实验二纯液体饱和蒸气压的测定.doc

实验二 纯液体饱和蒸气压的测定【目的要求】 1. 用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。 2. 了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系。克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。 【预习要求】 1. 掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。 2. 了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。 3. 掌握水银温度计的露茎校正方法。 【实验原理】 在通常温度下(距离临界温度较远时)，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。蒸发一摩尔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，这主要与分子的动能有关。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p(101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: (1)式中，R为摩尔气体常数;T为热力学温度;vapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。 假定vapHm与温度无关，或因温度范围较小，vapHm可以近似作为常数，积分上式，得: (2)其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对作图，应为一直线，直线的斜率为，由斜率可求算液体的vapHm。 测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图2-1所示。 平衡管由A球和U型管B、C组成。平衡管上接一冷凝管5，以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而B管与C管的液面处于同一水平时，则表示B管液面上的(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。 【仪器试剂】 1.仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置1套; 放大镜(5)1只; 直尺1把。 2.药品 蒸馏水; 环己烷（分析纯）或乙醇或乙酸乙酯。 【实验步骤】升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 图1 纯液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞；10.安全瓶。1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A球约2/3体积，B和C球各1/2体积，然后按图装妥各部分。 2.系统气密性检查 关闭活塞8，旋转三通活塞9使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为53kPa(40cmHg）时，关闭活塞9，使系统与真空泵、大气皆不通。观察U型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。 3.排除AB弯管空间内的空气 AB弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压；另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证B管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高35左右)接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。 4.饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞8缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至B管、C管中液面平齐，关闭活塞8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面，须抽气，再调平齐）。 然后，将恒温槽温度升高10，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免B、C管中液体大量蒸发，应随时打开活塞8缓缓放入少量空气，保持 C管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使B、C管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高10，测定一次压差，总共测35个值。 【注意事项】 1.减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。 2.必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。 3.升温法测定中，打开进空气活塞8时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。 4.降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞9抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB弯管内之空气。 【数据处理】 1.数据记录表 大气压= kPa 室温 度U型压差计t测 t环 露茎高度hh左/KPah右/KPa 2.数据处理表 露茎校正值t/T实/h/kPap测 /kPalnp 3.绘出被测液体的蒸气压-温度曲线，并求出指定温度下的温度系数dp/dT。 4.以lnp对作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内被测液体的平均摩尔气化热vapHm，通过图求算出纯液体的正常沸点。5. 验证楚顿规则（Troutons Rule）：【误差分析】1.系统误差：克-克方程推导过程中引入了假设条件克拉贝龙方程： （气液平衡）假设：（1） 液相的体积跟气相比可以忽略不计（2） 气相可视为理想气体则2.随机误差：压力和温度的测量都有随机误差，误差传递表达式为3.图解法求斜率的误差【思考问题】 1. 为什么AB弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌?