实验二 液体饱和蒸汽压的测量

实验二 液体饱和蒸气压和摩尔汽化热的测定

一、实验目的

1.明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系（克劳修斯—克拉贝龙方程），掌握用其计算物质摩尔气化热的方法。

2.学习真空的获得与检漏技术，学会用等压计测定不同温度下液体饱和蒸气压的方法.

二．实验原理

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。纯液体的饱和蒸汽压与液体的本性（分子大小、结构、形状）和温度、外压有关。其值是物质重要的物性参数，对研究气-液相变基础理论、相变热力学具有特别重要的意义。在热物理、化学物理及热力学、石油化工、分离与提纯、冶金、材料科学与工程等领域都具有广泛的应用。

当外压一定时，纯液体的蒸汽压与温度的关系可用克拉贝龙—克劳修斯方程式描述

2

ln m

p d p H dT RT

⎛⎫

⎪

∆⎝⎭= 式中p 为液体在温度T 时的饱和蒸汽压（Pa ），T 为热力学温度（K ），△H m 为液体摩尔气化热（J ·mol -1），R 为气体常数。如果温度变化的范围不大，△H m 可视为常数，将上式积分可得：

ln

p p

＝－

m H R T

∆＋C

式中C 为积分常数。由上式可见，若在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸汽压，以ln

p p

对

T

1作图，可得一直线，直线的斜率为－

m H R

∆，而由斜率

可求出实验温度范围内液体的平均摩尔气化热△H m。

当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体便沸腾，外压不同，液体的沸点也不同，我们把液体的蒸汽压等于101.325KPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。从图中也可求得该液体的正常沸点。

测量物质的饱和蒸汽压常用的方法有动态法和静态法。本实验采用静态法测定乙醇的饱和蒸汽压。即将待测物质放在一个密闭体系中，在不同的温度下，直接测量蒸汽压或在不同外压下测定液体相应的沸点。要求体系内无杂质气体，一般适用于蒸汽压较大的液体。通常是用平衡管（又称等位计）进行测定。平衡管由一个球管A与一个U形管B连接而成（如图1所示），待测物质置于球管A 内，U形管B中放置待测液体。将平衡管和抽气系统、压力计连接，在一定温度下，当U形管中的液面在同一水平时，表明U形管两臂液面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。可见，利用平衡管可以获得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽，U形管中的液体起液封和平衡指示作用。其实验装置简图为

图1 玻璃恒温水浴系统装置图（A为球管；B为U形管）

图2 静态法测液体饱和蒸汽压装置图

三、仪器与试剂

DP-AF精密数字（真空）压力计1台

SYP-3玻璃恒温水浴1套

平衡管（带冷凝管）1支

不锈钢缓冲真空槽1台

循环水真空泵及附件1套

乙醇（A.R）

四、实验步骤

1.装样、连接各部件

将平衡管内装入适量待测液体乙醇。A球管约2/3体积，U形管两边各1/2体积，然后按图装好各部分。如图1、2所示(各个接头处用短而厚的橡皮管连接，然后再用石蜡密封好，此步骤实验室已装好)。

2．压力计调零

打开DP-AF精密数字压力计电源关闭，预热5min, 同时按下“复位键”、“单位”调至“kPa”。关闭平衡阀2，打开平衡阀1，按下压力计面板上的采零键，使示值为零（大气压被视为零值看待）。

3. 检查系统气密性

关闭与大气相通的阀1，打开阀2和进气阀使系统与真空泵相通，开动真空泵，抽气减压至压力计显示一定负压值时（约2-3min），关闭进气阀(此时真空泵不关)。若压力计示数下降值<0.01kPa/秒，则表明系统不漏气，否则应逐段检查，消除漏气原因。

4. 排除球管上方空间内的空气

打开抽气阀，继续抽气减压使气泡一个一个地逸出至液体轻微沸腾，此时A、B 弯管内的空气不断随蒸汽逸出（若气泡成串冲出沸腾不止时，可以打开阀1，使少许空气进入），如此3～5min空气被排除干净后，关闭平衡阀2和抽气阀，拔除抽气胶管后关闭真空泵（防止循环水倒吸入胶管）。

5. 饱和蒸汽压的测定

打开恒温槽开关，当水温升至40℃液体沸腾约1min时，缓慢打开阀1、放入少许空气待U型管中右侧液面略高于左侧时，迅速关闭阀1，然后缓慢打开平衡阀2、微调使U型管中左侧下降至两边液面平齐时，记录温度和压力；再关闭平衡阀2，温度升高2℃时，重复上述操作记录每个温度下的压力，测至50℃。

实验完毕后，关闭所有电源，打开阀1、2使系统与大气相通，整理好装置，但不要拆装置。

五、数据记录及数据处理

室温℃；大气压 kPa

绘制ln p

p ～

T

1

作图，求出液体的摩尔气化热及正常沸点。

【注意事项】

1．等压计A球液面上空气必须排除干净，因为若混有空气，则测定结果便是乙醇与空气混合气体的总压力而不是乙醇的饱和蒸汽压。检查方法，连续两次排空气后压力计读数<0.1kPa。

2. 要防止被测液体过热，以免对测定饱和蒸汽压带来影响，因此不要加热太快，以免液体蒸发太快而来不及冷凝，冲到冷凝观上端T型管处。

【思考题】

1.实验要想得到准确的实验结果，其关键操作是哪一步？（关键一步是排空气，

一定要把空气排尽）。

2.怎样判断球管液面上空的空气被排净？若未被驱除干净，对实验结果有何影

响？

3. 如何防止U形管中的液体倒灌入球管A中？若倒灌时带入空气，实验结果有何变化？

4. 试分析引起本实验误差的因素有哪些？