实验二 纯液体饱和蒸气压的测定

实验二 纯液体饱和蒸气压的测定

【目的要求】

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。 【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。

3. 掌握水银温度计的露茎校正方法。 【实验原理】

在通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压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pø(101.325kPa ）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:

2

ln vap m

H d p dT RT

∆= (1) 式中，R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度;Δvap H m 为在温度T 时纯液体的摩尔气化热。

假定Δvap H m 与温度无关，或因温度范围较小，Δvap H m 可以近似作为常数，积分上式，得:

1

ln vap m H p C R T

∆=-

+ (2)

其中C 为积分常数。由此式可以看出，以lnp 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Δvap H m 。

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。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图2-1所示。

平衡管由A 球和U 型管B 、C 组成。平衡管上接一冷凝管5，以橡皮管与压力计相连。A 内装待测液体，当A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B 管与C 管的液面处于同一水平时，则表示B 管液面上的(即A 球液面上的蒸气压)与加在C 管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。

用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。

【仪器试剂】

1.仪器

纯液体饱和蒸气压测定装置1套; 放大镜(×5)1只; 直尺1把。

2.药品

蒸馏水; 环己烷（分析纯）或乙醇或乙酸乙酯。

【实验步骤】

升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压

图1纯液体饱和蒸气压测定装置图

1.恒温水浴；

2.温度计；

3.搅拌；

4.平衡管；

5.冷凝管；

6.水银压力计；

7.缓冲瓶；

8.进气活塞；

9.三通活塞；10.安全瓶。

1.装置仪器

将待测液体装入平衡管中，A球约2/3体积，B和C球各1/2体积，然后按图装妥各部分。

2.系统气密性检查

关闭活塞8，旋转三通活塞9使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为53kPa(40cmHg）时，关闭活塞9，使系统与真空泵、大气皆不通。观察U 型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。

3.排除AB弯管空间内的空气

AB弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压；另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证B管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高3℃～5℃℃左右)接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。

4.饱和蒸气压的测定

当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞8缓缓放入空气（切不可太快，以免

空气倒灌入AB 弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至B 管、C 管中液面平齐，关闭活塞8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C 管中液面低于B 管的液面，须抽气，再调平齐）。

然后，将恒温槽温度升高10℃，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免B 、C 管中液体大量蒸发，应随时打开活塞8缓缓放入少量空气，保持 C 管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使B 、C 管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高10℃，测定一次压差，总共测3～5个值。 【注意事项】

1.减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。

2.必须充分排除净AB 弯管空间中全部空气，使B 管液面上空只含液体的蒸气分子。AB 管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。

3.升温法测定中，打开进空气活塞8时，切不可太快，以免空气倒灌入AB 弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。

4.降温法测定中，当B 、C 两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞9抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB 弯管内之空气。 【数据处理】 1.数据记录表

3.绘出被测液体的蒸气压-温度曲线，并求出指定温度下的温度系数d p /d T 。

4.以lnp 对

1

T

作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内被测液体的平均摩尔气化热Δvap H m ，通过图求算出纯液体的正常沸点。 5. 验证楚顿规则（Trouton’s Rule ）：

1188--⋅⋅≈∆mol K J T H m

v 正常

【误差分析】

1.系统误差：克-克方程推导过程中引入了假设条件

克拉贝龙方程：

m

v m

v V T H dT dp ∆∆= （气液平衡）