实验4 饱和蒸汽压的测定

饱和蒸汽压的测定

摘要：封闭体系中，当液体与其蒸汽平衡时，蒸汽的压力称为饱和蒸汽压。液体的饱和蒸汽压只与液体自身的性质以及温度有关，它们的关系可以用克拉贝龙-克劳休斯方程表示。本实验利用动态法，测量不同压力下环己烷的沸点，求出平均摩尔蒸发焓，同时验证克拉贝龙-克劳休斯方程式

关键词：饱和蒸汽压克拉贝龙-克劳休斯方程沸点平均摩尔蒸发焓

Measurement of Saturated Vapor Pressure

Abstract:The saturated vapor pressure is defined as the pressure exerted by a vapor in thermodynamic equilibrium with its liquid at a given temperature in a closed system. The saturated vapor pressure only depends on the liquid itself and the temperature. The relation between them can be described by Clapeyron-Clausius equation. We measured the boiling temperatures at different pressures by dynamic method, calculated the average molal heat of vaporization, and proved Clapeyron-Clausius equation.

Keywords:Saturated Vapor Pressure Clapeyron-Clausius Equation Boiling Point Average Molal Heat of Vaporization

1. 前言

液体的沸点是指液体的饱和蒸汽压与外界压强相等时的温度。它随着外压的改变而变化，因此，液体的饱和蒸汽压与温度有着密切的关系。

液体的蒸汽压与摩尔汽化热的关系可用克拉贝龙-克劳修斯方程表示。

因此通过测定不同温度下的饱和蒸汽压，可以求出液体的摩尔蒸发热及其他热力学参数。液体饱和蒸汽压常用的测量方法有静态法、动态法和饱和气流法。动态法是在不同外部压力下测定液体沸点的测定方法。与其它两种相比，动态法具有操作简单方便，测量结果比较准确，且适用于蒸汽压不是太高的液体等优点。

本实验用动态法通过测量环己烷在不同外压下的沸点，计算平均摩尔气化热，找出液体的饱和蒸汽压与温度之间的关系，并验证克拉贝龙-克劳修斯方程。

2. 实验部分

2.1. 实验目的

1. 对液体饱和蒸汽压与温度的关系作实验上的研究。根据建立起的经验方程式，求算液体

的平均摩尔汽化热。

2. 明确蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义；了解动态法测定蒸气压的基本原理。

3. 了解真空泵、气压计的使用及注意事项。

2.2. 实验原理

在封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。蒸发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

(2－1) ∆H ：摩尔汽化热(J ·mol -1) R ：气体常数(8.314J ·mol -1·K -1)

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：

d d vap m

ln p T H RT =∆2

ln 'P A H

RT =-

∆ (2－2) 或log P A B

T

=- (2－3)

常数A A ='.2303，B H R =∆vap m 2303.。 (3)式表明log P 与1

T

有线性关系。作图可得一直线，斜

率为－B 。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热∆H 。

∆vap m H RB =2303.(2－4)

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。 液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：

1、静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸汽的压力。

2、动态法：在不同外部压力下测定液体的沸点。

3、饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。

本实验利用第二种方法。此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。

实验装置图

图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

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。

2.3.实验仪器与试剂

表1 实验仪器及试剂

2.4.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，