环己烷的饱和蒸汽压的测定

环己烷的饱和蒸汽压的测定

PB10xxxxxxxxx

中国科学技术大学材料科学系

摘要：

本实验根据克拉贝龙-克劳修斯方程,运用动态法研究环己烷的饱和蒸气压与温度的关系，并计算其摩尔汽化热。在实验中了解了真空泵、气压计的使用方法及注意事项。

关键词：

饱和蒸气压摩尔汽化热动态法克拉贝龙-克劳修斯方程

序言：

本实验研究的是单组分体系气-液相平衡:定温下把液体放在真空容器中，液体开始蒸发变成气体态，气态物质又可重新回到液体中。达到平衡时，通过液体表面进出的分子数相等，定温下液体与其自身的蒸气达到平衡时的蒸气压就是液体的饱和蒸气压;蒸发1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H;饱和蒸汽压与摩尔汽化热之间的关系可以用克拉贝龙-克劳修斯方程表示:

d d v a p m

l n p T

H

R T =

∆

2

当液体与外界大气压相通，并且液体的饱和蒸气压与外界压强相等时，液体沸腾，此时的温度称为沸点.沸点是随着外压的改变而变化的。

若温度改变的区间不大，ΔH可视为为常数。积分上式得：

ln 'P A H

RT

=-

∆ lnP 与1/T 有线性关系。作图可得一直线，斜率为－R

ΔH

。因此可得

实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热ΔH 。

本实验采用的是在不同外部压力下测定液体沸点的动态法。即测量多组不同气压下的沸点，并通过直线拟和计算出纯水的摩尔汽化热。本实验操作较为复杂，应注意保证体系中不要混入空气，以免影响实验结果。

实验部分：

（一）仪器

DTC-2AI 控温仪1台

南京南大万和科技有限公司

WYB-I 型真空稳压包2台 南京南大万和科技有限公司 U 型压力计1个

江苏省常州市东风仪表厂

JJ-1型增力电动搅拌器1台 江苏金坛市环宇科学仪器厂 SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵1台 郑州长城科工贸有限公司

1/10℃温度计1个 福廷式压力计1个 平衡管1个 （二）药品 环己烷液体 （三）操作步骤 1）装置概述

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。

图2-1 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

实验中，安全瓶和缓冲瓶由两台WYB-I型真空稳压包代替了。

2）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，读取实验前的气压与温度。

2、不同外部压力下环己烷沸点的测定：

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。加热，并开启搅拌马达，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环己烷，所以待测水浴中的液体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80C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。

重复BCD步骤两次，获得三组数据。

实验结束，再读取气压与温度，取前后的平均值。

结果与讨论：

㈠实验结果

实验测得，在58~81℃温度范围内，环己烷的摩尔汽化热=31.91kJ/mol,沸点为353.70K.

环己烷在20℃下的理论摩尔汽化热为33.055kJ/mol

相对误差为|31.91-33.055|/33.055=3.75%

环己烷理论沸点为(80.7+273.15)=353.85K

相对误差为|353.70-353.85|/353.85=0.0424%

㈡实验结果分析

用该实验测得的摩尔汽化热和沸点都与资料非常接近而且偏低，分析原因可能包含如下几个方面：

1. 实验理论上的误差：

克拉伯龙-克劳修斯方程推导中有多个假设：

①将蒸汽视为理想气体；