液体饱和蒸气压的测定

实实验验报报告告 课程名称 大学化学实验 P 指导老师 成绩 实验名称 液体饱和蒸气压的测定 实验类型 测量型实验 同组学生姓名 无 实验目的实验目的 1 学习测定液体饱和蒸气压的方法 了解蒸气压数据的应用 2 熟悉温度计的露茎校正方法 3 用动态法测量不同温度下水的饱和蒸气压 实验原理实验原理 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由气 相回到液相 当二者速率相等时 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 定的饱和蒸气压 当液体饱和蒸气压与液体上方的压力相等时 液体就会沸腾 此时的温度就是沸点 纯液体和定组成溶液的饱和蒸气压是温度的单值函数 自由度 f 1 蒸气压 p 随温度 T 的变化可用 Clausius Clapeyron 方程表示 2 ln RT H dT pd mvap 式中 是液体的摩尔气化焓 R 是摩尔气体常量 m H vap 假定与温度无关 积分式有 m H vap C RT H p vap m ln 式中 C 是积分常数 与压力 p 的单位选择有关 若以 lnp 对 1 T 作图得一直线 由直线的斜率可以求出 该液体的摩尔气化焓 实现由易测数据求算难测量数据 蒸发焓和蒸发熵 的目的 这正是热力学原理 起作用的重要方面 相平衡计算和工业应用中常用 Antoine 方程描述饱和蒸气压与温度的关系 CT B Ap ln 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 2 2 m CT BRT H vap 2 m m CT BRT T H S vap vap 试剂与仪器试剂与仪器 仪器 沸点计 1 台 数字式真空测压仪 1 台 真空泵及附件 1 套 气压计 1 套 放大镜 1 只 温 度计 分度值 0 1 和 1 各一支 试剂 蒸馏水 装 订 线 实验步骤实验步骤 1 检漏 检查旋塞位置并使系统与真空泵相连接 开动真空泵 抽气至系统达到一定的真空度后 关闭旋塞停止抽气 检查系统是否漏气 几分钟后 若数字式低真空测压仪读数基本不变 则表 示系统不漏气 若有漏气 则应从泵至系统分段检查 并用真空油脂封住漏口 直至不漏为止 2 测量 检漏后 通冷却水至回流冷凝器 慢慢调节变压器使沸点仪中的加热丝变红 至液体沸腾 沸腾时若测量温度计上水银柱读数还在系统内 应缓慢放入少许空气 系统内压力增加 直到水 银柱读数露出沸点仪外适宜读数为止 待温度恒定后 记下测量温度计 辅助温度计及压力计读 数 3 再次测量 调节旋塞放入空气少许 使系统内温度增加若干 同理测定温度和压力数据 连续测 量 10 12 组数据 直至与大气完全相通 温度均匀分布 4 调节气压计 读取当时大气压 数据记录与处理数据记录与处理 1 实验数据校正 室温 18 0 大气压 102 45kpa 1 室内大气压力校正 室温 18 0 杭州纬度 30 海拔 10m 大气压力p 102 45 0 302 0 137 kpa 102 01kpa 2 温度计露茎校正 测量温度计至 70 40 以上部分露出 校正公式t t1 0 000156 h t1 t2 t1为测量温度计读数 t2为辅助温度计读数 h为测量温度计露出部分高度 以 表示 h t1 70 40 0 000156 水银相对玻璃的膨胀系数 表表 1 纯水在不同温度下的饱和蒸气压测量数据纯水在不同温度下的饱和蒸气压测量数据 测压仪 读数 kpa 蒸气压 p kpa 测量温度 t1 辅助温度 t2 校正温度 t 校正温度 T K 13 10 1 K T lnp 59 6042 4177 5015 677 57350 722 8513 747 54 7547 2679 4515 879 54352 692 8353 856 50 6851 3382 0116 082 13355 282 8153 938 46 6755 3483 8216 083 96357 112 8004 013 43 4858 5385 2516 185 41358 562 7894 070 39 4962 5286 9516 487 11360 262 7764 135 34 9367 0888 7416 588 95362 102 7624 206 30 2571 7690 0016 690 22363 372 7524 273 26 5775 4491 8816 792 13365 282 7384 323 20 5781 4493 9017 094 18367 332 7224 400 13 8388 1896 0217 096 33369 482 7074 479 7 7794 2497 9016 998 24371 392 6934 546 0 97101 0499 6516 9100 03373 182 6804 616 0102 01100 0316 9100 41373 562 6774 625 装 订 线 2 测量值与文献值的比较 表表 2 水在不同温度下的饱和蒸气压文献值水在不同温度下的饱和蒸气压文献值 1 温度 77798183858789 蒸气压 kpa41 90545 48749 32453 42857 81562 49967 496 表表 2 水在不同温度下的饱和蒸气压文献值水在不同温度下的饱和蒸气压文献值 温度 9193959799101 蒸气压 kpa72 82378 49484 52990 94597 959104 99 图图 1 水在不同温度下的饱和蒸气压测量值与文献值的水在不同温度下的饱和蒸气压测量值与文献值的 p T 曲线比较曲线比较 3 lnp 1 T的图线 1数据来源 浙江大学化学系主编 中级化学实验 北京 科学出版社 2005 P388 装 订 线 4 水在实验温度范围内的摩尔气化焓的计算 m H vap 根据 lnp 1 T的关系图 该直线的斜率为 4 971 103 则 R 4 971 103 m H vap 4 971 103 8 314 J mol 41 329 103 J mol m H vap 41 329kJ mol 查阅资料知水在 80 100 的摩尔气化焓约为 41 585 40 657 2 kJ mol 41 121 kJ mol2 m H vap 相对误差 41 329 41 121 41 121 0 5 5 根据计算水在不同温度下的气化熵 m H vap m S vap T H S vap vap m m 表表 3 水在不同温度下的气化熵计算值水在不同温度下的气化熵计算值 温度 t 768084889296100 温度 T K 349 15353 15357 15361 15365 15369 15373 15 气化熵 J mol 1 118 37117 03115 72114 44113 18111 96110 76 Trouton 规则 即对于多数非极性液体 摩尔蒸发焓与常压下沸点之间有如下近似的定量关系 1 m 85 molJ T H b vap 显然 本次实验所测得的 100 水的气化熵为 110 76 J mol 1 与Trouton 规则存在较大偏差 所以我们可以猜想水是极性液体 6 用 Antoine 方程描述饱和蒸气压与温度的关系 CT B Ap ln 7 将 lnp T 曲线进行拟合 图图 3 lnp T 的的 Antoine 方程拟合曲线方程拟合曲线 得到 Antoine 常量 A 14 96 B 3050 C 78 5 由此可以通 lnp 1 T C 图线体现其线性关系 图图 4 lnp 1 T C 的的 Antoine 方程拟合图线方程拟合图线 2数据来源 浙江大学化学系主编 中级化学实验 北京 科学出版社 2005 P387 装 订 线 8 根据 Antoine 方程估算不同实验温度下的摩尔气化焓和气化熵 Antoine 常量 A 14 96 B 3050 C 78 5 2 2 m CT BRT H vap 2 m m CT BRT T H S vap vap 表表 4 水在不同实验温度下的饱和蒸气压 气化焓与气化熵 水在不同实验温度下的饱和蒸气压 气化焓与气化熵 Antoine 方程值 方程值 序号实验温度 t 实验温度 T 蒸气压 kpa气化焓 kJ mol 1气化熵 J mol 1 1 77 57350 7242 4142 091120 01 2 79 54352 6947 2641 956118 96 3 82 13355 2851 3341 781117 60 4 83 96357 1155 3441 660116 66 5 85 41358 5658 5341 565115 92 6 87 11360 2662 5241 456115 07 7 88 95362 167 0841 335114 16 8 90 22363 3771 7641 259113 54 9 92 13365 2875 4441 140112 63 10 94 18367 3381 4441 015111 66 11 96 33369 4888 1840 885110 66 12 98 24371 3994 2440 772109 78 13 100 03373 18101 0440 667108 98 14 100 41373 56102 0140 645108 81 分析与讨论分析与讨论 数据及误差分析 1 根据图 1 水在不同温度下的饱和蒸气压测量值与文献值的 p T 曲线十分吻合 蒸气压随温 度升高而增大的趋势基本相同 2 根据图 2 lnp 1 T 的关系图线 实验中 lnp 1 T 的线性关系十分明显 相关程度很高 求 得的水的摩尔气化焓与文献数值相比 误差较小仅为 0 5 误差产生的原因可能有 实验过程中 室内温度和气压的波动变化比较明显 即使对室内大气压和水银温度 计露茎温度进行校正 仍然不能排除影响 较好的方法是 对实验开始和结束时的温度和 气压分别进行测量 求取平均值可以减小实验误差 Clausius Clapeyron 方程实际是 Clape