物化实验讲义1

热力学部分

实验1 纯液体饱和蒸气压的测定——静态法

1．0实验目的及要求

1．1明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系——克劳修斯-克拉贝龙方程式。

1．2用等压计测定不同温度下环己烷（或乙醇）的饱和蒸气压。初步掌握真空实验技术和真空泵、恒温槽等相关仪器的使用。

1．3学会用图解法求所测温度范围内的平均摩尔汽化热及正常沸点。 1. 2 实验原理

在一定温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子从表面逃逸成蒸气，同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相，当两者的速率相等时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。

纯液体的蒸气压是随温度变化而改变的，它们之间的关系可用克劳修斯—克拉贝龙（Clausius--Clapeyron ）方程式来表示：

2

ln RT H dT p d m

Δ=

（1.1） 式中：p 为液体在温度T 时的饱和蒸气压（Pa ），T 为热力学温度（K ），△H m 为液体摩尔汽化热，R 为气体常数。在温度变化较小的范围内，则可把△H m 视为常数，当作平均摩尔汽化热，将上式积分得：

A RT

H p m

+−

=303.2lg Δ (1.2)

式中A 为积分常数，与压力p 的单位有关。由（1.2）式可知，在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以lg p 对1/T 作图，可得一直线，而由直线的斜率可以求出实验温度范围的液体平均摩尔汽化热△H m 。当外压为101.325 Kpa 时，液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正常沸点。从图中也可求得其正常沸点。

测定饱和蒸气压常用的方法有动态法、静态法和饱和气流法等。本实验采用静态法，即将被测物质放在一个密闭的体系中，在不同温度下直接测量其饱和蒸气压，在不同外压下测量相应的沸点。此法适用于蒸气压比较大的液体。 1．3仪器与试剂

蒸气压测定装置 1套 环己烷或乙醇（分析纯） 1．4实验仪器及装置 1．4．1仪器装置如图1—1

缓冲储气罐和整体装置，所有接口必须严密封闭。

平衡管，用橡胶管分别将进气阀与气泵、装置1接口与数字压力表连接、装置2接口用堵头连接。安装时应注意连接管插入接口的深度要≥15mm ，并用喉箍扣紧，否则会影响气密性。 1．5实验步骤 1.仪器装置：如图1－1 2.U 形等位计中液体的灌装：从加样口注入乙醇，用洗耳球鼓气，将其压入试液球中，至2/3高度为宜。

图1—1 纯液体饱和蒸气压测定装置图

3.缓冲储气罐储压。

将缓冲储气进气阀与气泵连接，安装时应注意连接管插入接口的深度要大于15mm ，否则会影响气密性。将进气阀打开，平衡阀1、2皆关闭（均为顺时针关闭，逆时针开启）。启动真空泵抽气减压至数字压力计（连接在真空泵上的压力计）的显示值为－98kPa 左右即可。 4.系统检漏

开启冷却水，连接好装置，缓慢打开平衡阀2，使系统减压至数字压力计显示－70kPa 左右，关闭平衡阀2，观察数字压力计，若显示值下降值在标准范围内（小于0.01kPa/s ），说明蒸气压测定装置气密性良好。否则需检查玻璃磨口是否密合、平衡阀1是否拧紧或密封圈是否损坏。 5.测量

调节恒温槽温度为293.2K （25℃），将数字压力表采零，调节阀2，开动真空泵缓缓抽气，使试样球与U 形压力管之间空间内的空气呈气泡状通过U 形管中的液体而逐出（即此时试液球在沸腾）。如发现气泡成串上窜，可关闭抽气活塞,缓缓打开进气活塞漏入空气使沸腾缓和。如此慢沸4~3分钟，试样球中的空气排除后，关闭抽气活塞，关闭阀2 ，开启阀1，相互协调，小心开启进气活塞缓缓漏进空气，直至U 型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。重复操作三次，压力表上的读数与前一次相比两者差值应不大于±67Pa ，此时即可认为试样球与U 形管液面上的空间已全部为乙醇的蒸气所充满。

用上述方法测定298.2K （25℃）、303.2K （30℃）、308.2K （35℃）、313.2K （40℃）、318.2K （45℃）、323.2K （50℃）时乙醇的蒸气压。

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 型管内的液体发生暴沸，可漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。

实验结束后，慢慢打开进气活塞，使压力表恢复零位。用虹吸法放掉恒温槽内的热水，

关闭冷却水，将抽气活塞旋至与大气相通。拔去所有电源插头。

1．6 数据处理

1．6．1自行设计实验数据记录表，正确记录全套原始数据并可填入演算结果。

室内气压p0 = KPa

t/℃

T/K

P表/kPa

P*/kPa

ln(P*/kPa)

*:p*=p0+p表

1．6．2温度的正确测量是本实验的关键之一。数字温度计必须校正准确。

1．6．3绘制lnp*~T-1图，由直线斜率求得实验温度范围内乙醇的平均摩尔气化热△H m。1．6．4由曲线求得样品的正常沸点，并与文献值比较。

1．6．5文献值。参见表

乙醇在不同温度下的蒸气压

温度T/K 293.2 298.2 303.2 308.2 313.2 318.2 323.2 蒸气压P/kpa 5.946 7.973 10.559 13.852 17.985 23.158 29.544

按1mmHg=1mmHg×(101.325kPa/760mmHg)=0.13332kPa加以换算.

按上述文献所列的蒸气压和温度值,用最小二乘法处理可得在293.2~323.2K间的平均摩尔汽化热Δvap Hm=42.064KJ•mol-1.

1．7 实验事项注意

1．7．1先开启冷却水，然后才能抽气。

1．7．2实验系统必须密闭，一定要仔细检漏。

1．7．3必需让U型管中的样液缓缓沸腾3~4分钟后方可进行测定。

1．7．4升温时可预先漏入少许空气，以防止U型管中液体暴沸。

1．7．5液体的蒸气压与温度有关，所以测定过程中须严格控制温度。

1．7．6漏气必需缓慢，否则U型管中的液体将充入试样球中。

1．7．7开、停真空泵时必须严格按操作规程进行，且要缓慢，以防止因压力骤变而损坏压力表。

1．8思考题

1．8．1什么叫饱和蒸气压？

1．8．2静态法测蒸气压的原理是什么？

1．8．3如何检漏？

1．8．4如何判断U型管中试样球与U型计间空气已全部排除？如未排尽空气，对实验有何影响？