液体饱和蒸气压的测定.doc

物理化学实验液体饱和蒸气压的测定实验三 液体饱和蒸气压的测定一、目的要求1.用静态法测定不同温度下乙醇的饱和蒸气压，进一步巩固克劳修斯克拉贝龙方程的应用。2.了解真空体系的设计、安装和操作的基本方法。二、预习要求1.掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理，并了解影响液体饱和蒸气压测定的因素。2.了解DP-A型精密数字压力计、SWQ型智能数字恒温控制器、缓冲储气罐、SYP型玻璃恒温水浴和U型等位计等仪器的工作原理及使用方法。三、实验原理一定温度下，在一真空的密闭容器中，液体很快与其蒸气建立动态平衡，即蒸气分子向液面凝结和液体分子从表面上逃逸的速度相等，此时液面上的蒸气压力就是液体在此温度时的饱和蒸气压。饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯克拉贝龙方程式来表示。 （3-1）式中vapHm是该液体的摩尔蒸发热，在温度变化范围不大时，它可以作为常数。积分上式得： （3-2）C为积分常数。如果以lnP为纵坐标，1/T为横坐标作图可得一直线，此直线的斜率即为-vapHm/R，由此斜率可求出乙醇的摩尔蒸发热。测定液体饱和蒸气压的方法有静态法和动态法两种。静态法是在某一温度下，直接测量液体的饱和蒸气压。测量方法是调节外压与液体蒸气压相等，此法一般用于蒸气压比较大的液体。动态法是在不同外界压力下，测定液体的沸点。本实验采用静态法测定乙醇的饱和蒸气压与温度的关系，实验装置见图3.1。通常一套真空体系装置由四部分构成：一是机械泵、缓冲储气罐部分，用以产生真空；二是真空的测量部分，包括DP-A精密数字压力计；三是蒸馏瓶部分；四是温度测量部分，包括SWQ智能数字恒温控制器、SYP玻璃恒温水浴。四、仪器和药品1.仪器DP-A型精密数字压力计一台；SWQ型智能数字恒温控制器一台；缓冲储气罐一台 ；SYP型玻璃恒温水浴一台；U型等压计一个、球形冷凝管一支。实验装置如图3.1所示。123456789.恒温槽.精密数字压力计.压力装置10图3.1 实验装置图1.冷凝器；2.缓冲球；3.试液球；4.冷阱；5.压力计；6.平衡阀2；7.大气口；8.平衡阀1；9.进气阀；10.气泵口。2.药品无水乙醇。五、实验步骤 缓冲储气罐的气密性检查及使用方法1.缓冲储气罐的气密性检查 用橡胶管将进气阀与压力泵、装置接口与数字压力表分别连接，与装置的接口用堵头封闭。 整体气密性检查a.将进气阀、平衡阀2打开，平衡阀1关闭（三阀均为顺时针关闭，逆时针开启）。启动真空泵降压至0.08-0.09kPa，数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。b.停止真空泵工作，关闭进气阀，并检查平衡阀2是否开启，平衡阀1是否完全关闭。观察数字压力表，若显示数字下降值在标准范围内（0.01kPa/s），说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因，直至合格。c.微调部分的气密性检查关闭平衡阀2，用平衡阀1调整部分的压力，使之高于压力罐中压力的1/2，观察数字压力表，其显示数字变化值在标准范围内（0.2kPa/min），说明气密性良好。若显示压力值上升超过标准，说明平衡阀1泄漏；若显示压力值下降超过标准，说明平衡阀2泄漏。2.缓冲储气罐的使用方法缓冲储气罐经气密性检查，确认无漏气现象后，方可进行实验操作。 打开进气阀与平衡阀2，关闭平衡阀1，启动真空泵进行抽气，根据实验需要抽至所需压力。数字压力计显示压力罐中的压力值。 降压结束后，关闭真空泵、进气阀及平衡阀2，仔细、缓慢地调节平衡阀1，直至得到实验所需压力值。利用平衡阀2和调节平衡阀1，可得到实验过程中所需不同压力值。 精密数字压力计的气密性检查及使用方法1.预压及气密性检查继续将缓冲储气罐与装置连接的接口用堵头封闭，用平衡阀2缓慢加压至满量程，观察数字压力表显示值变化情况，若1分钟内显示值稳定，说明传感器及压力计本身无泄漏。确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复预压2-3次，方可正式测试。2.采零泄压至零，使压力传感器与大气相通，按一下采零键，以消除仪表系统的零点漂移，此时LED显示“0000”。注意：尽管仪表作了精细的零点补偿，但因传感器本身固有的漂移（如时漂）是无法处理的，因此，每次测试前都必须进行采零操作，以保证所测压力值的准确度。3.测试仪表采零后连接实验系统，即将缓冲储气罐与装置的接口与连接，此时仪表显示实验系统的压力值。4.关机先将实验系统泄压，再关掉电源开关（OFF）。 实验仪器的连接将各实验仪器按实验装置示意图连接。连接时注意以下两点：1.橡胶管与管路接口装置、玻璃仪器、数字压力计等相互连接时，接口与橡胶管一定要插牢，以不漏气为原则，保证实验系统的气密性。2.无冷阱用橡胶管将冷阱两端短路连接。 静态法测定乙醇的饱和蒸气压1.装样从加样口注入乙醇，打开进气阀，关闭平衡阀2与平衡阀1，启动真空泵进行抽气，抽至所需压力。关闭进气活塞，旋开平衡阀2，抽至气泡成串上窜时，可关闭平衡阀2，打开平衡阀1漏入空气，使乙醇充满试样球体积的2/3和U型管双臂的大部分。2.检漏接通冷凝水，旋开平衡阀2，抽气使压力表读数为-92kPa，关闭平衡阀2，停止抽气，检查有无漏气，若无漏气即可进行测定。否则，先排除漏气故障。3.测定调节恒温槽温度为293.2K，打开平衡阀2缓缓抽气，使试样球与U型压力管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逐出。如发现气泡成串上窜，可关闭抽气活塞，缓缓打开进气活塞漏入空气使沸腾缓和。如此慢沸3-4分钟，试样球中的空气排除后，关闭抽气活塞，小心开启进气活塞缓缓漏入空气，直至U型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。重复操作一次，压力表上的读数与前一次相比两者差值应不大于67Pa，此时即可认为试样球与U型管液面上的空间已全部为乙醇的蒸气所充满。如法测定293.2K、298.2K、303.2K、308.2K、313.2K、318.2K及323.3K时乙醇的蒸气压。测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。如升温过程中，U型管内的液体发生暴沸，可漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。实验结束后，慢慢打开进气活塞，使压力表恢复零位。用虹吸法放掉恒温槽内的热水，关闭冷却水，将抽气活塞旋至与大气相通。拨去所有电源插头。六、实验注意事项1.先开启冷却水，然后才能抽气。2.实验系统必须密闭，一定要仔细检漏。3.必需让等压计U型管中的样液缓缓沸腾3-4分钟后方可进行测定。4.升温时可预先漏入少许空气，以防止U型管中液体暴沸。5.液体的蒸气压与温度有关，所以测定过程中须严格控制温度。6.漏气必须缓慢，否则U型管中的液体将充入试样球中。7.关闭阀门不可用力猛拧，否则橡胶垫圈破损，造成漏气。七、实验数据及处理1.按下表记录实验数据室内气压Pa= kPat/20253035404550T/KP表/kPaP=(P0-P表)/kPalg(P/kPa)2.绘制图，由其斜率求出实验温度区间内乙醇的平均摩尔蒸发热vapHm。3.绘制P-T图，并求取30和40两处的斜率。4.将乙醇在不同温度下蒸气压的公认值和实验值在同一坐标上绘制P-T曲线（实验线用实线，公认值用虚线）。八、思考题1.什么叫饱和蒸气压？2.静态法测蒸气压的原理是什么？3.对测量系统如何检漏？4.如何判断等压计中试样球与等压计间空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？5.等位计的U型管内所贮液体起何作用？6.实验时抽气及漏入空气的速度应如何控制？为什么？7.测定蒸气压时为何要严格控制温度？8.升温时如液体急剧气化，应作何处理？9.每次测定前是否需要重新抽气？10.停止抽气之前为什么要先使机械泵与大气相通?附1 SYP型玻璃恒温水浴的使用方法以SWQ型智能数字恒温控制器与SYP型玻璃恒温水浴配套使用为例说明。1.外观检查：玻璃缸应光洁、无裂痕，控制开关使用灵活、可靠。2.向玻璃缸内注入其容积3/4的清水，大约230mm水位高度。有关实验仪器（如玻璃仪器等）请按实验要求安装连接。3.恒温控制器的感温元件（电接点温度计或Pt100热电阻）插入水浴塑料盖前方左边孔中，插入水位深度一般应大于50mm为宜。4.将恒温控制器后面板“加热器电源”插座与水浴后面板“加热器电源”插座用配备的对接线连接。5.接通水浴后面板220V电源，据所需控温温度和加热速率选择水浴前面板“开”、“关”、“快”、“慢”、“强”、“弱”等开关，加热系统进入加热准备状态。6.接通SWQ型智能数字恒温控制器220V电源，根据实验要求，由SWQ型智能数字恒温控制器设置所需的温度和回差要求。此时，系统进入加热自动控制工作状态（有关设置方法请参阅SWQ型智能数字恒温控制器说明书）。7.开始加热时，为使升温速度尽可能快，须将加热器置于“强”的位置，但当温度达到设置温度前3-3时，将加热器置于“弱”的位置，以减缓升温速度，使温度上升平缓，避免温度急升，以达到理想的控温效果。8.关机：首先关断SWQ智能数字恒温控制器220V电源，然后关断水浴220V电源，最后拔下两仪器“加热器电源”的对接线；同时将水浴前面板各开关分别置于“关”、“快”、“强”的位置。附2 DP-A型精密数字压力计使用方法一、按键说明1.“单位”键：接通电源，初始状态kPa指示灯亮，LED显示以kPa为计量单位的压力值；按一下单位键mmH2O或mmHg指示灯亮，LED显示以mmH2O或mmHg为计量单位的压力值。2.“采零”键：在测试前必须按一下采零键，使仪表自动扣除传感器零压力值（零点漂移），LED显示为“0000”，以保证测试时显示值为被测介质的实际压力值。3.“复位”键：按下此键，可重新启动CPU，仪表即可返回初始状态。一般用于死机时，在正常测试中，不应按此键。二、使用方法 准备工作1.该机压力传感器和二次仪表为一体，用4.5-6mm内径的真空橡胶管将仪表后盖板的压力传感器接口与被测系统连接。2.将仪表后盖板的电源插座与220V电源连接。3.打开电源开关，此时仪表处于初始状态，预热2分钟。 操作步骤1.预压及气密性检查缓慢加压至满量程，观察数字压力表显示值变化情况，若1分钟内显示值稳定，说明传感器及其检测系统无泄漏。确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复预压3-3次，方可正式测试。2.采零泄压至零，使压力传感器通大气，按一下采零键，以消除仪表系统的零点漂移，此时LED显示“0000”。注意：尽管仪表作了精细的零点补偿，但因传感器本身固有的漂移（如时漂）是无法处理的，因此，每次测试前都必须进行采零操作，以保证所测压力值的准确值。3.测试仪表采零后接通被测量系统，此时仪表显示被测系统的压力值。4.关机先将被测系统泄压后，再关掉电源开关。附3 缓冲储气罐的使用说明1.安装用橡胶管或塑料管分别将进气阀与气泵、装置1接口与数字压力表连接、装置2接口用堵头连接。安装时应注意连接管插入接口的深度要15mm，并用喉箍扣紧，否则会影响气密性。2.首次使用或长期未使用而重新启用时，应先作整体气密性检查。 将进气阀、平衡阀2打开，平衡阀1关闭（三阀均为顺时针关闭，逆时针开启）。启动气泵加压（或抽气）至-92kPa，数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。 关闭进气阀，停止气泵工作，并检查平衡阀2是否开启，平衡阀1是否完全关闭。观察数字压力表，若显示数字下降值在标准范围内（0.01kPa/s），说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因，直至合格。 再作微调部分的气密性检查。关闭各阀，用平衡阀1调整微调部分的压力使之低于压力罐中压力的1/2，观察数字压力表变化，若其变化值在标准范围内（0.01kPa/4s），说明气密性良好。若压力值上升超过标准，说明平衡阀2泄漏；若压力值下降超过标准，说明平衡阀1泄漏。3.与被测系统连接进行测试 用橡胶管将装置2接口与被测系统连接、装置1接口与数字压力表连接。打开进气阀与平衡阀2，关闭平衡阀1，启动气泵，加压（或抽气），从数字压力表即可读出压力罐中的压力值。 测试过程中需调整压力值时，使压力表显示的压力值略高于所需压力值，然后关闭进气阀，停止气泵工作，关闭平衡阀2，调节平衡阀1至所需压力值。采用此方法可得到所需的不同压力值。4.测试完毕，打开进气阀、平衡阀均可释放储气管中的压力，使系统处于常压下备用。附4 SWQ型智能数字恒温控制器的操作步骤1.将传感器、加热器分别与后盖板的“传感器插座”“加热器电源插座”对应连接。2.将220V电源接入后盖板上的电源插座。3.按技术要求的插入深度，将传感器插入被测物中。18.600.0工作恒温设定温度 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5图3.2 初