氯化钠溶液饱和蒸汽压测定实验

实验九氯化钠溶液饱和蒸气压测定实验

一、实验目的

测定不同温度下氯化钠溶液的饱和蒸气压数据，采用Antoine方程进行关联，得出模型参数。

测定体系：质量分数15%的 NaCl-H2O

二、实验原理

本实验是采用动态沸点法，当液体的蒸气压与外界压力相等时，液体就会沸腾。沸腾时的温度就是液体的沸点，对应的外界压力就是液体的蒸气压。在不同的外压下，测定液体的沸点，从而得到液体在不同温度下的饱和蒸气压。

动态法的测压范围多为常压以下，适用于高沸点液体蒸气压的测定。实验系统简单，安装方便，测量简单、迅速。实验时，先将体系抽气至一定的真空度，测定此压力下液体的沸点，然后逐次往系统放入空气，增加外界压力，并测定相应的沸点。

Antoine方程是最基础的蒸气压关联方程。其适用范围在3~200kPa，超出此范围所得的压力值一般偏低。

对于混合物而言，Antoine方程的具体形式如下

∑=

-+

=

n

i

i

i

i

w

C

T

B

A

p

)

100

)}](

/(

1000

{

[

lg

式中，p——溶液的饱和蒸气压，单位kPa；

T——温度，单位K；

w——溶质NaCl的质量分数；

A i、

B i——Antoine方程中的参数，利用溶液的蒸气压数据回归得到。

已知当溶剂为水时，C=43.15。关联数据时要求n=3。

三、仪器

该装置采用动态沸点法测定溶液饱和蒸气压，具有快速、准确等优点。该装置由两口烧瓶（500ml）、恒温油浴槽、强磁力搅拌器、回流冷凝器、低温箱、隔膜真空泵、压力数据采集器、温度数据采集器、大气压力表等部分组成。

实验时，烧瓶中放入待测溶液约250ml,装置中所有玻璃管和玻璃管的连接处均涂有真空硅脂，玻璃管和橡胶管之间均涂有真空泥，以确保系统的密封性能。

四、药品

氯化钠（99.5%）去离子水

五、操作步骤

（1）将待测溶液（质量分数为15%的NaCl水溶液）约250ml置入烧瓶中，搭建好测定装置。（2）开启低温箱，在冷凝器中通入-4℃的冷却乙醇（低温箱控制水温）。

（3）开启磁力搅拌器。

（4）开启真空泵，调节真空调节阀器使系统稳定于较高真空度（例如绝压3kpa）。

（5）开启恒温槽加热，将恒温加热槽设定到一定温度，开始加热。

（6）观察烧瓶中的溶液，当溶液沸腾时，温度读数不变，记下此时压力数据采集器、温度数据采集器的读数。

（7）调节真空调节阀，使系统稳定于另一较低真空度，继续实验步骤（5），（6），直到实验结束。

（8）结束实验，对试验后的装置和试剂进行处理。

六、实验数据记录与处理

初步数据处理：

用Matlab的fittype函数求解Antoine方程各参数的初值。

令x=1000/(T-43.15)，y= lg p。

Matlab命令为：

>>clc;

>>clear;

>>x=[3.8145 3.7140 3.6052 3.5710 3.4535 3.3425 3.2616 3.2254 3.1403]

>>y=[0.6274 0.8007 0.9872 1.0434 1.2425 1.4259 1.5650 1.6211 1.7690]

>>A0=[]

A1=[]

A2=[]

A3=[]

B0=[]

B1=[]

B2=[]

B3=[]

>>y1=fittype('(A0+(x*B0))+(A1+(x*B1))*15+(A2+(x*B2))*15^2+(A3+(x*B3))*15^

3','independent','x')

>>cfun = fit(x',y',y1)

运行后，得到：

A0 = 0.8145 (-3.023e+044, 3.023e+044)

A1 = 0.9017 (-2.541e+029, 2.541e+029)

A2 = 0.06566 (-2.149e+043, 2.149e+043)

A3 = -0.006532 (-1.343e+042, 1.343e+042)

B0 = 0.6322 (-8.906e+004, 8.906e+004)

B1 = 0.09503 (-6.77e+004, 6.77e+004)

B2 = 0.2409 (-5.155e+004, 5.155e+004)

B3 = -0.01717 (-3526, 3526)

其中

lgP=(A0+(1000*B0/(T-43.15)))*15^0+(A1+(1000*B1/(T-43.15)))*15^1+(A2+(1000*B2/(T-43.15)))*15^2 +(A3+(1000*B3/(T-43.15)))*15^3

数据处理：

将以上结果作为初值，代入excel表格中进行规划求解。以p偏差的平均值设为目标单元格，将8个参数设为可变单元格，求出使p偏差最小的一系列参数Ai，Bi（i=0,1,2,3），规划求解后的表格如下：

以第一组数据为例：

使用matlab 拟合数据可求出：

A0=0.8145 A1=0.9017 A2=0.06566 A3=-0.006532 B0=0.6322 B1=0.09503 B2=0.2409 B3=-0.01717 当溶剂为水时，C=43.15

lgP 计算=∑[A i 3

i=0+{1000B i

T −C

}](100w )i =0.6269

P 计算=100.6269=4.2354

压力偏差∆P =|P 实验−P 计算|

P 实验

×100%=

|4.24−4.2354|

4.24

×100%=0.1083%

根据(){}()3

lg 1000/100i

i i i P A B T C w =⎡⎤=

+-⎣⎦∑计算可以反解出T 计算， T 计算=305.3292K 同时

求出温度偏差： ∆T =|T 计算−T 实验|=|305.3292−305.31|=0.0192

七、 实验结果讨论

分析本次实验及数据处理的误差可能存在以下几个方面：

1、 测定物系，即NaCl 溶液的质量分数配制时并不一定严格等于15%，并且在测定过程中，由于回流时会有一定量的水留在冷凝管壁上，溶液的质量分数又会有一定偏差。

2、 由于实验操作中为了加快速度，油浴的温度设定比较高，所以不容易把握溶液沸腾的准确时间、准确温度。