vap m H ∆。

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。

四． 实验仪器与样品
1. 仪器：饱和蒸气压装置 一套
2. 样品：蒸馏水 实验装置：
图1 纯液体饱和蒸气压测定装置图
1. 精密数字压力计表的使用：
（1） 预热：将开关置于标有“ON”的位置，通电预热30min 后，方可进行实验测定，否则
将影响实验精度。

（2） 调零：按“采零”键，调节零点的读数为“0.00”，重复2~3次。

（3） 关机：关机前，应使测量体系与大气相连通后方可关机。

（4） 压力计是以实验室的大气压作为“0”基准点进行测压。

例如：实验室的大气压为
99.65KPa ，仪器在完全连通实验室大气压的状态下“采零”,实验过程中，如果压力计的示数为-20KPa ，则体系的真实压力比实验室的大气压小20 KPa ，为79.65KPa 。

2. 恒温水浴调节：温度恒定5min 后才能测定。

五．实验步骤
1. 装样：吹热A 球（排空气）→将蒸馏水放入等压计B 、C 间的Ｕ形管中→自然冷却 →蒸
馏水吸入A 球→重复几次→蒸馏水装入A 球的2/3(本实验中样品已事先装好)。

2. 检漏：
接通冷凝水→打开平衡阀1、平衡阀2及抽气阀→调节恒温槽温度为实验温度t 1=50℃并恒温10min→压力计“采零” （按“采零”键）→关闭平衡阀1→打开抽气水泵→抽气减压→压力计读数为53~67 KPa→关闭平衡阀2→观察是否漏气。

3. 测定：
(1) 同一温度t 下的测定：
①如果不漏气则可直接进行以下步骤：（接2的检漏步骤）→打开平衡阀2→抽气减压→U 型管等位计中b 、C 间有气泡形成并逐渐排出→有连续气泡排出→关闭平衡阀2（如果液体暴沸，稍微打开平衡阀1使沸腾缓和后再关闭平衡阀1）→缓慢沸腾3~4min →缓慢打开平衡阀1使b 、c 液面相平→读出压力计的压力值。

②关闭平衡阀1，打开平衡阀2→U 型管等位计中b 、C 间有气泡形成并逐渐排出→有连续气泡排出→关闭平衡阀2（如果液体暴沸，稍微打开平衡阀1使沸腾缓和后再关闭平衡阀1）→缓慢沸腾3~4min →缓慢打开平衡阀1，调节b 、c 液面相平→读出压力计的压力值(重复读数两次)。

(2) 不同温度下的测定：
（接上步骤）缓慢打开平衡阀1、平衡阀2及抽气阀→压力计读数显示为“0.00” KPa→关闭水泵→调节恒温槽温度为实验温度i t ，使i t =55 、60、65、70℃(2,3,4,5i )，分别重复(1)中的实验步骤。

六．注意事项
1. 实验前必须严格捡漏，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。

2. 注意控温，测量中，恒温水浴的回差控制应在最小值，等压计必须垂直，且全部放置于恒温水浴中的液面下，否则其温度与水浴温度不相同。

3. 必须排净U 形管空中全部空气，使A 球液面上空只含待测纯液体的蒸气分子。

4. 实验过程中严防空气倒灌，否则实验重新操作。

5. 防止液体暴沸。

水泵操作要缓慢，关停水泵前，要先使测量系统与大气相连通，防止水泵中的水倒灌。

七．数据处理
室温： 大气压： 1. 列表
表1 蒸馏水在不同温度下的饱和蒸汽压
t/℃
50
55
60
65
70
/T K 11
/K T
- p kPa 表压 *
/p kPa
*
ln(/)p kPa
2. 绘制*
1
ln p T
-
图,求出斜率并计算出vap m H ∆； 3. 计算相对误差：vap m H ∆(理论) = 41.90 kJ/ mol 。

八．实验预习思考题
1. 克克方程在纯物质两相平衡；其中一相是气相，且可看成理想气体、vap m H ∆与温度无关，或因温度范围较小条件下可以把vap m H ∆近视看成常数，积分后作ln p 对1/T 作图，得到一条直线，直线的斜率vap m
H R
∆-
后得到vap m H ∆。

2. 若某液体的气化热与温度有关，则气化热温度升高时，气化热 减少 ；温度降低时，气化热 增加 。

3. 等压计U 型管BC 段的液体的作用是 起到检测压力的作用，冷凝管的作用是将U 型管内封闭液蒸气冷凝，防止其“蒸干”，用液体本身做U 型管BC 段的的封闭液的原因是封闭液是做封闭和等压计用，若用其他液体做封闭液，会使结果偏高。

4. 使用水泵（或油泵）时应注意水泵操作要缓慢，关停水泵前，要先使测量系统与大气相连通，防止水泵中的水倒灌。

5. 捡漏时，判断系统不漏气的依据是 观察测压仪读数，若读数不变，则系统不漏气
6. 要使平衡管中的空气完全排空，则应 将水浴温度升高到正常沸点5°C 左右保持数分钟即可。

实验中，在开启平衡阀1放空气入体系内调节两液面相平的步骤中，若空气放得过多，但没有倒灌入体系中时，可以用酒精灯对储液管微加热,驱赶掉多余的空气；若空气倒灌，则必须重新排除空气。