绿色化教学改革研究改1.doc

绿色化教学改革研究水的饱和蒸气压测定新方法乔艳红*第一作者简介：乔艳红，（1972），女，汉族，籍贯：河北省,副教授，博士，主要研究方向：配位物理化学，E-mail: . ，孙玉绣（天津师范大学化学学院，天津，300387）摘要：通过对液体饱和蒸气压实验装置的改进和实验方案的选择，确定了一种可用于测定水的饱和蒸气压的新方法。改进后的实验不仅减少了环境污染，降低了实验成本,而且操作方便。用经过改进以后的实验方法测定温度范围为5075的水的平均摩尔气化热，数量级与文献值一致，相对误差小于3。关键词：水的饱和蒸气压 物理化学实验教学改革 绿色化学 Green Teaching Reform, the New Method of Water Saturation Steam Pressure MeasurementQiao Yan-hong，Sun Yu-xiuDepartment of Chemistry, Tianjin Normal University. Tianjin. 300387Abstract: A new method to determine the water saturation steam pressure has been established via improving the device and experimental program. The improved experiment can not only reduce the pollution of the environment and the cost of experiment, but also operate conveniently. The water saturation steam pressure at the range of 50-75 has been determined using the improved method. The molar heat of vaporization of water gotten through the experiment is same as the literature value.Key words:， physical chemistry experiment ，teaching reform， green chemistry 在物理化学实验改革实践中，通过对实验中的装置、药品、操作步骤等的改进，减少环境污染、降低成本，提高安全性，使学生认识到绿色化学的重要性，既增加学生的环保意识，激发学生对物理化学实验的兴趣，又有利于学生综合素质的提高和实验技能的培养1-4。绿色化教学改革研究正在成为物理化学实验改革的热点之一5,6。液体饱和蒸气压的测定是基础物理化学实验之一，常用的试剂是苯，而苯易挥发，且具有致癌性。虽有人将试剂改为乙醇，但依然存在实验成本高，真空操作过于繁杂难控制的缺点7。一些针对实验装置的改进也没有得到非常理想的实验结果8，9。我们采用的是非真空系统、不用有机溶剂，以水为待测物质的实验方法，可以达到同样的教学目的和实验效果，新的被测物质水对人体无害，对环境无污染，价格便宜，使实验费用大大降低。1. 实验部分1.1 实验原理一定量的空气被封闭于量气管顶端（图1）。量气管上端的空气为水蒸气所饱和，在水蒸气与空气的气体混合物中，水蒸气的量(mol)随温度而变化，其中空气的量(mol)不变。图1 水的饱和蒸气压简易测定装置显然在一定温度下，两管液面平齐时，有p大气p空气p水蒸气 （1） (2)其中，T、V分别为测量温度和空气体积；n空气是空气的物质的量。假设在5时，p水蒸气可以忽略，则有： (3)其中，T0、V0分别为5以下测量空气的温度和体积。将测量值T0、V0代入式（3)便可求得n空气。将n空气代入式(1)即可算出各测量温度下空气的分压p空气，将p空气代入式(2)即可算出各测量温度下水的饱和蒸气压。将各温度下水的饱和蒸气压代入克劳修斯克拉贝龙方程： (4)若以对作图，得一条直线，其斜率m为： （5）由式(5)可得5075范围内水的平均摩尔气化热1.2 实验仪器与药品U型量气管一支，恒温槽一套，塑料冰槽一个，精密温度计（0100）一支，长滴管一支，蒸馏水，冰，自来水。1.3 实验步骤在U型量气管中加入适量的蒸馏水，使管中封闭34mL空气。把U型量气管放入冰槽中，调节冰槽温度为35，用长滴管调节量气管两液面平齐后，读取T0、V0。把U型量气管放入恒温槽中，调节恒温槽温度为75，恒温后，用长滴管调节量气管两管液面平齐，读取气体体积。 用上述方法每隔2左右测定一个量气管中被封气体的体积，分别记下数据。 采取低温到高温的实验方案重复以上实验。2 结果与讨论2.1 数据处理实验数据列于表1中（以其中一次实验为例），用Orgin软件处理所得实验数据，以lnp对作图得到一条直线（图2），通过直线斜率计算得到水的平均摩尔气化热。表1 数据记录及计算p大气102170Pa， 冰槽温度T0 277.55K， 气体体积V0 0.00340dm3。V(dm3)T(K)( K-1)p空气(Pa)p水蒸气(Pa)lnp水蒸气(Pa)0.00745348.550.00287641803799010.5450.00695345.450.00290681503402010.4350.00662342.550.00292709843118610.3480.00631340.500.00294740232814710.2450.00604338.150.00296768012536910.1410.00584335.650.00298788772329310.0560.00562333.450.0030081393207779.9420.00543330.250.00302883496186749.8350.00527327.850.00305085341168299.7310.00515325.750.00307086718154529.6460.00505323.650.00309087919142519.565图2 经Orgin软件处理得到的lnp线性关系图对每次实验数据均按上述方法处理，并将计算结果列于表2。表2 实验得到的水的摩尔气化热及线性相关系数实验方案实验次数水的摩尔气化热（J/mol）相关系数相对误差（）高温到低温13.981040.99931.9023.951040.99902.7134.121040.99921.48低温到高温14.561040.962512.3224.651040.941314.5334.781040.959517.73本校学生近两年共计约400人采用了降温法测定水在不同温度下的饱和蒸气压，所求出的水的摩尔气化热与文献值比较相对误差在2%之内的学生大约占总人数的30%左右，而相对误差在3%之内的学生总数可以占到90%以上，统计结果表明，用该方法测定水的饱和蒸气压的精度符合实验所允许的误差要求。（物理化学实验要求实验的相对误差在3%之内）。2.2 结果分析从实验得到的数据可以看出，对于纯水，采用高温到低温的实验方案，测定温度范围5075，lnp作图的线性相关系数可以达到0.999，计算得到的水的平均摩尔气化热与文献值（在标准大气压下，水的正常沸点为372.4K，标准摩尔气化热为4.06104J/mol）的相对误差小于3。经过改进的方法测量水的饱和蒸气压的测量误差在1.57%9。 用同样的实验方法但采取由低温到高温实验方案得到的结果显示出较大的相对误差和较差的线性相关系数。经过分析采取降温法得到的测量值比升温法更准确的原因分析如下： 由于是在常压下测定不同温度水的饱和蒸气压，因此实验需要在较高温度下进行，此时如采用升温法，一方面恒温槽的滞后性表现明显，灵敏度变差，温度梯度变大，使得所测得的蒸气压的偏差变大；另一方面水在升温过程中不容易达到饱和也会使所测蒸气压的偏差变大。采用降温法有助于克服这种缺陷。在高温情况下，水的蒸气压达到饱和，逐渐降温过程中可以保持这种饱和程度，因此测量偏差较小。3 结论本实验采用了一种通过测量温度和体积来测定水的饱和蒸气压的实验方法，通过对实验装置和试剂的改进，去掉了操作较难的真空实验技术，同时达到了绿色环保和降低成本的目的。从实验结果不难看出，采取高温到低温方案得到的实验数据，无论从计算结果还是线性相关系数来看，都非常令人满意，计算出的水的平均摩尔气化热结果与理论值相对误差在3之内，而采用低温到高温实验方案得到的结果相对误差较大，线性相关系数也相对较小。因此，在实验时，应采取高温到低温的实验方案进行操作。整个实验时间大概34小时，适合物理化学实验的教学需要。参考文献：1张晋芬,黄泰山,陈良坦. 大学化学,2003 ,18 (5) :192.2宋红艳,苏建茹,石秀丽.实验技术与管理J.2001（3）:124-1263陈联群.大学化学J.2005,20（10）:17-194金瑞娣,祁铭华.中国科技信息,2006（6）:308-3095孟庆民,蒋应田.实验技术