实验五 液体饱和蒸气压的测定

实验五 液体饱和蒸气压的测定

一、实验目的

1．掌握纯液体饱和蒸气压与温度的关系；

2．熟悉用克劳修斯－克拉贝龙方程计算摩尔汽化热；

3．掌握测定液体饱和蒸气压的方法。

二、基本原理

纯液体的饱和蒸气压是指在一定温度下，气－液两相平衡时蒸气的压力。

处于一定温度下的纯液体，其中动能较大的分子，要不断地从液体表面逸出变成蒸气，此过程称为蒸发；与此同时，也会有蒸气分子回到液体中，此过程称为凝聚。当蒸发与凝聚的速率相等时，就达到了动态平衡，此时的蒸气压力就是该温度下液体的饱和蒸气压。温度越高，能逸出液面的分子数越多，因此，达到动态平衡时，液面上的饱和蒸气压就越高。当液体的饱和蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾，此时的温度成为液体的沸点。液体的沸点随外压的变化而变化，若外压为标准压力(通常取101325 Pa)，则液体沸点就称为正常沸点。

蒸发一摩尔液体所需要吸收的热量，即为该温度下该液体的摩尔汽化热(焓)。

从热力学的知识中我们知道，液体饱和蒸气压随温度变化的定量关系，可由克劳修斯－克拉贝龙(C1ausius －Clapeyron)方程给出：

2)(ln RT

H dT P d m vap ∆= （5－1） 式中： R —— 摩尔气体常数；

m vap H ∆—— 液体的摩尔气化热。

如果温度改变区间不大，则可把m vap H ∆视作常数，将上式积分得：

C T

R H P m vap +⋅∆-=1303.2lg （5－2） 以lg P 对1/T 作图，即得一直线，其斜率应为：

R H m m

vap 303.2∆-=

所以 m R H m vap ⋅-=∆303.2 （5－3）

由实验测定几个不同温度下待测液体的饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率m ，根据(5－3)式即可求出m vap H ∆。

测定饱和蒸气压常用的方法有两种：

1．动态法

其中常用的有饱和气流法，即通过一定体积的待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，求出蒸气的分压力。

2．静态法

把待测物质放在一个封闭体系中，在不同温度下直接测量蒸气压或在不同外压下测液体的沸点。测定时要求体系内无杂质气体。

本实验采用静态法。

图5—1 平衡管

测定时先将a 与b 之间的空气抽净，然后从c 的上方缓慢放入空气，使等压计bc 两端的液面平齐，且不再发生变化时，则ab 之间的蒸气压即为此温度下被测液体的饱和蒸气压，因为此饱和蒸气压与c 上方的压力相等，而c 上方的压力可由压力计直接读出，温度则由温度计直接读出，这样便得到一个温度下的饱和蒸气压数据。当升高温度时，因饱和蒸气压增大，则等压计内b 液面逐渐下降，c 液面逐渐上升。同样从c 的上方再缓慢放入空气，以保持bc 两液面的平齐，当恒温槽达到所需测定的温度时，在bc 两液面平齐时，即可读出该温度下的饱和蒸气压。用同样的方法可测定其它温度下的饱和蒸气压。

待测液体的体积占a 球的4/5为宜。

三、仪器与药品

饱和蒸气压测定组合装置（如图5－2，包括SYP 玻璃恒温水浴、SWQ 智能数字恒温控制器、缓冲储气罐、DP －A 精密数字压力计、管路连接盒等）、真空泵、乳胶管、真空管、滴管、吸耳球；

无水乙醇(AR)。

图5－2 DP －AF 饱和蒸气压测定组合装置

四、实验步骤

1．体系减压，排除空气：

按图5－3将仪器装好。

在实验开始前要检查装置是否漏气，关闭储气气罐的平衡阀1，打开进气阀和平衡阀2，开动真空泵，当测压仪（DP －A 精密数字压力计的使用见附录1）的示数为-50～-60 kP a 时，关闭进气阀，观察测压仪读数，若读数不变，则系统不漏气；若真空度下降，则系统漏气，要查清漏气原因并排除之。

若体系不漏气，则用滴管向等压计内加入无水乙醇，再用吸耳球挤压进样品池内，使其中的无水乙醇约占球a 体积的五分之四即可。此时b 、c 球之间的U 形管中也装入了少量的无水乙醇。注意：U 形管中不可装太多，否则既不利于观察液面，也易于倒灌。将平衡管静态法的测定仪器如图5－1所示的平衡管，平

衡管是由三个相连的玻璃球a 、b 和c 组成。a 球中

储存有待测液体，故a 称之为样品池，b 、c 球中的

待测液体在底部用玻璃管连通，bc 部分称为等压计。

当a 、b 球的上部纯粹是待测液体的蒸气，b 球与c

球之间的管中液面在同一水平时，则表示加在b 管

液面上的蒸气压与加在c 管液面上的外压相等。此时

液体的温度即是体系的气液平衡温度，亦即沸点。

安装到装置上，通冷凝水，同时开始对体系减压至真空度达-90kPa 以上，减压数分钟以赶净平衡管中的空气，然后关闭进气阀。

图5－3 液体饱和蒸气压测定装置

1—平衡管 2—冷凝管 3—桓温槽 4—冷阱 5—真空管 6—储气罐 7—进气阀

8、9—平衡阀1、2 10—数字压力计11—温度计探头 12—搅拌器 13—恒温控制仪

2．测量不同温度下的饱和蒸气压：

将恒温槽恒温至20 ℃，慢慢打开平衡阀1，当b 、c 球之间的U 形管内两液面相平时，立即关闭平衡阀1，读取测压仪的真空度示数。重复上述操作，再进行一次测定，若两次测定的结果相差小于0.27 kPa(即2 mmHg)，即可进行下一步测定。注意：在第二次测定时，等压计内的无水乙醇可能被抽干，当抽气结束时关闭真空泵后，应轻轻摇晃等压计，使样品池内的无水乙醇溅入等压计内，以保持等压计内有足够量的无水乙醇。此后，依次将恒温槽恒温至22 ℃、24 ℃、26 ℃、28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃、38 ℃分别测其饱和蒸气压的真空度。

实验完毕，打开平衡阀1通大气后方可关闭真空泵，否则可能使真空泵中的油倒灌入系统。

五、数据处理

1．将温度、压力数据列表，算出不同温度的饱和蒸气压。

2．作蒸气压～温度的光滑曲线。

3．以lg P ～1/T 作图，并由斜率计算无水乙醇的摩尔气化热。

六、注意事项

1．平衡管的U 形管中不可装太多无水乙醇，否则既不利于观察液面也易于倒灌。

2．在体系抽空后，先保持一段时间，待空气排净后，方可继续做下面的实验。

3．实验结束后，一定要先将体系放空，再关闭真空泵，否则可能使真空泵中的油倒灌入系统。

七、实验关键提示

本实验共测定了10个温度下的无水乙醇的饱和蒸气压。人为因素造成的测定误差是影响m vap H 结果的主要原因。因此，在实验操作过程中应注意以下几点：

1．在升温过程中，可以将恒温槽的加热档置于“强”位；当温度接近于恒温温度时，可置于“弱”位，使恒温槽在恒温时有较低的灵敏度。

2．要获得准确的饱和蒸气压数值，最关键是要将等压计和样品池之间的空气彻底抽净。在抽气即将结束之前，可轻轻摇晃等压计，以加速空气的排出。而空气的排净与否，只能根