物理化学实验电子教案

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2020/12/11
3.5 数据处理
2．绘p~T图 3．用Matlab绘制lnp~1/T图（操作方法见附录2， p.118-119），求ΔH气化 4．求水的正常沸点。
本实验也可以测定其他各种纯液体，如乙醇、丙 酮等的蒸气压和平均摩尔汽化热。
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3.2 实验原理
在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力 称为该温度下液体的饱和蒸气压。密闭于真空容器中 的液体，在某一温度下有动能较大的分子从液相跑到 气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。当二者 的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密 度不再改变，因而有一定的饱和蒸气。
就物理化学实验来说，压力的应用范围高至气体 钢瓶的压力，低至真空系统的真空度。压力通常可分 为高压、中压、常压和负压。压力范围不同，测量方 法不一样，精确度要求不同，所使用的单位也各有不 同的传统习惯。
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3.9 附录3 压力测量
一、压力的表示方法
3．系统检漏：启动真空泵，系统减压400-500mmHg后， 关闭真空泵，5分钟后系统压力不发生变化，则属正常。
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3.4 实验步骤
否则，检查各连接处是否漏气，可用少许真空酯涂在 该处。
4．测定水在不同外压下沸腾的温度：启动真空泵，让 体系压力低于环境压力约300-400mmHg左右。加热，让 水平稳地沸腾，调整测露茎的温度计水银球于测体系 温度的温度计汞柱露出部分的中部。隔2-3分钟读数， 两次读数基本没有变化时,记录t观和t环，同时记录压 差计的读数。
3.9 附录3 压力测量
二、常用测压仪表
1.液柱式压力计
液柱式压力计是物理化学实验中用得最多的压力计 。它构造简单、使用方便，能测量微小压力差，测量 准确度比较高，且制作容易，价格低廉，但是测量范 围不大，示值与工作液密度有关。它的结构不牢固， 耐压程度较差。现简单介绍一下U型压力计。
液柱式U型压力计由两端开口的垂直U型玻璃管及 垂直放置的刻度标尺所构成。管内部盛有适量工作液
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3.2 实验原理
在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中， 直接测量其饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大 的液体。
3．动态法
利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理 ，测定液体在不同外压时的沸点就可求出不同温度下的 蒸气压。
这些方法中以静态法准确性较高，即使蒸气压只有 1333Pa(10mmHg)左右也可测定。静态法以等位计的两
压力是指均匀垂直作用于单位面积上的力，也可 把它叫作压力强度，或简称压强。国际单位制（SI） 用帕斯卡作为通用的压力单位，以Pa或帕表示。当作 用于1m2(平方米)面积上的力为1N(牛顿)时就是1Pa(帕 斯卡):
N
Pa= m2
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3.9 附录3 压力测量
P=P0./101.325-(pr-pl)./760; %计算压力
以上是温度和蒸气压的值通过用MATLAB的预处理，以下画出测定数据与拟合直 线的对照图，同时计算出水的气化热。
T1=1./(273.15+T);
%计算1/T
p1=log(P);
%计算ln(p)
c=polyfit(T1,p1,1)
%计算拟合系数（c(1)为斜率，c(2)为截距）
8-冷凝管，9-压差计，10、11、12-三通阀，13缓冲瓶，14-接抽气装置
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3.4 实验步骤
1．准确读取实验时的大气压，实验结束时再读取一次， 取平均值。
2．先用洗液清洗三颈瓶，再用自来水冲洗，最后用蒸馏 水洗两次。瓶内加约1/2的蒸馏水，加入少许沸石。测温 的温度计头用纱布包裹，部分浸入水中。用橡皮筋将测 环境温度的温度计与测体系温度的温度计绑在一起，但 要能移动，作露茎校正。
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3.8 附录1 温度计的校正
温度计的种类很多，其中水银温度计是最常用的。 它的测温原理是基于不同温度时水银的体积变化不同来 反应温度的变化。它的优点是结构简单、使用方便、价 格便宜、测温范围广，一般适用于-350C-3600C。如以特 制的硬质玻璃制成，内充Ne或Ar等惰性气体，可使测温 范围扩大到7500C。当水银中加入Tl后，可测低温到600C。但水银温度计在长期使用后玻璃的性质会发生改 变。同时，温度计的读数是整体浸入被测体系时刻度的 ，当温度计各部分所处的温度不同时，读数也不能正确 反映被测体系的真实温度。因此，使用温度计必须进行 校正。
t校= t观+Δt
（3-18）
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3.8 附录2 用Matlab处理数据
实验获取如下数据： 室温 t0℃ 露茎起点 L0℃ 实验开始时气压计读数 p1（cbar） 实验结束时气压计读数 p2（cbar） 观测温度t(摄氏度) 左汞高pl(mmHg) 右汞高pr(mmHg) 为处理简单起见，将后3项的数据以文本形式单独存为一个文件 ，如s001.txt，存于指定目录，如c:\student。 在MATLAB中如下操作,对数据进行预处理。 load c:\student\s001.txt %调入原始数据
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3.8 附录1 温度计的校正
1．零点校正：常用水的冰点校正，或用一套标准温度计校正。
2．露茎校正：所谓露茎是指温度计未浸入被测体系的部分。由于 其所处的环境温度的不同，所示值需要进行校正。
Δt=kl(t观-t环)
（3-17）
k=0.000157是水银对玻棒的相对膨胀系数；t观是测量温度计的读 数；t环是附在测量温度计上的辅助温度计的读数；l是测量温度计 水银柱露在空气中的部分的刻度长度。
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3.7 思考题
1．所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有 效数字。 2．正常沸点与沸腾温度有什么不同？ 3．如气压计读数为bar，压差计读数为mmHg，数据如 何换算？ 4．本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压，为什么？
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3.6 实验注意事项
1.整个实验过程中，应保持等位计I球液面上的空气排 净。
2.抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾 过剧。
3.因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温 槽的温度波动为± 0.1 ℃ 。 4. 实验过程中需防止Ш球内的液体回流入I球内，带入 空气，影响实验结果。
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3.2 实验原理
wenku.baidu.com
臂液面等高来观察平衡较灵敏。对较高温度下的蒸气压 测定，由于温度难以控制而准确度较差。动态法的优点 是对温度的控制要求不高，对于沸点低于100℃的液体 ，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达 到一定的精确度。饱和气流法不仅可测液体的饱和蒸气 压，亦可测定固态易挥发物质，如碘的蒸气压。它的缺 点是通常不易达到真正的饱和状态，因此实测值偏低。 故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。
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3.8 附录2 用Matlab处理数据
t0=25; 均值）
%环境温度（整个过程中t0并不是常数，但变化不大，可用平
L0=30;
%露茎起点读数
P1=98.7;
%输入开始时气压计读数
P2=97.6;
%输入结束时气压计读数
P0=(p1+p2)/2; %计算气压平均值
t=s001(:,1); %观察温度数据转存于向量t中
pl=s001(:,2); %左汞高数据存于向量pl中
pr=s001(:,3); %右汞高数据存于向量pr中
T=t+(t-t0)*(t-L0)*0.000157; %计算温度
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3.8 附录2 用Matlab处理数据
由图解法求得直线的斜率即可由此得到液体的摩尔气化 热（J.mol-1）：
ΔH气=-2.303Rm
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(3-4)
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3.3 仪器和试剂
如图3-18装置一套 ，调压器（1kVA）1 台，电热套（300500W）1个，真空泵 及附件1套。
图3-18 动态法液体饱和蒸气压测定装置 1-调压器，2-电热套，3-三颈瓶，4-沸石，5-纱布，6-温度计，7-温度计，
降低体系与环境的压差约20-30mmHg，同样测定。 直到体系与环境无压差，测定不少于10次。
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3.5 数据处理
1．数据记录
被测液体
室温
大气压：开始读数
结束读数
温度值
平均值
t观 t环 t校 1/T h左 h右 Δh p
lnp
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物理化学实验电子教案
3.1 实验目的及要求
1 学习动态法测定液体饱和蒸气压与温度的关系。 2 用等压计测定在不同温度下乙醇的饱和蒸气压。 3 使用克劳修斯—克拉佩龙关系式计算水的汽化热。 4 掌握气压计、U型管压差计的使用方法和真空泵的
使用。 5 学习Matlab处理实验数据。
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3.9 附录3 压力测量
体作为指示液。图3-6中U型管的两支管分别连接于两 个测压口。因为气体的密度远小于工作液的密度，因 此，由液面差Δh及工作液的密度ρ、重力加速度g可 以得到下式:
液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯一克拉 贝龙方程式表示；
dln p H气 dT RT2
（3-1）
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3.2 实验原理
式中：p为液体在温度T时的饱和蒸气压；T为绝对温度 ；ΔH气为液体摩尔气化热（J.mol-1）；在温度较小的 变化范围内，ΔH气可视为常数，积分（3－1）式可得：
lnpH气B' RT
（3-2）
或
lg p AB
（3-3）
T
由（3-3）式可知，若用lgP对1/T作图应得一直线，
斜率为 ；
mA H气 2.303R
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3.2 实验原理
测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种： 1．饱和气流法 在一定温度和压力下通过一定体积巳被待测液体所饱和 的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的 重量，便可计算蒸气的分压，这个分压就是该温度下被 测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的 液体。 2．静态法
压力有不同的单位，它们之间的换算关系见附录。 压力测量中还有绝对压力、表压和真空度的术语（见 图3-23）。 在压力高于大气压的时: 绝对压=大气压+表压 或 表压=绝对压-大气压 在压力低于大气压的时候:
绝对压=大气压-真空度 或 真空度=大气压-绝对压
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xlabel('1/T');
%横轴
ylabel('ln(p)');
%纵轴
legend('拟合结果','实验值');
%图例
grid on;
%加网格线
DH=-c(1)*8.314
%输出水的气化热
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3.9 附录3 压力测量
压力是用来描述体系状态的一个重要参数。许多物 理、化学性质，例如熔点、沸点、蒸气压几乎都与压 力有关。在化学热力学和化学动力学研究中，压力也 是一个很重要的因素。因此，压力的测量具有重要的 意义。
p2=polyval(c,T1);
%计算ln(p)的拟合值
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3.8 附录2 用Matlab处理数据
plot(T1,p2,T1,p1,'+'); %画出拟合的直线和用“+”标出测定 的数据
title('水的饱和蒸气压与温度的关系'); %图标题
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3.2 实验原理
液体的蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更 多的高动能的分子能够由液面逸出，因而蒸气压增大。 当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。外压不同时 液体的沸点也就不同。我们把外压为1个标准压力时的沸 腾温度定义为液体的正常沸点。