乙醇饱和蒸汽压的测定

液体饱和蒸气压的测定 1. 实验目的（要求）

(1) 掌握等压管测定液体饱和蒸气压的原理和方法。 (2) 了解蒸气压的概念和影响因素。

(3) 学会应用克－克方程，求得乙醇的摩尔气化热。 (4) 学会温度计露出校正方法。

2. 实验原理（概要）

在一定温度下，纯液体与其蒸气达到相平衡状态时的压力，称为该液体在此温度下的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与液体的本性及温度等因素有关，纯液体饱和蒸气压随温度上升而增加。根据热力学理论可以导出饱和蒸气压与温度的关系式，此式称克拉贝龙－克劳修斯方程，简称克－克方程。其微分式如下：

2

m

vap d ln d RT

H T p ∆= （S20-1）

式中p 为纯液体饱和蒸气压，T 为绝对温度，△vap H m 为液体的摩尔气化热，R 为通用气体常数。

当上述各物理量用SI 制单位时，R ＝ 8.314 J ּ

mol －1ּK －1。 在一定外压下，纯液体与其蒸气达到气液平衡时的温度称为沸点。因此，克-克方程也表示纯液体的外压p 与沸点T 的关系。在101325 Pa 的外压下，纯液体的沸点称为正常沸点。

纯液体的气化热随温度上升而降低。通常温度下，气化热随温度变化较小，在临界温度附近，气化热急剧下降。在临界温度时，纯物质气化热为零。

当远离临界温度，而且温度变化较小时，气化热△vap H m 可视为常数。对式（S20－1）不定积分，得：

C T

R H p +⋅∆-=1ln m vap

（S20-2）

式中，C 为不定积分常数。由此式可知，ln p 与1/T 成直线关系。以1n p 与1/T 的实验值作图，应得直线，若直线斜率为m ，则：

△vap H m ＝ - mR

（S20-3）

此△vap H m 为实验温度范围内的平均摩尔气化热。

根据热力学推导，液体气化热与温度的关系式为：

)l ()g ()(

m p,m p,m

vap C C T

H -=∂∆∂

（S20-4）

式中，C p,m （g ）及C p,m （l ） 分别为纯物质饱和蒸气及饱和液体的恒压摩尔热容。如果此热容差与温度成直线关系，C p,m （g ）－C p,m （l ）＝ △a ＋ △bT ，则代入式（S20-4），可积分得气化热与温度的关系式如下：

2

0m vap 2

T b aT H H ∆+

∆+∆=∆ （S20－5）

式中△H 0，△a 及△b 均为常数。将式（S20－5）代入式（S20－1）进行不定积分，得：

T R

b

T R a T R H A p 2ln 1ln 0∆+∆+⋅∆-

= （S20－6）

式中A 为不定积分常数，合并常数得：

1n p ＝ A ＋ BT

－1

＋ C 1n T ＋ DT （S20－7）

根据实验测得不同温度T 时的饱和蒸气压p ，按最小二乘法可求出式（S20－7）中各常数A 、B 、C 、D 。根据式（S20－6）中各常数与式（S20－7）中各常数的对应关系可求得气化热与温度关系式为：

△vap H m ＝ － BR ＋ CRT ＋ DRT 2 （S20－8）

热容差与温度的关系式为：

C p,m (g) － C p,m (l) ＝ CR ＋ 2DRT （S20－9）

本实验采用等压管法测定乙醇的蒸气压。等压管如图S20－1所示。在管a 处装有乙醇，其上方为乙醇蒸气和空气。如在管b 中气相为纯乙醇蒸气，具有实验温度下的饱和蒸气压，液体乙醇与管a 相通。当改变图S20－1中P 外，使管a 、b 中的液面相平时，乙醇的饱和蒸气压p * 和等压管外的压力P 外

相等，p * ＝ P 外。如用

水银压差计测量P 外 ，则

P 外 ＝ P 大气 - P h

式中P h 为压差计上左右水银柱的高度差所代表的压力差， P 大气为外界的大气压力。所以：

p*＝P大气－P h（S20-10）

3.实验操作过程概述

1. 将洗净烘干的等压管a、b处各装入适量的无水乙醇。将管b放入管a中，注意勿使空气进入管b。

2. 装好等压管，打开通入冷凝器3的冷却水。检查好管线后启动真空泵，转动考克10，使真空泵接通装置。当U型压差计上汞高差达600 mm左右时，转动考克10，使真空泵接通大气并隔绝装置，停止真空泵。检查系统真空度是否稳定。若一分钟内水银面变化小于1 mm，可认为系统不漏气，可进行实验。如果真空度下降较快，说明系统漏气。要检查系统的漏气位置，进行处理后，重新试漏。

3. 启动真空泵，接通装置，使等压管a内不断有气泡冒出（此时压差计上水银柱差为700 mm左右）。转动考克10，切断系统，把真空泵通大气，然后停泵。管b 内乙醇仍不断气化，乙醇蒸气带着b管中的空气冒出。排气3—5分钟，管b处的空气基本排净。上述赶空气过程需在水浴温度为25℃左右时进行。温度太低，可先升温至此温度。

4. 启动恒温槽搅拌器、电子继电器及电加热器，调节恒温槽温度至30.0℃。此步可与上步试漏同时进行。把手指堵在进气口上，打开考克9，慢慢放入空气，使管b液面逐渐下降，当等压管b和a内液面相平时，记下精密温度计读数T和辅助温度计读数T s及压差计读数，同时记下精密温度计水银柱露出水面部分温度示值n （不作温度计露出校正时，可不记T s及n）。

5. 升高恒温槽温度，每隔5℃重复步骤4，测定蒸气压。测完70.0℃蒸气压后，再测乙醇在常压下的沸点（即饱和蒸气压等于实验时大气压力的温度）。在实验过程中，随水浴温度升高，要移动辅助温度计，使其水银球位于精密温度计露出水面的水银柱中部。实验过程中要保持等压管全部浸没于水浴中。实验开始和结束时各读取大气压一次（大气压力计使用方法见第三章大气压力计部分），取平均值。

实验完毕，切断电源，关闭冷却水。

实验过程记录

1.实验仪器及试剂（包括试剂等级，仪器、装置型号及编号）

仪器：饱和蒸汽压测定装置

药品：无水乙醇（AR）。