实验一 液体饱和蒸汽压的测定

实验一液体饱和蒸汽压的测定

一、实验目的

1、明确饱和蒸气压的定义，了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系和克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。

2、掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。作P-1/T直线，由直线的斜率求出液体的摩尔气化焓。

3、学会蒸气压的测量技术和压力计的使用。

二、实验原理

通常温度下(距离临界温度较远时)，密闭真空容器中的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。恒压条件下蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低。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101.325kPa时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

单位物质的量的液体蒸发过程的焓变，即为该液体的摩尔气化焓。由热力学理论我们知道，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（Clausius-Clapeyron）方程给出：

=

式中:P——液体在温度T时的饱和蒸气压，

R——气体常数，R＝8.314J·K-1·mol-1。

在温度较小的变化范围内，可视为与温度无关，积分上式可得：

由上式可知，若以对作图应得一直线，直线的斜率由此得到:

由实验测定几个不同温度下饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率m，根据

上式即可求出。

不同物质具有不同蒸汽压，有时相差很大，且大多数物质的蒸汽分子组成与其凝聚态不完全相同。另外，因为各组分挥发性的不同，所以测定中很难长时间地维持成分稳定，鉴于以上这些特点，特别是压力大小的不同，必须对蒸汽压采用多种测定方法，以保证测量的准确度，一般当压力大于130Pa时，采用直接测量法、相变法和气流携带法；当压力小于130Pa时，通常采用自由蒸发法、喷射法和克努森喷射——高温质谱仪联合法。

本实验采用静态法测定无水乙醇在不同温度下的饱和蒸气压。即在一定的温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内无杂质气体。为此用一个球管与一个U型管相连，构成了实验测定的装置，其外形如图1所示。

图1 等压计示意图

球a中盛有被测液体，故a称之为样品池，U 形管bc部分以被测液体作为封闭液，这一部分称为等压计。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b、c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。温度则由恒温槽内的温度计直接读出，这样可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，故等压计内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，当恒温槽达到设定的温度且在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。

三、实验装置

本实验的实验装置如图2所示。

图2 纯液体饱和蒸汽压测定装置图

1. 搅拌器

2.等压计.，

3.冷凝管

4.冷却水

5. 冷凝管2，6低压真空压力计7. 缓冲瓶，8. 进气活塞，9. 真空活塞10. 11.平衡活塞12. 水银温度计

四、实验步骤

1、向冷阱的杜瓦瓶内加入冰水。取下磨口活塞，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为样品池的五分之四即可，盖好磨口活塞。

2、接通等压计上部的冷凝水，将恒温槽的水温调节到20℃，打开低压真空压力计6的开关，由精密数字压力计读取当天的大气压。

3、将真空泵接到进气活塞8上，关闭平衡活塞10，打开活塞9（在整个实验过程中活塞9始终处于打开状态，无需再动）。启动真空泵，打开进气活塞8使体系中的空气被抽出，同时将看到低压真空压力计6的读数发生变化。当等压计内的乙醇沸腾3-5分钟后，关闭进气活塞8和真空泵，旋转平衡活塞10使空气缓慢进入体系中，当等压计U型管两臂液面平齐时关闭平衡活塞10。若等压计液柱再变化，再旋转平衡活塞10使液面平齐，待液柱不再变化时，记下恒温槽温度和低压真空压力计6读数。若液柱始终变化，说明空气未被抽干净，应重新抽气。

4、由上面的操作，得到了20℃时乙醇的饱和蒸气压。在该温度下，重复操作步骤3，再进行一次测定，若两次测定的结果相差不小于0.27 Kpa（即2 mmHg），即可进行下一步测定。注意：在第二次测定时，等压计内的乙醇可能被抽干，可

以在抽气结束后，松开夹在冷凝管上的夹子，轻轻摇晃等压计，使样品池内的乙醇溅入等压计内，以保持等压计内有足够量的乙醇。

5、调节恒温槽使水温升高4℃，在温度升高过程中，等压计内的液柱将发生变化，应经常旋转平衡活塞10，缓慢放入空气，使等压计的液面始终保持平齐。当温度达到24℃时，在液面平齐且不再发生变化的情况下，记下此时的温度和压力计6的读数。

6、重复操作步骤5，测定28℃、32℃、36℃等不同实验温度的饱和蒸气压。

7、实验结束后，打开平衡活塞10，使体系内外压力一致，将冷肼内的乙醇倒掉。

五、实验数据记录及其处理

1.实验数据记录

2、作ln /[]1/p p T -图，由图中直线的斜率求出乙醇在实验温度范围内的摩尔气化焓

和正常沸点

。

ln /[]1/p p T -图像

直线的斜率m= 摩尔气化焓

=Rm=

六思考题（四选三）

1.试分析引起本实验误差的因素有哪些？

2.为什么AB 弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？

3.本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？

4.为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵。

被测液体：无水乙醇

室温： ℃

大气压： KPa

恒温槽温度 压力计读数 △p/kPa 液体的蒸汽压 p=p 大气+△p/kPa

Ln(p/[p])

t ／℃ T ／K 1/T