飽和蒸氣壓的測定

關(guān)于飽和蒸氣壓的測定第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日一、實驗?zāi)康募耙?.學(xué)習(xí)靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓。2.用數(shù)字壓力計測定不同溫度下水的飽和蒸氣壓。3.使用克勞修斯—克拉佩龍關(guān)系式計算水的汽化熱。4.掌握氣壓計、數(shù)字壓力計和真空泵的使用方法。5.學(xué)習(xí)用origin7.5處理實驗數(shù)據(jù)。第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日二、實驗原理

在一定溫度下與液體處于平衡狀態(tài)時蒸氣的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。

密閉于真空容器中的液體，在某一溫度下有動能較大的分子從液相跑到氣相，也有動能較小的分子由氣相碰回液相。當(dāng)二者的速率相等時，就達(dá)到了動態(tài)平衡，氣相中的蒸氣密度不再改變，因而有一定的飽和蒸氣。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

液體的蒸氣壓是隨溫度而改變的，當(dāng)溫度升高時有更多的高動能的分子能夠由液面逸出，因而蒸氣壓增大。當(dāng)蒸氣壓與外界壓力相等時，液體便沸騰。

外壓不同時液體的沸點也就不同。我們把外壓為101.325kPa時的沸騰溫度定義為液體的正常沸點。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯一克拉貝龍方程式表示；

（1）第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

式中：p為液體在溫度T時的飽和蒸氣壓；

T為熱力學(xué)溫度；

為液體摩爾氣化熱（J.mol-1）；

在溫度較小的變化范圍內(nèi)，

可視為常數(shù)，積分（1）式可得：

（2）由（2）式可知，若用lnp對1/T作圖應(yīng)得一直線，斜率m為；（3）

或(4)第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日測定液體飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種：1．飽和氣流法在一定溫度和壓力下通過一定體積已被待測液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的重量，便可計算蒸氣的分壓，這個分壓就是該溫度下被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。2．靜態(tài)法

在某一溫度下將被測液體放在一個密閉的體系中，直接測量其飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日3．動態(tài)法利用當(dāng)液體的蒸氣壓與外壓相等時液體沸騰的原理，測定液體在不同外壓時的沸點就可求出不同溫度下的蒸氣壓。這些方法中以靜態(tài)法準(zhǔn)確性較高，即使蒸氣壓只有1333Pa(10mmHg)左右也可測定。靜態(tài)法以等位計的兩臂液面等高來觀察平衡較靈敏。對較高溫度下的蒸氣壓測定，由于溫度難以控制而準(zhǔn)確度較差。動態(tài)法的優(yōu)點是對溫度的控制要求不高，對于沸點低于100℃的液體，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可達(dá)到一定的精確度。飽和氣流法不僅可測液體的飽和蒸氣壓，亦可測定固態(tài)易揮發(fā)物質(zhì)，如碘的蒸氣壓。它的缺點是通常不易達(dá)到真正的飽和狀態(tài)，因此實測值偏低。故這種方法通常只用來求溶液蒸氣壓的相對降低。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日三、儀器和試劑如圖1裝置一套：包括玻璃恒溫槽1套，冷阱1個，數(shù)字精密壓力計1臺，真空泵及附件1套。圖1靜態(tài)法液體飽和蒸氣壓測定裝置第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日四、實驗步驟1.圖1安裝好實驗裝置2.精密數(shù)字壓力計調(diào)試通電預(yù)熱精密數(shù)字壓力計10min左右，選擇kPa為單位，且在系統(tǒng)通大氣的情況下，調(diào)零。3.裝樣：

將蒸餾水從加樣口注入，關(guān)閉平衡閥1，打開進(jìn)氣閥和平衡閥2，啟動真空泵抽氣至壓力計讀數(shù)為-50kPa時停止抽氣，關(guān)閉平衡閥2，打開平衡閥1，使乙醇沖入試樣球A。如此反復(fù)操作，使乙醇充滿試樣球A2/3及液封U型管體積的1/2。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日4.檢漏:開啟冷卻水，接通電源，使真空泵正常運轉(zhuǎn)2min，關(guān)閉平衡閥1，打開進(jìn)氣閥和平衡閥2抽氣，使系統(tǒng)減壓至壓力計讀數(shù)為-50kPa后停止抽氣，關(guān)閉進(jìn)氣閥和平衡閥2。此時系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。若壓力計數(shù)值下降在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（0.01kPa/4s）即為正常。否則應(yīng)檢查原因，設(shè)法消除，至不漏氣為止。

5.測定:開啟冷卻水，調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度稍高于室溫（如25℃）作為實驗起始溫度，通電加熱，A球內(nèi)蒸餾水的溫度隨水浴的溫度升高而升高。同時開啟真空泵緩緩抽氣，使A球內(nèi)氣體呈氣泡一個一個地通過液封U管（切忌抽氣太快）排出。緩緩抽氣數(shù)分鐘后(注意勿使液體沸騰過猛)，使壓力計讀數(shù)約為-98kPa左右，關(guān)閉進(jìn)氣閥，使真空泵與大氣相通，停止抽氣。然后微微調(diào)節(jié)平衡閥1，使U型管兩液面等高為止（謹(jǐn)防空氣倒灌入A球），記下恒溫槽溫度和壓力計讀數(shù)。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

如此重復(fù)操作兩次，若連續(xù)兩次測得的數(shù)值相等，則可認(rèn)為A、B管中的空氣已排凈。記下此時壓力計讀數(shù)，同時從氣壓計上讀取并記下室溫和大氣壓。用當(dāng)天大氣壓平均值減去表壓絕對值(p水=p大-│p表│)，即為設(shè)定溫度下水的飽和蒸氣壓。用上述方法，沿升溫方向每隔3～5℃測定一組設(shè)定溫度下的數(shù)值。實驗完畢，停止加熱，緩緩打開平衡閥1和進(jìn)氣閥，待系統(tǒng)處于常壓時，關(guān)閉氣壓計電源，最后關(guān)閉冷卻水，復(fù)原。第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日五、數(shù)據(jù)記錄與處理1．?dāng)?shù)據(jù)記錄被測液體：乙醇

室溫：22.2℃

大氣壓：開始讀數(shù)kPa

結(jié)束讀數(shù)

kPa平均值

kPa溫度t/℃T/K1/T(K-1)壓力計讀數(shù)p/kPa乙醇的蒸汽壓p/kPalnp24297.20.00336-97.828301.20.00332-97.0…第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日2．用origin繪制lnp-1/T圖，求斜率m3．由m求4．求水的正常沸點。本實驗也可以測定其他各種純液體，如乙醇、丙酮等的蒸氣壓和平均摩爾汽化熱。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日溫度()壓力示數(shù)均值（）溫度（）液體飽和蒸汽壓（）1/T20.3-95.25293.456.958.84650

0.0034125.4-93.71298.558.509.047230.00335

30.5-91.42303.6510.789.285450.00329

35.6-87.80308.7514.409.574980.00324

40.5-83.84313.6518.369.81793

0.00319【實驗數(shù)據(jù)記錄與處理】實驗相關(guān)物理量數(shù)據(jù)的處理作lnp－1/T的函數(shù)關(guān)系圖，求外壓為102.02Kpa條件下乙醇的沸點第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日∵標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為Pa，則lnp＝代入y=-ax+b得：解得：1/T＝x＝2.8001×10-3K-1∴乙醇的正常沸點為：T＝357.130K.(t=83.980℃)②根據(jù)lnp－1/T直線的斜率，求乙醇在實驗溫度區(qū)內(nèi)的平均摩爾汽化熱ΔvapHmΔvapHm＝－Rm＝－8.314×(－37307.69)＝37.30769kJ/mol③數(shù)據(jù)誤差分析：a.通過查閱附錄，得到乙醇的平均摩爾汽化熱參考值第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日實驗所得乙醇的平均摩爾汽化熱相對誤差

b.通過查閱附錄，得到乙醇在下的沸點實驗所得乙醇的T的相對誤差：第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日六、實驗注意事項

1.整個實驗過程中，應(yīng)保持等位計AB液面間的空氣排凈。2.抽氣的速度要合適，必須防止等位計內(nèi)的液體沸騰過劇。3.因為蒸氣壓和溫度有關(guān)，在測定過程中應(yīng)控制恒溫槽的溫度波動為

±0.1℃。4.實驗過程中需防止U型管內(nèi)的液體回流入A球內(nèi)，帶入空氣，影響

實驗結(jié)果。

第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日七、思考題1．所測量儀器的精確度是多少？估計最后氣化熱的有效數(shù)字。2．如何獲得較準(zhǔn)確的實驗結(jié)果？3．克勞修斯—克拉佩龍關(guān)系式在什么條件下才能應(yīng)用？為什么本實驗測得的只是平均氣化熱？4.如何判斷AB液面間的空氣已排凈？第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日八、附錄1真空泵真空是指壓力小于一個大氣壓的氣態(tài)空間。真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，常以壓強值表示，習(xí)慣上稱作真空度。不同的真空狀態(tài)，意味著該空間具有不同的分子密度。在現(xiàn)行的國際單位制（SI）中，真空度的單位與壓強的單位均為帕斯卡（Pasca），簡稱帕，符號為Pa。在物理化學(xué)實驗中，通常按真空度的獲得和測量方法的不同，將真空區(qū)域劃分為:粗真空(101325Pa～1333Pa);低真空(1333Pa～0.1333Pa);高真空(0.1333Pa～1.333×10-6Pa)；超高真空(<1.333×10-6Pa)。為了獲得真空，就必須設(shè)法將氣體分子從容器中抽出。凡是能從容器中抽出氣體，使氣體壓力降低的裝置，均可稱為真空泵。

如水流泵、機械真空泵、油泵、擴散泵、吸附泵、鈦泵等等。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日圖2旋片式真空泵1.進(jìn)氣嘴;2.旋片彈簧;3.旋片;4.轉(zhuǎn)子;5.泵體;6.油箱;7.真空泵油;8-排氣嘴。

它主要由泵體和偏心轉(zhuǎn)子組成。

經(jīng)過精密加工的偏心轉(zhuǎn)子下面安裝有帶彈簧的滑片，由電動機帶動，偏心轉(zhuǎn)子緊貼泵腔壁旋轉(zhuǎn)。滑片靠彈簧的壓力也緊貼泵腔壁。滑片在泵腔中連續(xù)運轉(zhuǎn)，使泵腔被滑片分成的兩個不同的容積呈周期性的擴大和縮小。氣體從進(jìn)氣嘴進(jìn)入，被壓縮后經(jīng)過排氣閥排出泵體外。如此循環(huán)往復(fù)，將系統(tǒng)內(nèi)的壓力減小。實驗室常用的真空泵為旋片式真空泵第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

旋片式機械泵的整個機件浸在真空油中，這種油的蒸氣壓很低，既可起潤滑作用，又可起封閉微小的漏氣和冷卻機件的作用。在使用機械泵時應(yīng)注意以下幾點:

1.機械泵不能直接抽含可凝性氣體的蒸氣、揮發(fā)性液體等。因為這些氣體進(jìn)入泵后會破壞泵油的品質(zhì)，降低了油在泵內(nèi)的密封和潤滑作用，甚至?xí)?dǎo)致泵的機件生銹。因而必須在可凝氣體進(jìn)泵前先通過純化裝置。

例如，用無水氯化鈣、五氧化二磷、分子篩等吸收水分;用石蠟吸收有機蒸氣;用活性炭或硅膠吸收其它蒸氣等。第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

2.機械泵不能用來抽含腐蝕性成分的氣體。如含氯化氫、氯氣、二氧化氮等的氣體。因這類氣體能迅速侵蝕泵中精密加工的機件表面，使泵漏氣，不能達(dá)到所要求的真空度。遇到這種情況時，應(yīng)當(dāng)使氣體在進(jìn)泵前先通過裝有氫氧化鈉固體的吸收瓶，以除去有害氣體。

3.機械泵由電動機帶動。使用時應(yīng)注意電動機的電壓。若是三相電動機帶動的泵，第一次使用時特別要注意三相電動機旋轉(zhuǎn)方向是否正確。正常運轉(zhuǎn)時不應(yīng)有摩擦、金屬碰擊等異聲。運轉(zhuǎn)時電動機溫度不能超過50℃～60℃。

4.機械泵的進(jìn)氣口前應(yīng)安裝一個三通活塞。停止抽氣時應(yīng)使機械泵與抽空系統(tǒng)隔開而與大氣相通，然后再關(guān)閉電源。這樣既可保持系統(tǒng)的真空度，又避免泵油倒吸。第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日八、附錄2數(shù)字式壓力計數(shù)字式壓力計是運用壓阻式壓力傳感器原理測定實驗系統(tǒng)與大氣壓之間壓差的儀器。它可取代傳統(tǒng)的U型水銀壓力計，無汞污染現(xiàn)象，對環(huán)境保護(hù)和人類健康有極大的好處。該儀器的測壓接口在儀器后的面板上。使用時，先將儀器按要求連接在實驗系統(tǒng)上（注意實驗系統(tǒng)不能漏氣），再打開電源預(yù)