液体饱和蒸汽压实验测定

实验四 液体饱和蒸汽压的测定

一、实验目的

1．了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系，理解Clausius- Clapeyron 方程的意义； 2．掌握静态法测定不同温度下乙醇饱和蒸气压的方法，学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化焓；

3．初步掌握真空实验技术、进一步熟悉恒温槽及气压计的使用方法。

二、实验原理 /

/

饱和蒸气压：在真空容器中，液体与其蒸气建立动态平衡时（蒸气分子向液面凝结和液体分子从表面逃逸的速率相等）液面上的蒸气压力为饱和蒸气压。温度升高，分子运动加剧，单位时间内从液面逸出的分子数增多，所以蒸气压增大。饱和蒸气压与温度的关系服从 C lausius- Clapeyron 方程：

m m

Vap V T H dT dp ∆∆=*

（4-1）

液体蒸发时要吸收热量，温度T 下，1 mol 液体蒸发所吸收的热量为该物质的摩尔气化焓。沸点：蒸气压等于外压的温度。显然液体沸点随外压而变，101.325kPa 下液体的沸点称正常沸点。

对包括气相的纯物质两相平衡系统，因V m （g ）≫V m (l )，故 △V m ≈V m （g ）。若气体视为理想气体，则Clausius- Clapeyron 方程式为：

2

RT

H p dT dp m

vap *∆= （4-2）

因温度范围小时，Δvap H *m 可以近似作为常数，将上式积分得：

[]C RT

H p p m vap +∆-=*ln （4-3）

作])/[ln(p p ～1/T 图，得一直线，斜率为 R

H m

*

vap ∆-

，由斜率可求算液体的

Δvap H*m 。

三、实验仪器

饱和蒸气压测定有静态、动态、饱和气三种方法。本实验采用静态法，

以等压计在不同

1－不锈钢真空包；2－抽气阀；3－真空包抽气阀；4－进气阀；5－DP-A 数字压力表；6－玻璃恒温水浴；7－温度计；8－等压计；9－试样球；10－冷凝管；11－真空橡皮管；12－加样口

温度下测定乙醇的饱和蒸气压。

实验仪器见图4-4，包括恒温水浴；等压计；数字压力计；真空泵及附件。

被测样装入小球9中，以样品作U型管封闭液。某温度下若小球液面上方仅有被测物的蒸气，则等压计U型管右支液面上所受到的压力就是其蒸气压。当该压力与U型管左支液面上的空气的压力相平衡（U型管两臂液面齐平）时，就可从与等压计相接的压力计测出在此温度下的饱和蒸气压。

四、实验耗材

无水乙醇。

五、实验步骤

1．装样：从加样口加入2/3体积的无水乙醇，并在U型管内装入一定体积的无水乙醇。

2．按图4-4安装仪器。

3．打开数字压力计电源开关，预热5 min，按下“复位”键，调单位至“mmHg”。

4．关闭进空气口4，打开阀门2，3和真空泵，抽真空2 min~3 min，关闭阀门3，若数字压力计上的数字基本不变，表明系统不漏气，可进行下步实验。否则应逐段检查，消除漏气因素。

5．打开阀门3，继续抽真空。这时试样球与U型管之间的空气呈气泡状通过U型管中的液体逸出。当发现气泡成串逸出时，迅速关闭抽气阀门3（若沸腾不能停止，可缓缓打开进气门4，使少许空气进入系统），2 min~5 min后关闭抽气阀门2。打开恒温水浴的加热开关，将水温升高至20℃~25℃。升温时可看到有气泡通过U型管逸出。

6．慢慢打开真空包抽气阀3，使等压计内的溶液缓缓沸腾1 min左右。缓缓打开进气门4，使少许空气进入。待等压计左右支管中液面相平时，迅速关闭阀门4，同时读出压力和温度。计算出所测温度下的饱和蒸气压（p饱和＝p大气－p表），并与标准数据比较，误差控制在5 mmHg以内。若大于此误差，重复此步骤。

7．每次升温2︒C ~3︒C，重复上述操作，测定乙醇在不同温度下的蒸气压。

8．实验结束后，打开阀门3、4，关闭气压计、恒温水浴的开关。先将系统排空，然后关闭真空泵。

六、实验结果及处理

室温t= ℃大气压p= kPa

1．将实验数据填入表4-4。注意：饱和蒸气压p* =大气压读数+压差计读数(为负值!)

表4-4 乙醇的饱和蒸气压测定试样数据记录

编号温度/℃表压/mmHg P*/Pa ln(P/[P]) 1

T/K-1

1 2 3

4 5 6

2．以])/[ln(p p 对1/T 作图，得直线，由直线的斜率求出Δvap H m *。 文献值：乙醇的正常沸点78.37℃(351.52K)，水的正常沸点为100.0℃。

作图建议： p *～T 图中p *：5 kPa/cm ， T ： 5 K/cm ； ln p *～1/T 中ln p *：0.1/cm ，1/T ：0.02 K -1/cm 。

七、实验注意事项

1．在一定的温度下，真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡，即蒸汽分子

向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。液体的饱和蒸汽压与温度有关：温度升高，分子运动加速，因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加，蒸汽压升高，所以测定蒸气压时为何要严格控制温度。排净等压计小球上面的空气，使液面上空只含液体的蒸气分子（如果数据偏差在正常误差范围内，可认为空气已排净）。但要注意抽气速度不要过快，以防止液封溶液被抽干。

2．等压计中有溶液的部分必须放置于恒温水浴中的液面以下，否则所测溶液温度与水浴温度

不同。

3．待等压计左右支管中液面调平时，一定要迅速关闭阀门4，严防空气倒灌影响实验的进行。

4．在关闭真空泵前一定要先将系统排空，然后关闭真空泵，否则可能使真空泵中的油倒灌入系统。

八、思考题

1．如何判断等位计中试样球与等位计间空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？怎样防止空气倒灌？

2．测定蒸气压时为何要严格控制温度？ 3．升温时如液体急剧气化，应作何处理？ 4．每次测定前是否需要重新抽气？