實(shí)驗(yàn)二 液體飽和蒸汽壓的測定.doc

實(shí)驗(yàn)二 液體飽和蒸汽壓的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）明確液體飽和蒸汽壓的定義，熟悉純液體的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系，即克勞休斯-克拉貝農(nóng)方程。 （2）了解靜態(tài)法測定液體飽和蒸汽壓的原理。 （3）學(xué)習(xí)用圖解法求解被測液體在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾蒸發(fā)焓與正常沸點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、熱力學(xué)原理 在遠(yuǎn)低于液體臨界溫度下，處于密閉的真空容器中的液體，一些動能較大的液體分子可從液相進(jìn)入氣相，而動能較小的蒸汽分子因碰撞而凝結(jié)成液相，當(dāng)這兩個過程的速度相等時，氣液兩相建立動態(tài)平衡，此時液面上的蒸汽壓力就是該溫度下該液體的飽和蒸汽壓，簡稱為蒸汽壓。蒸發(fā)1mol液體所吸收的熱量稱為該溫度下液體的摩爾蒸發(fā)焓，用vapH*m表示。 純液體的蒸氣壓隨溫度的變化而變化，當(dāng)溫度升高，分子運(yùn)動加劇，更多的高動能分子由液相進(jìn)入氣相，因而蒸氣壓增大；反之，溫度降低，則蒸氣壓減小。當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時，液體更沸騰，此時的溫度稱為沸點(diǎn)，所以，外壓不同時，液體的沸點(diǎn)也不同，當(dāng)外壓為101.325kPa時，液體的沸點(diǎn)稱為該液體的正常沸點(diǎn)。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系用克勞休斯-克拉貝農(nóng)方程式表示為 dlnp/dT=vapH*m/RT2 (1) 式中，R為摩爾氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；vapHm為在溫度T時純液體的摩爾蒸發(fā)焓。若在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)將vapHm視為常數(shù)，對式（1）積分的：lnp=-vapHm/RT+C (2)其中C為積分常數(shù)。可以看出，實(shí)驗(yàn)測量出液體在一系列溫度之下的飽和蒸氣壓，以lnp對1/T作圖，得一直線，直線的斜率為 由斜率可求算液體的vapHm。2、實(shí)驗(yàn)方法靜態(tài)法是將待測物質(zhì)放在一個密閉的系統(tǒng)中，在不同溫度下直接測量其飽和蒸氣壓。通常是用平衡管（又稱等位計）進(jìn)行測定。 平衡管由一個球管與一個U形管連接而成（如圖1（b）所示），待測物質(zhì)置于球管A內(nèi)，U形管中也放置被測液體，將平衡管和抽氣系統(tǒng)、壓力計連接，在一定溫度下，當(dāng)U形管中的液面在同一水平時（B,C處），表明U形管兩臂液面上方的壓力相等，即AB段的蒸氣壓與C到壓力計的壓力相等，記下此時的溫度和壓力，則壓力計的示值就是該溫度下液體的飽和蒸氣壓，或者說，所測溫度就是該壓力下的沸點(diǎn)?？梢姡闷胶夤芸梢垣@得并保持系統(tǒng)中為純試樣時的飽和蒸氣，U形管中的液體起液封和平衡指示作用。靜態(tài)法常用于易揮發(fā)液體飽和蒸氣壓的測量，也可用于固體加熱分解的平衡壓力的測量。 （a） (b) 圖1、液體飽和蒸氣壓測定裝置圖1-平衡管；2-攪拌器；3-溫度計；4-恒溫水浴三、儀器和試劑恒溫水??；平衡管，溫度計，冷凝管，真空泵，數(shù)字式低真空測壓儀；無水乙醇，四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、安裝儀器 將待測液體（本實(shí)驗(yàn)為無水乙醇）裝入平衡管，A球內(nèi)約占4/5體積額，此時U形管內(nèi)不能有液體。再按圖1裝妥各部分。2、抽真空、系統(tǒng)檢漏 如圖1所示，將進(jìn)氣閥、閥2打開，閥1關(guān)閉。開動真空泵，抽氣減壓至壓力計顯示壓差為-80KPa時關(guān)閉進(jìn)氣閥和閥2，使系統(tǒng)與真空泵、大氣皆不相同。觀察壓力計的示數(shù)，如果壓力計示數(shù)能在3-5min內(nèi)維持不變，則表明系統(tǒng)不漏氣；否則應(yīng)逐段檢查，排除漏氣原因。3、排除AB彎管空間內(nèi)的空氣和形成液封讀出當(dāng)日大氣壓力。打開閥1，將系統(tǒng)接通大氣，接通冷凝水，恒溫槽溫度調(diào)節(jié)至此大氣壓下待測液沸點(diǎn)高3-5，是液體輕微沸騰，此時AB彎管內(nèi)的空氣不斷隨蒸氣經(jīng)C管逸出，如此沸騰3-5min，可認(rèn)為空氣被排除干凈，停止加熱，關(guān)閉閥1。4、乙醇飽和蒸氣壓的測定隨著系統(tǒng)溫度逐漸下降，氣泡逸出逐漸減慢。當(dāng)溫度降低到一定程度時，氣泡逐漸消失，AB管內(nèi)壓力逐漸降低，B管液面開始上升，同時C管液面下降。當(dāng)B,C兩管的液面達(dá)到同一水平面時，立即記錄此時的溫度和壓力，并打開閥2，使測量系統(tǒng)的壓力減小5-7kPa（此步要快，否則空氣會進(jìn)入A球，實(shí)驗(yàn)需要重做），液體將重新沸騰，又有氣泡從平衡管冒出，關(guān)閉閥2，繼續(xù)降低水溫。當(dāng)溫度降到一定程度時，B,C液面又處于同一水平面，記錄此時的溫度及壓力計讀數(shù)。重復(fù)上述操作，每次使系統(tǒng)減壓5-7kPa，共測8組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)完畢后必須使系統(tǒng)和真空泵與大氣相通才能關(guān)閉真空泵。五、數(shù)據(jù)處理（1）數(shù)據(jù)記錄被測液體：無水乙醇室溫：23.35大氣壓：98.21KPa 恒溫槽溫度壓力計讀數(shù) p/kPa液體的蒸汽壓 p=p大氣+p/kPaptTK79.58352.730.002835 0.00 98.21 4.587 78.14351.290.002847 -6.53 91.68 4.518 76.95350.100.002856 -11.20 87.01 4.466 75.25348.400.002870 -17.27 80.94 4.394 73.48346.630.002885 -23.31 74.90 4.316 71.06344.210.002905 -29.72 68.49 4.227 69.45342.600.002919 -34.51 63.70 4.154 66.88340.030.002941 -40.46 57.75 4.056 (2的（2)以lnp對1/T作圖，求出直線斜率，并由斜率算出此溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱vapHm 。 vapHm=4990R10-3=41.49KJ六、注意事項(xiàng):(1)預(yù)習(xí)時應(yīng)該讀懂各個閥門的作用及氣路連接。(2)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查并保證體系不漏氣。(3)減壓速度要適合，必須防止平衡管內(nèi)液體沸騰過于劇烈，致使管內(nèi)液體快速蒸發(fā)。(4)實(shí)驗(yàn)過程中，必須充分排盡AB彎管空間中的全部空氣，使B管液面上方只含液體的蒸汽分子。平衡管必須放置于恒溫水欲中的水面以下，否則其溫度與水溫不同。七、思考題:（1）為什么AB彎管中的空氣要干凈？怎樣操作？怎樣防止空氣倒灌？答: AB彎管空間內(nèi)的壓力包括兩部分：一是待測液的蒸氣壓;另一部分是空氣的壓力。測定時，必須將其中的空氣排除后，才能保證B管液面上的壓力為液體的蒸氣壓；將水浴溫度升高到85C沸騰3分鐘即可；檢漏之后要關(guān)閉閥1，防止外界空氣進(jìn)入緩沖氣體罐內(nèi)。（2）本實(shí)驗(yàn)方法能否用于測定溶液的飽和蒸氣壓？為什么？答：溶液不是純凈物，其沸點(diǎn)不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)操作過程中很難判斷是否已達(dá)到其沸點(diǎn)。（3）為什么實(shí)驗(yàn)完畢以后必須使系統(tǒng)和真空泵與大氣相通才能關(guān)閉真空泵？答：如果不與大氣相通，球管內(nèi)的液體可能會被吸入到緩沖儲氣罐。（4）如果用升溫法測定乙醇的飽和蒸汽壓，用該實(shí)驗(yàn)裝置是否可行？若行，如何操作？答：升溫法可行。先打開閥2，關(guān)閉閥1，使儲氣管內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)-5