液体饱和蒸气压的测定.

液体饱和蒸汽压的测定

( 静态法 )

【教学目的】

1. 用静态法测定异丙醇在不同温度下的饱和蒸汽压，了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。

2. 明确液体饱和蒸汽压的定义，了解纯液体饱和蒸汽压与温度的关系。克劳修斯-克拉贝龙(Clausius -Clapeyron)方程式的意义。

3. 学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。

【教学重点】

1．通过不同温度下异丙醇饱和蒸汽压的测定，使学生了解用静态法测饱和蒸气压的方法，并初步掌握低真空实验技术。

2．使学生学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。

【教学内容】 一、实验原理

在一定的温度下，真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡，即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。液体的饱和蒸汽压与温度有关：温度升高，分子运动加速，因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加，蒸汽压升高。 蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙—克劳修斯方程式来表示：

2

ln RT H dT p d m

∆= 式中P 为液体在温度T 时的饱和蒸汽压（Pa ），T 为热力学温度（K ），△H m 为液体摩尔气化热（J ·mol －

1），R 为气体常数。如果温度变化的范围不大，△H m 可视为常数，

将上式积分可得：

θ

P

P

lg

＝－RT .H m 3032∆＋C 式中C 为积分常数，此数与压力P 的单位有关。由上式可见，若在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸汽压，以θ

P

P lg

对T 1作图，可得一直线，直线的斜率为－R .H m

3032∆，而由斜率可求出实验温度范围内液体的平均摩尔气化热△H m 。（或者

T

B

A P -

=lg ，直线的斜率（B ）与异丙醇的摩尔气化热的关系由克劳修斯——克拉贝龙方程式给出为：R

H

B m g l 303.2∆-=）

当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体便沸腾，外压不同，液体的沸点也不同，我们把液体的蒸汽压等于101.325KPa 时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。从图中也可求得该液体的正常沸点。

测量饱和蒸汽压的方法主要有三种： 1、动态法：

当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体就会沸腾，沸腾时的温度就是液体的沸点。即与沸点所对应的外界压力就是液体的蒸汽压。若在不同的外压下，测定液体的沸点，从而得到液体在不同温度下的饱和蒸汽压，这种方法叫做动态法。该法装置较简单，只需将一个带冷凝管的烧瓶与压力计及抽气系统连接起来即可。实验时，先将体系抽气至一定的真空度，测定此压力下液体的沸点，然后逐次往系统放进空气，增加外界压力，并测定其相应的沸点。只要仪器能承受一定的正压而不冲出，动态法也可用以在101.325KPa 以上压力下的实验。动态法较适用于高沸点液体蒸汽压的测定。

2、饱和气流法：

在一定的温度和压力下，让一定体积的空气或惰性气体以缓慢的速率通过一个易挥发的待测液体，使气体被待测液体的蒸汽所饱和。分析混合气体中各组分的量以及总压，再按道尔顿分压定律求算混合气体中蒸汽的分压，即是该液体在此温度下的蒸汽压。此法一般适用于蒸汽比较小的液体。该法的缺点是：不易获得真正的饱和状态，导致实验值偏低。

3、静态法：

把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下直接测量蒸汽压，它要求体系内无杂质气体。此法适用于固体加热分解平衡压力的测量和易挥发液体饱和蒸汽压的测量，准确性较高。

通常是用平衡管（又称等位计）进行测定的。平衡管由一个球管与一个U形管连接而成（如图1所示），待测物质置于球管内，U形管中放置被测液体，将平衡管和抽气系统、压力计连接，在一定温度下，当U形管中的液面在同一水平时，表明U 形管两臂液面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。可见，利用平衡管可以获得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽，U形管中的液体起液封和平衡指示作用。

本实验采用静态法测定异丙醇的饱和蒸汽压。

实验装置简图

图1玻璃恒温水浴系统装置图

1. 连冷凝管的平衡管（又称等压计）；

2. 搅拌器；

3. 温度计；A为球管；B为U形管

二、仪器与试剂

SYP型玻璃恒温水浴1套平衡管（带冷凝管）1支SWQ-I A智能数字恒温控制器1台DP-A精密数字压力计1台缓冲储气罐1台异丙醇（A.R）

2XZ-1型旋片真空泵及附件1套

三、实验步骤

1.装样

将平衡管（又称等位计、等压计）内装入适量待测液体异丙醇。A球管约2/3体积，U形管两边各1/2体积，然后按图装好各部分。如图1所示。(各个接头处用短而厚的橡皮管连接，然后再用石蜡密封好，此步骤实验室已装好)。

2．压力计采零

关闭绶冲罐的平衡闭2，打开平衡闭1，此时DP-A精密数字压力计所测压力即为当前大气压，按下压力计面板上的采零键，显示值将为00.00数值（大气压被视为零值看待）。

2. 系统气密性检查

旋转三通活塞使系统与真空泵连通，开动真空泵，打开进气阀和平衡阀2，关闭平衡阀1，抽气减压至压力计显示一定负压值时，关闭三通活塞，使系统与真空泵、大气皆不相通。观察压力计的示数，如果压力计的示数能在3～5min内维持不变，或显示数字下降值<0.01Kpa/秒，则表明系统不漏气，否则应逐段检查，消除漏气原因。

3. 排除球管上方空间内的空气

开启搅拌器匀速搅拌，其目的是使等压计内外温度平衡，抽气减压气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地冲出至液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸汽经C管逸出，如此沸腾3～5min，可认为空气被排除干净。

4. 饱和蒸汽压的测定

当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转直通活塞7缓缓放入空气，直至B、C管中液面平齐，关闭直通活塞7，记录温度与压力。然后，将恒温槽温度升高3℃，当待测液体再次沸腾，体系温度恒定后，放入空气使B、C管液面再次平齐，记录温度和压力。依次测定，共测8个值。升高温度间隔为3～5K

实验完毕后，关闭所有电源，将体系放入空气，整理好仪器装置，但不要拆装置。另外，也可以沿温度降低方向测定。温度降低，异丙醇饱和蒸汽压减小。为了防止空气倒灌，必须在测定过程中始终开启真空泵以使系统减压。降温的方法可用在烧杯中加冷水的方法来达到。其它操作与上面相同。

四、数据记录及数据处理