物化实验报告-液体饱和蒸汽压的测定

实验四 液体饱和蒸汽压的测定
姓名：曹峻华 学号：2010011970 班级：材03 同组实验者：李琦
实验日期：2011.9.30 提交报告日期：2011.10.13
实验老师：陈双龙
1 引言
1.1 实验目的
1． 运用克劳修斯-克拉贝龙方程，求出所测温度范围内的平均摩尔气化焓及正常沸点。

2． 掌握测定饱和蒸汽压的方法。

1.2 实验原理
在通常温度下(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1摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。

液体的蒸气压与液体的本性及温度等因素有关。

随温度不同而变化，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p ø(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（Clausius ）-克拉贝龙（Clapeyron ）方程式表示：
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，或因温度变化范围较小，Δvap H m 可以近似作为常数，积分上式，得：
A
ln p B T
=-
+ 或 A
ln p B T
=-
+ vap m H Rm ∆=-
式中：B ——积分常数。

从上式可知：若将ln p 对1/T 作图应得一直线，斜率m=vap m -A H /R =-∆ 由此可得 vap m H Rm ∆=-
同时从图上可求出标准压力时的正常沸点
2 实验操作
2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图
仪器：等压管1支,稳压瓶1个,负压瓶1个,恒温槽1套,真空泵1台,压力计1台,数显温度仪。

药品：乙醇（分析纯）
装置图：
2.2实验条件：
温度：23℃
湿度：32%
大气压：102.09KPa
2.3实验操作步骤及方法要点
1．装置与装样
按图一安装好整套装置，并把乙醇装入等压管中，使液面在等压管的三分之二处。

2．检漏
将H活塞关上，打开活塞I、F和G，用真空泵抽气到压力计显示的气压为25～30kPa 时，关上I、F和G。

等片刻后，利用压力计分段检查系统是否漏气。

3．升温
开动搅拌器，调节加热器电压在160V左右。

4．排气
当水浴温度达到50℃时，等压管内液体开始沸腾，即大量气泡通过液栅由C管排出。

沸腾3-5分钟（每秒钟约排出3-4个气泡）就可以除去AB间的空气及溶在液体中的空气。

注意调节加热器电压，控制恒温槽温度在52℃附件。

（实际实验中在温度达到46℃时已经开始进行排气）
5．蒸汽压的测定
排气完后，打开活塞H，使体系通过毛细管缓慢吸入空气逐渐升高压力，直到稳压瓶中的压力快接近蒸气压时为止。

然后调节调压器，改变加热电压，直到BC液面相对位置不变，此时表示温度己恒定。

最后将BC液面基本调平，稳定一分钟左右，迅速记下温度t，压力计P的读数。

继续用加热器加热水浴，加热过程中适当调节活塞H，使液体不激烈沸腾，当温度升高3—4℃时再重复上述步骤。

—直升温到75℃附近。

总共测7-8个点即可。

6．结束
实验完后，将系统与大气相通，关闭调压器，整理实验台。

最后，将实验数据输入计算器进行计算并打印结果。

注意事项：
1．等压管中液面间的空气必须排净。

2．在操作过程中要防止液体倒吸。

一旦倒吸，重新排气。

3．在升温时，需随时调节活塞H，避免液体激烈沸腾。

3 结果与讨论
对实验数据进行分析后，发现前几组数据的线性拟合度很不好，误差比较大，因此只利用了后四组数据进行了线性拟合，图线如下：
ln p
11.25
1/T (K−1)
0.00302
根据集合直线斜率和实验原理中的计算公式可以算出：
乙醇的摩尔汽化焓：vap H m=-Rm=8.314 ×4934.3=41.024kJ/mol
乙醇的正常沸点：T b=351.52K
3.3讨论分析
从实验结果来看，仅取后四组数据计算得到的Δvap H m 和T b 与文献值是比较接近的，特别是T b 的值基本相同。

这说明这几组数据还是比较可信的。

而如果取全部的8组数据进行处理，结果如下：
ln p
11.3
1/T (K−1)
0.00315
可以看到无论是拟合直线的斜率还是数据的线性度都是比较低的。

因此我们认为前4组数据存在比较大的误差。

原因可能有以下几点：
1、实验刚开始时乙醇中溶解的空气没有排净。

在实际的实验过程中，我们开始排气的温度并没有达到教材中要求的50℃，而是在46℃就开始了，由于乙醇并没有沸腾，因此在相同的时间内排气量相对较少，因此在最初的测量中有少量溶解的空气混入。

随着实验的进行空气逐渐排净，因此后面几组数据误差相对较小。

2、第一组数据的测量是在47.05℃时进行的，与教材要求的52℃有一定差距，也有可能较低的温度下Δvap H m 随温度变化较大，不能视为常数，因此结果有误差。

对于实验整体的误差来源，我们分析主要有以下几点：
1、实验过程中等压管放置倾斜且没有刻度线，导致了一定的视觉误差，对于调平液面的操作造成了困难。

2、实验所用的加热装置是通过调节电压来实现加热功能的，在实际操作中，由于电压的调节后温度的变化存在一定的延迟，不会立刻显示出来，因此温度控制比较困难，经常需要反复调节。

读数时温度和压强可能会不稳定而发生跳动，也会造成一定误差。

这次实验从原理上来说比较简单，但是在实际操作的过程中就会发现难度比较大。

由于调节液面相平操作不熟练，我们在这一环节浪费了大量时间，也造成了我们一定的急躁心理。

而发现问题以后并没能较快地想到解决方法，也说明我们对这方面的知识不够了解。

这些在今后的实验中应该多加注意。

4结论
计算得到：
乙醇的摩尔汽化焓：vap H m=41.024kJ/mol
乙醇的正常沸点：T b=351.52K
5 参考文献
1 傅献彩，沈文霞，姚天扬编。

物理化学上册。

第四版。

北京：高等教育出版社，1990：144
2 清华大学化学系物理化学实验编写组. 物理化学实验。

北京：清华大学出版社.1991
3 Ed.by Robert C.Wcast Handbook of Chemistry and Physics,58th ed Ohio CRC Press,1977
4 朱文涛 编著 物理化学 清华大学出版社，1995
6 附录
思考题：
1、答：饱和蒸气压：在一定温度下，纯液体与其自身的蒸汽达成平衡时的蒸汽的压力。

正常沸点：外界大气压为一个标准大气压时液体的沸腾温度。

沸腾温度：使液体的饱和蒸气压等于外界大气压的温度。

2、答：克劳修斯—克拉贝龙方程使用条件要求是纯物质的任意两相平衡，并且要求将蒸气视为理想气体且忽略液体的体积。

物质的摩尔蒸发焓会随着温度的变化而改变，本实验中将其视为常数，因此得到的只是平均值。

3、答：稳压瓶用来维持稳压管中的压强和蒸汽压相等，负压瓶在稳压瓶压强高于饱和蒸气压时，用以适当降低稳压瓶内的压强。

在调节压力开始前应该关闭G 和H ，当等压管中B 的液面高于C 的液面时，打开活塞G 可以降低稳压瓶中的压强；当等压管中B 的液面低于C 的液面时，打开活塞H 可以通过使得稳压瓶与大气相连而升高稳压瓶中的压强。

4、答：可以假设管半径为r ，管长为l ，每秒钟排出气泡3个，排气3分钟。

则排出气体的体积为：
而气管的体积为：
实际装置中，r 约为5mm ，而l 约为10cm ，显然l<<720r ，故可以确定空气已排净。

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