液体饱和蒸气压的测定
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物理化学实验教案(王素娜) 1
实验一 液体饱和蒸气压的测定
【目的要求】
1. 掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。
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。
3 . 了解真空泵、玻璃恒温水浴,缓冲储气罐及精密数字压力计的使用及注意事项。
【实验原理】
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1mol 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1atm (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
m vap d ln d RT H T p ∆= (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:
C T
R H p +⋅∆-=1ln m vap (2) 其中C 为积分常数。由此式可以看出,以ln p 对1/T 作图,应为一直线,直线的斜率为 R H m
vap ∆-
,
由斜率可求算液体的Δvap H m 。 测定通常有静态法和动态法,静态法:把待测物质放在一个封闭体系中,在不同的温度下,蒸气压与外压相等时直接测定外压;或在不同外压下测定液体的沸点。动态法:常用的
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物理化学实验教案(王素娜)
有饱和气流法,即通过一定体积的已被待测物质所饱和的气流,用某物质完全吸收。然后称量吸收物质增加的质量,求出蒸汽的分压力即为该物质的饱和蒸气压。
静态法测定液体饱和蒸气压,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。静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压,有升温法和降温法二种。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压,所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置,如图2-3-1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,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。
【仪器试剂】
恒温水浴;平衡管;精密数字压力计;真空泵及缓冲储气罐。
无水乙醇(A.R)
图2-3-1 液体饱和蒸气压测定装置图
1.平衡管;
2.搅拌器;
3.温度计;
4.缓冲瓶;
5.恒温水浴;
6.三通活塞;
7.直通活塞;
8.精密数字压力计
【实验步骤】
1. 装样
从加样口注入乙醇,关闭平衡阀1,打开进气阀。启动油泵,抽至气泡成串上窜,可关闭
物理化学实验教案(王素娜) 3 进气阀,打开平衡阀1漏入空气,使乙醇充满试样球体积的三分之二和U型管双臂的大部分。
2. 检漏,系统气密性检查
接通冷凝水,关闭平衡阀1,打开进气阀使真空油泵与缓冲储气罐相通。启动油泵,使压力表读数为某一数值(可60,70kPa左右),关闭进气阀,停止抽气,检查有无漏气(看压力表示数在3~5min内是否变化),若无漏气即可进行测定。(注意:在停止抽气前,应先把真空泵与大气相通,否则会造成泵油倒吸,造成事故。)
3. 饱和蒸气压的测定
调节恒温水浴温度30℃,开动油泵缓缓抽气,使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出。如发现气泡成串上窜,可关闭进气阀,缓缓打开平衡阀1漏入空气使沸腾缓和。如此慢沸3~5min,可认为试样球中的空气排除干净,关闭平衡阀2。小心开启平衡阀1缓缓漏入空气,直至U型管两臂的液面等高为止,在压力表上读出压力值。
调节恒温水浴温度33℃,小心开启平衡阀1缓缓漏入空气,直至U型管两臂的液面等高为止,在压力表上读出压力值。依次测定36℃,39℃,42℃,45℃,48℃,51℃时乙醇的蒸汽压。
测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球,则需重新抽真空后方可继续测定。
如升温过程中U型管内液体发生暴沸,可开启平衡阀1漏入少量空气,以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。
实验结束后,慢慢打开进气阀,使压力表恢复零位。关闭冷却水,关闭压力表、恒温控制仪、恒温水浴电源,并拔下电源插头。
附缓冲储气罐的使用说明:
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物理化学实验教案(王素娜)
1.安装:
用橡胶管或塑料管分别将进气阀与气泵、装置l接口,装置2接口与数字压力表连接。安装时应注意连接管插入接口的深度要≥15mm,并扣紧,否则会影响气密性。
2.首次使用或长期未使用而重新启用时,应先作整体气密性检查
(1)将进气阀、平衡阀2打开,平衡阀1关闭(二阀均为顺时针关闭,逆时针开启)。启动油泵加压(或抽气)至100KPa~200KPa,数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。
(2)关闭进气阀,停止抽气,检查平衡阀2是否开启,平衡阀l是否完全关闭。观察数字压力表,若显示数字降值在标准范围内(小于0.01Kpa/秒),说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因直至合格。
(3)再作微调部分的气密性检查:
关闭平衡阀1,开启平衡阀2调整微调部分的压力,使之低于压力罐中压力的1/2,观察数字压力表,其变化值在标准范围内(小于±0.01Kpa/4秒),说明气密性良好。若压力值上升超过标准,说明平衡阀2泄漏;若压力值降超过标准,说明平衡阀1泄漏。
3.与被测系统连接进行测试:
(1)用橡胶管将装置2接口与被测系统连接、装置1接口与数宁压力计连接。打开进气阀与平衡阀2,关闭平衡阀1,启动气泵,加压(或抽气),从数字压力计即可读出压力罐中的压力值。