物理化学实验报告-液体饱和蒸汽压的测定

实验二液体饱和蒸汽压的测定

摘要：本实验采取动态法，通过测定在不同外部压力下水的沸点来确定不同温度条件下水的饱和蒸汽压同温度的关系。根据实验结果对克拉贝龙—克劳修斯方程进行了验证，并由此方程计算出纯水的平均摩尔汽化热。

关键词：沸点饱和蒸汽压摩尔汽化热克拉贝龙—克劳修斯方程

Experiment No.2: The Determination of Saturated

Vapor Pressure of the Liquid

Abstract: In this experiment, we determined the boiling point of pure water under different exterior pressures in order to make sure the relationship of saturated vapor pressures and temperature, by using ‘Dynamic Method’. According to the result, we validate Clapeyron-Clausuis Equation, and then calculated the molar heat of vaporization of pure water.

Key words: Saturated vapor pressure Molar heat of vaporization Clausius-Clapeyron Equation Boiling point

1. 前言

在封闭体系中，当液相的蒸发速度与相应气相的凝聚速度相等时，体系达到动态平衡，此时的蒸气压为该温度下的饱和蒸气压，液体的饱和蒸气压等于外压时的温度为液体的沸点，因此沸点是随外压变化的，当外压为101325Pa时，称之为正常沸点。每蒸发1mol液体所需的热量称该温度下的摩尔汽化热。

克拉贝龙-克劳修斯方程描述了饱和蒸气压，温度与摩尔汽化热之间的关系：

d d vap m

ln p T

H

RT =

∆

2

它是克拉贝龙方程式的简化形式，可以根据该式测定液体的饱和蒸气压。饱和蒸汽压是液体工质最基本的物性参数之一, 是化工、生产、科研、设计过程中的重要基础数据，所以掌握通常测量饱和蒸气压的方法具有很大的实际意义。

液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：静态法，动态法和饱和气流法。动态法是指在不同外界压力下, 测定液体的沸点, 又称沸点法。动态法与其它两种方法相比具有操作简单，结果比较准确的优点，适用于蒸气压不太高的液体。本实验采用动态法来测量水的饱和蒸气压，并由此得到水的正常沸点和摩尔汽化热。

2. 实验部分

2.1 仪器与试剂

BY型U形压力计江苏省常州市东风仪表厂

2XZ-2B型旋片真空泵上海真空泵厂

G型单相串激电动机本溪微电机厂

6511型电动搅拌机调速器上海标本模型厂

调压变压器苏州电器厂

Fortin式大气压计；1/10刻度水银温度计

HEGON电炉；热得快

缓冲瓶；真空储气瓶。

实验步骤

1)记录实验开始和结束时的大气压强和气温；

2)将缓冲瓶与大气连通，加热大烧杯中的水。沸腾后继续煮沸5~10分钟以驱赶空气，

再停止加热，让水浴温度在搅拌中缓慢下降。当B、C液面等高时，读取温度数据

和气压差数据；

3)关闭缓冲瓶与大气之间的通道，利用安全瓶中的真空降低体系的外压。每次降压约

40mmHg，液体会再次沸腾，当B、C液面等高时，读取一组温度数据和气压差数

据。反复降压直到汞高刻度相差约400mmHg为止。

4)上述两步平行重复三次。

注意事项

1）每测完一组温度和压差的数据以后，要赶快对给体系加热，使环境的空气不会进入到体系中去；。

2）煮沸时间要足够长使得平衡管A 管和B 管之间的空气赶净； 3 ) 读取温度和压力计的凑数时要快和要准； 4 ) 平衡管要完全浸入水槽的液面以下。

3.结果与讨论

3.1 实验结果

三组平行实验计算的纯水的平均摩尔汽化热和正常沸点如下： Δ vap H m1=42.14±0.55kJ/mol T b1=372.61K Δ vap H m2=42.68±0.11kJ/mol T b2=372.47K Δ vap H m3=43.74±0.64kJ/mol T b3=372.27K 平均值：

Δ vap H m =42.85±0.43kJ/mol T b = 372.45 K

各组数据的P ~ T 图和Ln(P) ~ 1/T 图详见附件中的Fig A1 ~ Fig A6.

3.2 结果讨论

1）与文献值的比对

在373.15k 时Δ vap H m =40.70kJ/mol η1=(42.14-40.70)/40.7=3.54% η1=(42.68-40.70)/40.7=4.86% η1=(43.74-40.70)/40.7=7.47% η=(42.85-40.70)/40.7=5.28% 纯水正常沸点T b =373.15K

η1=(372.61-373.15)/ 373.15=-0.14% η2=(372.47-373.15)/ 373.15=-0.18% η3=(372.27-373.15)/ 373.15=-0.24% η=(372.45-373.15)/ 373.15=-0.19%

2）结果的误差分析

由上面的比对，实验测得的摩尔汽化热误差在百分之五左右，存在着一定的系统误差，下面具体对误差产生的原因和影响进行讨论。

①克拉贝龙-克劳休斯方程实际是克拉贝龙方程的简化，其假设条件是所研究体系为纯物质的气-液两相平衡体系，忽略液体体积并假设水蒸气为理想气体；而在本实验中，为了简化成线性方程来处理又将Δ vap H m 视作常数。这些理论上的假设与实际实验条件并不完全相符， 下面我们来具体讨论这些假设的不符之处。

a.被研究体系中理论上只有液态水和水蒸气，但实际上会有一些空气残留，空气不易完全赶尽，待测体系中混有空气时对饱和蒸汽压的测定会产生影响：

ln ()g ml

e g g p V p p p RT *

*⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭