液体饱和蒸气压的测定-物化实验报告

物理化学实验（B）实验报告【实验名称】B. 5 液体饱和蒸气压的测定【姓名】 J.N【班级】 第4小组【学号】 【组内编号】 5号【实验日期】 2015年5月11日【室温】24.1 【大气压】 100.11 kPa【摘要】 本实验通过静态法测得CCl4的lgpp与T的关系为lgpp=-1709.9T+4.9078，平均摩尔汽化热为3.274104 Jmol-1，气化熵为93.87 Jmol-1K-1。通过动态法测得水的lgpp与T的关系为lgpp=-2078.7T+5.5792，平均摩尔汽化热为3.980104 Jmol-1，气化熵为106.7 Jmol-1K-1。温度读数的不准确对实验的误差极小，实验误差的主要是由于静态法中肉眼判断液面平衡的不准确性以及动态法中金属测温探头在沸腾过程中并非一端位于液面下一端位于液面上等因素所引起的。一、 实验部分1. 主要仪器药品和设备1.1 主要药品CCl4、二次水等1.2 主要仪器 数字式温度-压力测定仪，循环水流泵，1/10刻度温度计，电磁搅拌器，电加热器，两口圆底烧瓶，真空缓冲瓶，安全瓶，直形冷凝管，搅拌磁子，真空脂，冷凝水循环系统2. 实验步骤2.1 静态法测定饱和蒸气压2.1.1 仪器装置1-盛水大烧杯，2-温度计，3-搅拌，4-平衡管，5-冷凝管，6-开口U型水银压力计，7-缓冲瓶，8-进气活塞，9-抽气活塞，10-放空活塞，11-安全瓶，12、13-橡皮管，14-三通活塞。实际仪器略有差异，压力温度数值从温度-压力测定仪中读出。平衡管中加入CCL4至容量的2/3.2.1.2 检验气密性 打开油泵，再开缓冲瓶上连接油泵的活塞，使体系压力减少50 kPa。关闭活塞，若5 min内压强变化少于0.3 kPa，则装置气密性良好。2.1.3 测大气压下沸点 使体系与大气相通，水浴加热至78 ，停止加热不断搅拌。当b、c液面达到同一水平时，立即记下此时的温度和大气压力。重复测定，若连续两次测定沸点差小于0.05 ，则空气已排净，此时温度即为大气压下沸点。2.1.4 测定不同压强下沸点 关闭通往大气的活塞。先开由泵，再开连油泵的活塞，使体系减压约6.7 kPa。关闭接油泵活塞，搅拌，至b、c液面达到同一水平时，立即记下此时的温度和大气压力。继续减压，测定其沸点。至压力差为50 kPa，结束实验，读大气压力。2.1.5 整理仪器 打开所有活塞，关闭搅拌器、温度-压力测定仪、冷凝水进出口及油泵开关，将仪器放回原位。2.2 动态法测定饱和蒸气压2.2.1 熟悉仪器 熟悉测定装置各部分的结构与作用，特别注意真空系统的构成以及各个活塞的作用及调节方法。2.2.2组装测量系统并检查气密性两口圆底烧瓶中加入二次水至温度探头恰好位于水面处（探头尖端位于液面上侧，另一端位于液面下）。磨口处涂抹真空脂以防止漏气。使系统与大气隔绝而与真空泵相同，打开油泵，至压力降低50 kPa，关闭连接油泵的活塞。观察压力计读数变化，若5 min内变化少于0.3 kPa，则装置气密性良好。2.2.3调节外压，测量不同外压下的沸点保持系统内负压在50kPa左右。打开回流冷凝水，并调节流量适中。加热并搅拌，当烧瓶中水沸腾且温度不再上升时，记下温度数值t，以及压力计数值。停止加热。微微开启缓冲瓶通大气的活塞，使少量空气进入系统，使内外压差降低5 kPa左右时，关闭活塞。重新加热。重复上述两个步骤，读取相应的几组数据。最后一次使系统与大气完全相通，继续加热，记下沸腾时的温度。大气压下的沸点最好平行测量3次。从实验室的气压表上读取大气压值和室内温度。2.2.4 整理仪器 打开所有活塞，关闭搅拌器、温度-压力测定仪、冷凝水进出口及油泵开关，取下圆口烧瓶并倒出烧瓶内的水，将仪器放回原位。3. 实验条件待测液体通过加热控制温度，通过油泵来控制其蒸气压。冷凝管处于冷水冷凝回流的环境中。二、实验数据处理1. 静态法1.1 将温度、压力数据列表，做温度、压力校正，算出不同温度的饱和蒸气压Table 1 静态法数据记录表组数123456789压强/kPa-0.12-7.61-12.36-18.51-24.19-30.86-37.46-44.01-51.27温度/76.5372.8970.1768.4366.5664.2661.8658.6454.66蒸气压/kPa100.1192.6187.8681.7176.0369.3662.7656.2148.95P/P1.0000.92510.87760.81620.75950.69280.62700.56150.4890lg(PP)0.00000-0.03382-0.05669-0.0882-0.11949-0.15937-0.20279-0.25066-0.31072沸点/K349.68346.04343.32341.58339.71337.41335.01331.79327.811/T/K-10.0.0.0.0.0.0.0.0.计算举例，以压强为-7.61 kPa，温度72.89 为例：蒸气压p=100.11+0.12-7.61=92.61 kPap/p=92.61/100.11=0.9251，lg（p/p）=lg0.9251=0.03382沸点T=76.53+273.15=349.68 K，1/T=1/349.68=0. K-11.2 作蒸气压-温度的光滑曲线1.3 作lgpp-1/T图，求出斜率-A及截距B。将p和T的关系写成如下的形式lgpp=-AT+B，求在此图中当外压为100.0 kPa或101.3 kPa（1 atm）时的沸点。由图得，A=1709.9，B=4.9078，lgpp=-1709.9T+4.9078当外压为100.0 kPa时，lg100.0100.11=-1709.9T+4.9078，解得T=348.37 K，即在100.0 kPa外压下四氯化碳的沸点为348.37 K。当外压为101.3 kPa时，lg101.3100.11=-1709.9T+4.9078，解得T=348.77 K，即在101.3 kPa外压下四氯化碳的沸点为348.77 K。1.4 计算平均摩尔气化热，计算气化熵并与褚鲁统规则比较。lgHm=A2.303R=1.7099103 K2.3038.314 Jmol-1K-1=3.274104 Jmol-1正常沸点：当P=101.3 kPa , Tb=348.77 K 则摩尔气化熵：S=lgHmTb=32740 Jmol-1348.77 K=93.87 Jmol-1K-1 与褚鲁统规则相比，相对误差： 93.87-88Jmol-1K-188Jmol-1K-1100%=6.7%2. 动态法2.1 将温度、压力数据列表，做温度、压力校正，算出不同温度的饱和蒸气压Table 2 动态法数据记录表组数123456789101112压强/kPa-48.59-43.67-38.01-33.14-28.84-24.40-19.89-15.11-10.87-6.14-1.71-0.22温度/81.1583.6886.1688.1789.8591.5493.1694.7896.1597.5898.9199.48蒸气压/kPa51.7456.6662.2267.0971.3975.8380.3485.1289.3694.0998.52100.01P/P0.516830.565980.621520.670160.713120.757470.802520.850270.892620.939870.984120.99900lg(PP)-0.28665-0.2472-0.20655-0.17382-0.14684-0.12064-0.09555-0.07045-0.04933-0.02693-0.00695-0.00043沸点/K354.30356.83359.31361.32363.00364.69366.31367.93369.30370.73372.06372.631/T/K-10.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.2.2 作蒸气压-温度的光滑曲线2.3 作lgpp-1/T图，求出斜率-A及截距B。将p和T的关系写成如下的形式lgpp=-AT+B，求在此图中当外压为100.0 kPa或101.3 kPa（1 atm）时的沸点。由图得，A=2078.7，B=5.5792，lgpp=-2078.7T+5.5792当外压为100.0 kPa时，lg100.0100.11=-2078.7T+5.5792，解得T=372.55 K，即在100.0 kPa外压下四氯化碳的沸点为372.55 K。当外压为101.3 kPa时，lg101.3100.11=-2078.7T+5.5792，解得T=372.92 K，即在101.3 kPa外压下四氯化碳的沸点为372.92 K。2.4 计算平均摩尔气化热，计算气化熵并与褚鲁统规则比较。lgHm=A2.303R=2.0787103 K2.3038.314 Jmol-1K-1=3.980104 Jmol-1正常沸点：当P=101.3 kPa , Tb=372.92 K 则摩尔气化熵：S=lgHmTb=39801 Jmol-1372.92 K=106.7 Jmol-1K-1 与褚鲁统规则相比，相对误差： 106.7-88Jmol-1K-188Jmol-1K-1100%=21%三、思考与讨论1. 思考题1.1 为什么平衡管中空气要赶净？如何判断空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？怎样防止空气倒灌? 答：若空气不赶净，则测得的压力不是纯液体的饱和蒸气压，而是与空气的混合压力，不能通过克拉贝龙-克劳修斯方程计算沸点；在大气压下重复多次赶气并测定沸点，若连续三次测定值在误差范围之内(0.05)则可认为空气已被赶净；未排尽空气，则会使得沸腾时液体上方的饱和蒸气压小于所测压强，从而使得测得的沸点偏低；防止空气倒灌, 在做完大气压下实验读取数据后，立即关闭通大气活塞，并开启油泵以及接油泵活塞，或立即重新加热，迅速使体系减压。1.2 升温时如液体急剧气化，应作何处理？ 答：停止加热，同时缓缓放入空气，使体系压力慢慢升高，通过提高液体沸点及减少热源来避免液体急剧气化。1.3 每次测定前是否需要重新抽气？ 答：不需要。因为不同温度其饱和蒸气压也不同，而且饱和蒸气压随着浓度梯度升高而升高，即压力计的测量值在减小，设计温度升高梯度，可以避免每次测定前重新抽气这一步骤。2. 讨论2.1 实验系统误差来源（1）方法误差在由克拉贝龙方程导出克劳修斯-克拉贝龙方程的过程中有3个近似：将蒸气看做理想气体，设Vm=RT/P；与气体摩尔体积相比，忽略液体的摩尔体积；在不太大的温度间隔内，将摩尔汽化热看作常数。（2）温度的测量不作校正（3）四氯化碳和二次水不纯等。2.2 关于褚鲁统规则测定CCl4的摩尔气化熵为93.87 Jmol-1K-1，与褚鲁统规则相比，有6.7%的相对误差；测定水的摩尔气化熵为106.7 Jmol-1K-1，与褚鲁统规则相比，有21%的相对误差。在1 atm下，CCl4的沸点为349.87 K，349.87-348.77349.87=0.31440%，与实验计算值有约为0.3%的误差，误差较小；在1 atm下，水的沸点为373.15 K，373.15-372.92373.15=0.61637%，与实验计算值有约为0.6%的误差，误差较小。由上述计算可知，实验数据与褚鲁统规则数据的误差主要是由于褚鲁统规则应用到水时的不准确性引起的：褚鲁统规则适于非缔合型液体，而CCl4是非极性分子，分子间作用力弱，几乎没有缔合作用，所以测得的气化熵符合褚鲁统规则；水存在氢键，缔合度很高，在气化时要破坏氢键，气化熵增大，因此褚鲁统规则不能应用于水的计算。2.3温度读数不稳定的影响实验过程中，在温度较稳定时仍有温度仍在缓慢上升。为防止爆沸导致测得温度的偏高，实验中当温度在45 s内无变化时即记为该压强下的沸点。不妨设温度测定中存在0.05 的误差，则测定CCl4的沸点引起的误差为0.05327.81=0.2%，即温度引起的误差小于0.2%，误差极小；测定水的沸点引起的误差为0.05354.30=0.1%，即温度引起的误差小于0.15%，误差也是极小的。因此，实验过程中温度读数不稳定的影响可忽略不计。2.4 实验仪器的改进图六 改进后平衡管 图七 改进后的实验装置仪器图 该装置具有以下优点：卫结构简单,便于装样、拆御和清洗；调节内外两管液面相平时易于观察判断，且F管下端细小，容易控制F管液面上升的速度而防止出现放人过量空气的情况；调节系统真空度时，空气不会倒灌人待测空间，只会使待测空间变小，因此即使操作不熟练，也不会发生空气倒灌而必须重新装样、抽气等情况，使操作变得简单；装样时可事先在F管中装满待测液体，然后倒插人E管的液体中，这样可使得待测空间内无空气或只有极少量空气，使驱气的时间缩短。因此，等压计改进以后，使实验操作更加简单、容易，实验结果更加准确，还可节省实验时间。此外，将机械真空泵改为水循环流泵，可减少机油可能产生的对实验的影响及可降低噪音。四、结论本实验测得CCl4的lgpp与T的关系为lgpp=-1709.9T+4.9078，在100.0 kPa外压下四氯化碳的沸点为348.37 K，在101.3 kPa外压下四氯化碳的沸点为348.77 K，平均摩尔汽化热为3.274104 Jmol-1，气化熵为93.87 Jmol-1K-1。水的lgpp与T的关系为lgpp=-2078.7T+5.5792，在100.0 kPa外