液体饱和蒸汽压的测定(动态法)

实实验验报报告告 课程名称 大学化学实验 P 指导老师 滕启文 成绩 实验名称 液体饱和蒸汽压的测定 实验类型 同组学生姓名 一 实验目的和要求 必填 二 实验内容和原理 必填 三 主要仪器设备 必填 四 操作方法和实验步骤 五 实验数据记录和处理六 实验结果与分析 必填 七 讨论 心得 专业 工科试验班 姓名 李 歆 学号 3080101590 日期 2009 10 29 地点 紫金港化学实验楼 装 订 线 液体饱和蒸气压的测定 动态法 液体饱和蒸气压的测定 动态法 一 实验目的 1 加深理解饱和蒸气压 活度系数和渗透系数等概念 2 学习测定液体饱和蒸汽压的方法 了解蒸汽压数据的应用 3 理解蒸气压降低 沸点升高等溶液性质及稀溶液的依数性 4 熟悉温度计的露茎校正法 5 了解数字式真空测压仪 熟悉福廷式气压计的使用方法及校正方法 初步掌握真空 试验技术 二 实验原理 在某一温度下 封闭系统中的液体 有动能较大的分子从液相跑到气相 也有动能较 小的分子从气相回到液相 当二者的速率相等时 就达到了动态平衡 此时 气相中的蒸 气密度不再改变 因而具有一定的饱和蒸汽压 当液体的饱和蒸汽压与液体上方的压力相 等时液体就会沸腾 此时温度就是沸点 纯液体和定组成溶液的饱和蒸汽压是温度的单值函数 蒸汽压 p 随温度 T 的变化可用 Clausius Clapeyron 方程表示 式 1 2 式中 vapHm是液体的摩尔气化焓 R 是摩尔气体常量 假定 vapHm与温度无关 积分式 1 有 式 2 式中 C 为积分常数 与压力 p 的单位有关 若以 lnp 对于 1 T 作图得到一直线 由直线 的斜率可以求出该液体的气化摩尔焓 实现由易测量数据求算南侧量数据的目的 在应用中常用 Antoine 方程描述饱和蒸汽压与温度的关系 式 3 式中 A B C 均为 Antoine 常量 此时可以估算不同温度时的摩尔气化焓和气化熵 式 4 2 2 式 5 2 测量蒸汽压的方法可分为动态法和静态法两大类 静态法 等压计法 直接测定待测 液体在指定温度时的蒸汽压 即固定 T 测定 P 得到蒸汽压方程 动态法 沸点计法 是指 测定待测液体在指定压力下的沸点 即固定 P 测定 T 得到蒸汽压方程 选择何种方法主要 取决于测定对象和测压范围 本次试验采用动态法 三 实验仪器及试剂 仪器 沸点计 数字式真空测压仪 真空泵及其附件 气压计 温度计 分度值 0 1 和 1 各一支 放大镜 试剂 去离子水 四 实验步骤 动态法测定液体蒸汽压的装置如图 1 所示 具体步骤为 1 装样 在沸点计中加入适量去离子水 实验前已完成 2 检漏 检查活塞和气路 开启真空泵 抽气至系统达到一定真空度 本次试验至 60 左右 关闭活塞 11 停止抽气 观察数字式压力测量仪的读书 若读数在一段时间 内基本保持不变则说明系统不漏气 若漏气 就须分段分段检查 并用真空油脂堵住 漏口为止 3 测量 先通冷却水入回流冷凝器 慢慢调节变压器使沸点仪中的加热丝变红 至液 体试样沸腾 若沸腾时测量温度计上的读数还在系统内 则应慢慢调节活塞 12 是少 许空气进入 增加系统内压力 知道温度计的水银柱读数露出沸点计外并可以准确读 数为止 待温度稳定后记录下测量温度计 辅助温度计和压力计读数 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 13 12 图 1 沸点计法实验装置流程示意 1 真空泵 2 干燥瓶 3 缓冲瓶 4 数字真空仪 5 冷凝管 6 主温度计 7 辅助温度计 8 待测液 9 加热丝 10 电压调压器 11 12 13 玻璃旋塞阀们 4 调节活塞 12 使系统内压力适度增加 同理测定温度和压力数据 连续测定 10 12 组 数据 直至与大气完全相通 记录当时大气压 五 数据记录与数据处理 表表 1 1 动态法测量液态水饱和蒸汽压数据动态法测量液态水饱和蒸汽压数据 室温 28 2 大气压 102 16kPa 测量温度计露茎读数 69 22 测压仪读数测量温度计 辅助温度计 实际压力 p Pa校正温度 t lnp1 T 10 3K 1 53 0880 9427 84894781 5110 79852 8196 47 4283 6027 45460784 2110 90792 7983 39 5586 9028 06347787 5411 04262 7725 32 7689 3728 86926790 0211 14572 7535 27 8391 0229 07419791 6911 21452 7409 25 2191 4025 27681792 1111 24922 7378 19 7193 1225 08231793 8611 31832 7247 17 9794 3228 28405795 0211 33932 7161 13 4095 6826 08862796 4311 39222 7058 7 6897 3126 29434798 0811 45472 6937 3 1198 6026 69891799 3811 50202 6843 0 0099 4226 9102027100 2011 53302 6797 查文献得水在各温度时的饱和蒸汽压理论值见下表 表表 2 水各温度时的饱和蒸汽压水各温度时的饱和蒸汽压 温 度 饱 和 蒸 汽 压 Pa温 度 饱 和 蒸 汽 压 Pa 78 004366590 0070117 80 004737392 0075614 82 005134294 0081465 84 005558596 0087688 86 006011998 0094301 88 0064958100 00101325 在同一张图上作实验数据的 P T 图和理论数据的 P T 图如下 图图 2 实验数据及理论数据实验数据及理论数据 P T 图图 lnp 对 1 T 作图如下 2 662 682 702 722 742 762 782 802 822 84 10 7 10 8 10 9 11 0 11 1 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 lnp 1 T 10 3K 1 图图 3 lnp T 图线图线 如图 直线的斜率为 5237 42 则 43 54kJ mol 查的文献值为 42 09 kJ mol 相对误差 E 3 44 六 误差分析及讨论 此次试验的误差主要存在于以下几个方面 1 试验仪器自身不够精确 在试验的过程中数字式真空测压仪的读数一直无法稳定 这表明系统存在轻微漏气现象或者测压仪有轻微漏气 致使读数存在误差 另外 由于测 量温度计的温度在读数时也不稳定 故温度的读取也有误差 2 在进行压力的校正时 福廷式压力计要求的是自身误差校正 温度校正 纬度及海 拔校正等多项校正 而次试验中只进行了纬度的校正 因此会有误差存在 实验数据 理论数据 Slope 5237 42 R 0 9982 在试验中需要注意以下几个问题 1 测定系统不漏气是本实验成功的前提条件之一 实验装置所有玻璃活塞均要用真空 脂密封旋紧 2 在实验中应注意调节加热电压 每次测定完一个压力下的沸点温度时 必须先把电 压调回至 0 待压力改变稳定之后再进行下一次加热 3 开真空泵钱必须先通冷凝水 以保证已蒸发的待测液冷凝回流至封闭液处 4 实验结束后 应先将系统通大气 再使真空泵通大气 防止泵油倒灌 5 实验中测量温度计的下段是插入到沸点计中去的 而上段则是露在大气中的 因此 两段的温度是不一样的 因为在不同的温度下 温度计内水银的膨胀度也是不一样的 所 以观测到的温度就会有误差 因此要进行温度的校正 温度的校正公式为 为测量温度计读数 单位 为辅助温度计读数 单位 1 0 000156 1 2 1 2 h 为测量温度计露出部分的汞柱高 单位 0 000156 是水银对玻璃的相对膨胀系数 6 福廷式气压计在使用之前应进行调节 气压计必须垂直放置 在常压下若与铅直方 向相差 1 则汞柱高度的读数误差约为 0 015 为此在气压计下端设定一固定环 在调 节时 先拧松气压计底部圆环上的三个螺旋 令气压计铅直悬挂 在旋紧这三个旋钮 使 其固定 而后慢慢旋转地步的汞面调节螺旋 使汞槽内的汞面升高 直到汞面恰好与象牙 针尖接触 7 福廷式气压计的刻度是以温度为 0 纬度为 45 的海平面高度为标准的 故在一 般的实验条件下刻度是不准确的 需进行校正 压力的校正需多个校正 首先为自身误差 的校正 仪器出厂时会附有其校正卡片 据此来进行校正 然后为温度的校正 公式为 为温度校正值 为气压计读数 t 为气压计为温度 0 1 为水银的体膨胀系数 为刻度标尺黄铜的线膨胀系数 再次为纬度和海拔的校正 其方 法是经温度校正后的气压值再乘以为实验所在 1 2 6 10 3 2 3 14 10 7 地的纬度 H 为实验所在地的海拔 此外还有水银气压的校正 毛细管效应的校正等 因 校正值极小 一般不予考虑 通过查阅资料还获得如下与此次试验相关的信息 液体饱和蒸汽压的测定除了动态法之外还有一些其他方法 1 静态法 静态法是在一定温度下 调节外压以平衡液体的蒸汽压 求出外压就能得 到该温度下的饱和蒸汽压 实验时等压计 图 4 储液球和平衡柱中都装有待测液 平衡 柱中的待测液作封闭液 实验初始时 储液球上方充满空气与待测液蒸气的混合气体 当 对系统抽气时 混合气体通过封闭液被不断抽走 而储液球内的液体不断蒸发 使得混合 气体中的空气含量越来越少 直至被全部除尽 这时储液球上方的气体压力就是待测液的 饱和蒸汽压 当平衡柱两侧的液面同高时 记录下压差值 E 则用大气压力减去 E 就是该 温度下待测液的饱和蒸汽压 2 比较法 实验装置见图 5 左边盛液管内位待测 液 右侧为蒸馏水 可查得其不同温度下的蒸汽压准 确值 平衡管内为汞 先敞开左右盛液管 调节好恒 温槽温度 让液体中溶解的气体逸出 待平衡管两侧 的液面稳定且等高后封闭两侧盛液管 在汞柱的高度 差升降变化稳定时记下汞面高度差就是两液体见蒸汽 压的差值 至此待测液的蒸汽压也可算 3 饱和气流法 在一定的温度和压力下 把载气缓缓地通过待测物质 使载气被待测 物质的蒸汽所饱和 然后用另一物质吸收载气中待测物的蒸汽 测定一定体积的载气中待 测物质蒸汽的质量 即可计算其分压 此法一般适用于在常温下饱和蒸汽压较低的物质 七 问答题 1 为什么要检查装置是否漏气 系统漏气或脱气不干净对实验结果产生什么影响 答 因为此试验是在一定的真空度下进行的 如果装置漏气 则不能保证实验所需的 真空条件 因此实验开始前应检查装置是否漏气 如果系统漏气 则实验所记录的压 力就会比系统内的真实压力偏低 即会使压力下的沸点偏高 影响实验的精确度 2 使用真空泵是应该注意哪些问题 答 开启真空泵之前 须让缓冲瓶的旋塞打开 直接与泵连接的干燥瓶的旋塞也要打 开 即让系统与大气相通 开启真空泵后再将上述旋塞依次关闭 待系统达到所需要 的真空度时将连接系统与真空泵之间的旋塞关闭 这样就可保证系统稳定在相应的真 空度之下 最后关闭真空泵 3 为什么要进行细致的温度和压力校正 怎样校正 答 测量温度计的下段是插入到实验系统中去的 而上段则是露在大气中的 因此两 段的温度是不一样的 应为在不同的温度下 温度计内水银的膨胀度也是不一样的 所以观测到的温度就会有误差 因此要进行温度的校正 福廷式气压计的刻度是以温 度为 0 纬度为 45 的海平面高度为标准的 故在一般的实验条件下刻度是不准确 的 需进行校正 温度的校正公式为 为测量温度计读数 为辅助温度 1 0 000156 1 2 1 2 计读数 h 为测量温度计露出部分的汞柱高 0 000156 是水银对玻璃的相对膨胀系数 压力的校正需多个校正 首先为自身误差的校正 仪器出厂时会附有其校正卡片 据此来进行校正 然后为温度的校正 公式为 为 0 1 1 2 3 1 2 3 图图 4 等压计等压计 1 平衡柱 2 储液球 3 待测液 图图 5 比较法测定液体饱和蒸汽压装置比较法测定液体饱和蒸汽压装置 1 恒温槽 2 盛液管 3 平衡管 温度校正值 为气压计读数 t 为气压计为温度 为水银的体膨胀系数 为刻度 标尺黄铜的线膨胀系数 再次为纬度和海拔的校正 其方法是经温度校正后的气压值 再乘以为实验所在地的纬度 H 为实验所 1 2 6 10 3 2 3 14 10 7 在地的海拔 4 怎样保证实验中温度和压力能够测准 答 保证实验中温度测量的准确应该要控制实验的温度范围 首先必须使测量温度计 的水银柱露出沸点计外以方便准确读数 其次是在读数时如果出现因待测液沸腾而使 得温度不稳定的情况 则每次读数时应一致读取上限或者一致读取下限 以减小人为 因素造成的误差 保证压力测量的准确应确保数字式真空测压仪不漏气 整个的系统 也不漏气 读数的时候要迅速 5 对比分析静态法和动态法的优缺点和适用对象 答 静态法适用于蒸汽压比较大的液体 其优点为精确度较高 以等压计的两笔液面 等高老观测平衡较为灵敏 缺点是操作难度大 对较高温度下的蒸汽压测定由于温度 难以控制而降低准确度 动态法适用于沸点不是太高的液体 其优点是对温度的控制 要求不高 缺点是准确度较低 6 相同压力下 纯液体和相应溶液