南京大學(xué)物化實(shí)驗(yàn)系列液體飽和蒸氣壓的測定-靜態(tài)法

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)試驗(yàn)教案邱金恒南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)試驗(yàn)教案邱金恒11液體飽和蒸氣壓的測定——靜態(tài)法試驗(yàn)?zāi)康牧私庥渺o態(tài)法〔亦稱等位法〕測定異丙醇在不同溫度下蒸氣壓的原理，進(jìn)一步理解純液體飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系。把握真空泵、恒溫槽及氣壓計(jì)的使用。學(xué)會(huì)用圖解法求所測溫度范圍內(nèi)的平均摩爾汽化熱及正常沸點(diǎn)。試驗(yàn)原理分子向液面分散和液體分子從外表逃逸的速度相等此溫度時(shí)的飽和蒸氣壓，液體的蒸氣壓與溫度有肯定關(guān)系，溫度上升，分子運(yùn)動(dòng)加劇，見小。當(dāng)蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)，液體便沸騰，外壓不同時(shí)，液體的沸點(diǎn)也不同。我101325Pa時(shí)沸騰溫度定為液體的正常沸點(diǎn)。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯－克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)方程來表示dlnp

H〔1〕dT RT2式中p為液體在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓PaT為熱力學(xué)溫度，H 為液m體摩爾汽化熱，R為氣體常數(shù)。在溫度變化較小的范圍內(nèi)，則可把H 視為常數(shù)，當(dāng)m作平均摩爾汽化熱，將上式積分得：lgp

Hm A 〔2〕2.303RT式中A為積分常數(shù)，與壓力p的單位有關(guān)。由〔2〕式可知，在肯定范圍內(nèi)，測定不同溫度下的飽和蒸氣壓，以lgp對(duì)1作圖，可得始終線，而由直線得斜率可以求出T試驗(yàn)溫度范圍的液體平均摩爾汽化熱H 。m靜態(tài)法測蒸氣壓的方法是調(diào)整外壓以平衡液體的蒸氣壓溫度下的飽和蒸氣壓。儀器與藥品1111支；數(shù)字式低真空測壓1臺(tái)。異丙醇〔A.R.〕南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 物理化學(xué)試驗(yàn)教案 邱金恒試驗(yàn)裝置圖：圖1 1．等位計(jì)；2.攪拌器；3.溫度計(jì)；4.冷阱 壓儀；6.穩(wěn)壓瓶；7.接真空泵試驗(yàn)步驟初次使用前洗凈等位計(jì)和冷凝管并烘干。從等位計(jì)磨口處參加肯定量的液樣，塞上磨口塞。手握等位計(jì)調(diào)整其位置，用排氣的2/3U型管內(nèi)的樣品根本裝至兩等位球的一半左右。在磨口處將四球等位計(jì)和冷凝管接上、旋緊，套上橡皮筋或彈簧。磨口處不宜涂凡士林或真空脂，以免污染試樣。檢漏等位計(jì)與真空裝置連接,接上冷凝水管并翻開冷卻水，關(guān)閉活塞H，G。翻開真空泵抽氣系統(tǒng)，翻開活塞G，使低真空測壓儀上顯示壓差為4000Pa~5300Pa(300mmHg～400mmHg)。關(guān)閉活塞G，留意觀看壓力測量儀的數(shù)字的變化。假設(shè)系統(tǒng)漏氣，則壓差測量儀顯示數(shù)確定值漸漸變小。這時(shí)細(xì)致分段檢查，查找漏氣部位，設(shè)法消退。調(diào)整恒溫槽至所需溫度后，翻開活塞G緩緩抽氣，使A球中液體內(nèi)溶解的空氣和A、B空間內(nèi)的空氣呈氣泡壯通過B管中液體排出。抽氣至等位段中的樣品沸騰，即關(guān)閉活塞并調(diào)整HB管中雙臂液面等高，從壓力測量儀上讀出壓力差。同法再次抽氣，再調(diào)整B管中雙臂液面等高，從壓力測量儀上讀出壓力2南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)試驗(yàn)教案邱金恒南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)試驗(yàn)教案邱金恒3A球液面上的空間已全被異丙醇布滿，登記壓差測量儀上的讀數(shù)。,直至測測完8個(gè)不同溫度時(shí)的壓差數(shù)據(jù)〔每個(gè)溫度間隔為4。在試驗(yàn)開頭時(shí)，從氣壓計(jì)讀數(shù)取當(dāng)天的大氣壓。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄1試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)溫度和氣壓記錄表12345678T/K301.0305.0309.0313.0317.0321.0325.0329.0ΔP/KPa-95.30-93.71-91.57-88.81-85.40-81.00-76.21-71.20P/KPa6.588.1710.3113.0716.4820.8825.6730.68lgP3.8183.9124.0134.1164.2174.3204.4094.4871/T〔10-3〕3.3223.2793.2363.1953.1553.1153.0773.0402試驗(yàn)前后環(huán)境的氣壓和溫度記錄表試驗(yàn)開頭時(shí) 試驗(yàn)完畢時(shí)平均值p/KPa101.91 101.84101.88T/℃17.98 18.2218.10數(shù)據(jù)處理3lgP~1/T直線由上圖得，直線的斜率為－2333由此算得：

vap

2333 Hvap m

2.303R44.67KJ/mol將點(diǎn)〔3.030e-3，4.485〕代入后算得A=11.55〔lgPa〕101325Pa代入，求得T為：lg1013252333111.55TT=356.5K所以t 356.5273.1583.35℃b思考題本試驗(yàn)方法能否用于測定溶液的蒸氣壓，為什么？答：本試驗(yàn)不能測溶液的蒸氣壓?？紤]一下靜態(tài)法測蒸汽壓的原理。假設(shè)是溶液壓值無意義〔恒沸物體系除外。溫度越高測出的蒸氣壓誤差越大，為什么？答：由于蒸氣壓與溫度是指數(shù)函數(shù)關(guān)系，p-t圖p-t圖K2040353025P1510500102030T/℃405060由圖可看出P－T曲線是雙曲線，溫度越高，斜率越大，一樣ΔT對(duì)應(yīng)的ΔP也越大，因此，溫度越高蒸氣壓測定誤差越大。爭論測定液體飽和蒸氣壓的三種方法：飽和氣流法：肯定溫度壓力下，通過肯定體積已被待測液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)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及溶液蒸氣壓的測定。靜態(tài)法：在某一溫度下將被測液體放在一個(gè)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較大的液體。動(dòng)態(tài)法：利用當(dāng)液體的蒸氣壓與外壓相等時(shí)液體沸騰的原理，測定液體在不同外壓時(shí)的沸點(diǎn)，就可求出不同溫度下的蒸氣壓。測定方法比較這些方法中，靜態(tài)法的準(zhǔn)確度較高，即便蒸氣壓只有1333Pa〔10mmHg〕左右也能測定。靜態(tài)法以等位計(jì)的兩臂液面等高來觀看平衡教靈敏而準(zhǔn)確性教差。動(dòng)態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)溫度的掌握要求不高，一半對(duì)于沸點(diǎn)低于100℃的液體，如四氯化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可到達(dá)肯定的準(zhǔn)確度。而飽和氣流法不僅可到真正的飽和狀態(tài)，因此實(shí)測值偏低。故這種方法通常只用來求溶液蒸氣壓的降低。試驗(yàn)中應(yīng)留意的問題先開啟冷卻水,然后才能抽氣。試驗(yàn)系統(tǒng)必需密閉,肯定要認(rèn)真檢漏。必需在等位儀等位管中的樣液沸騰時(shí)即可進(jìn)展測定。升溫過程可預(yù)放入少許空氣,以防止等位管中液體暴沸。液體的蒸氣壓與溫度有關(guān),所以測定過程中須嚴(yán)格掌握溫度。放入空氣必需緩慢,否則U等位管中的液體將反壓入試樣球中。而損壞壓力表?？諝獾构嗳朐嚇忧蛑?則需重抽氣前方可進(jìn)展測定。試驗(yàn)完畢后,使壓差測量儀復(fù)零,關(guān)閉冷卻水,拔去全部電源插頭試驗(yàn)關(guān)鍵空氣要抽干凈，但又不能過多抽去等位短內(nèi)的樣品。度顯示到設(shè)定值后要略為等待再調(diào)等位讀數(shù)。停泵前肯定要將三通活塞接通大氣。Hm的誤差傳遞表達(dá)式 H

2.303RTT12

lg(p2

/p)1m TT2 1d(H

) dT

/p)

T)則 Hm

1 2T T

2 1/p)

2 1T T即(H

m 1 2) T T p

2 1 p

1TTmH mm

1 T T1 2

2.303p1

1lg(p2

/p) 2.303p1

2lg(p2

2 /p) TT1 2 1

〔1〕假定 T1T2

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