液体饱和蒸汽压的测定

1、实验二 液体饱和蒸汽压的测定摘要：本实验对液体饱和蒸汽压与温度的关系作了实验上的研究，通过测量不同温度条件下环己烷的饱和蒸汽压，对克劳修斯-克拉贝龙方程进行了验证，并根据建立起的经验方程式，求算得到液体的平均摩尔汽化热。关键词：饱和蒸汽压 温度 克劳修斯-克拉贝龙方程 摩尔汽化热Abstract：The experiments of liquid saturated steam pressure and temperature of the relationship between experimental research, through measuring different tempe

2、rature condition of cyclohexane saturation steam pressure, of Clausius-g John rabe dragon equation verification, and according to the experience of the established formula, calculate the average QiHuaRe Moore get liquid. Key-words：saturated vapor pressure temperaturethe Clausius-Clapeyron equation a

3、verage molar heat of vaporization前言：一、实验原理在封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。它们的关系可用克拉贝龙克劳修斯方程表示： (11) DH：摩尔汽化热(J·mol-1) R：气体常数(8.314J·mol-1·K-1)若温度改变的区间不大，DH可视为为常数(实际上DH与温度有关)。积分上式得： (12) 或 (13)常数，。 (3)式表明与有线性关系。作图可得一直线，斜率为B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热DH。

4、 (14)当外压为101.325kPa(760mmHg)时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。在图上，也可以求出液体的正常沸点。 液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种： 1、静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸汽的压力。 2、动态法：在不同外部压力下测定液体的沸点。 3、饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。 本实验利用第二种方法。此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。2、 仪器和药品 液体饱和蒸汽测定仪 1套 福廷式压力计 1支

5、 1/10°C温度计 1支 搅拌马达(增力电动搅拌器)【金坛市环宇科学仪器厂 JJ-1W型】 1台 真空稳压包【南京大学应用物理所监制（南大万和 NJUWH） WYB-I型】 3个 加热电炉(控温仪)【南京南大万和科技有限公司 DTC-2AI型】 1个 抽气泵(循环水式多用真空泵)【郑州长城科工贸有限公司(狮鼎牌)】 1台 真空泵具体参数如下：型号：SHB-III功率：180 W工作电压：220 V额定电流：1.3 A频率：50Hz工作水温：4-10 极限真空：0.098 MPa抽气量：10 L/min 实验用冷却物质：环己烷（六氢化苯）沸点：80. 7 饱和蒸汽压：13.33 kP

6、a ( 60.8 ) 三、装置简介 图3-1中，平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。冷凝管与U形压力计6和缓冲瓶7相接。在缓冲瓶7和安全瓶11之间，接一活塞9，用来调节测量体系的压力。安全瓶中的负压通过真空泵抽真空来实现。安全瓶和真空泵之间有一三通阀，通过它可以正确地操作真空泵的启动和关闭。A球中装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸汽，并且当B管与C管的液面处于同一水平时，表示B管液面上的蒸汽压(即A球面上的蒸汽压)与加在C管液面上的外压相等。此时体系汽液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时读得的大气压减去压差计两水银柱的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸汽压。

7、图3-1 纯液体饱和蒸汽压测定装置图1-盛水大烧杯;2-温度计(分度值为0.1°);3-搅拌;4-平衡管;5-冷凝管;6-开口U形水银压力计;7-具有保护罩的缓冲瓶;8-进气活塞;9-抽气活塞;10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管14-三通活塞实验部分：1、 实验步骤 1、熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。 2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。使A球内有2/3体积的液体。并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。平衡管中液体的装法有两种：一是把A管烘烤，赶走空气，迅速在C管中加入液体，冷却A管，把液体吸入。二

8、是将C管中加入液体，将平衡管与一水泵相连接，抽气，并突然与水泵断开，让C管的水流入A管。 3、系统检漏：管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。这样做是为了防止真空泵油倒吸。用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为2040毫米，关闭活塞9。仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。 4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定： A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并

9、使其全部浸没在液体中。插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。 B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。 C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C管中逐渐有气泡逸出。本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面

10、开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。这个温度便是实验大气压条件下液体的沸点。 D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。立即记下此时的温度和U形压力计上的读数。此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度

11、，反复多次，约10个点。温度控制在80°C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。2、 实验注意事项1、 平衡管A管和B管之间的空气必须赶净。2、 抽气和放气的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。3、 读数时应同时读取温度和压差。4、 使用真空泵时的注意事项 使用真空泵时，特别是关真空泵时，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。就本实验而言，要保证大真空瓶上的三通活塞处于“”状态时才能切断

12、真空泵的电源。结果和讨论：1、 实验记录与处理 1、初步处理后的数据 室温： 平均值为： 大气压：mmHg mmHg 平均值为：mmHg 查询资料可得合肥地区重力加速度为：m/s2 水银的密度：g/cm3 经转换后的数据如下表：序号组号第一组第二组第三组外压（Pa）沸点(K)外压（Pa）沸点(K)压力（Pa）温度(K)1102183.80 354.07 102183.80 354.12 102183.80 354.13 296722.27 352.08 96722.27 352.35 96988.69 352.54 391793.58 350.54 91127.54 350.53 91393.

13、95 350.55 486065.64 348.52 86198.85 348.58 86065.64 348.60 580870.53 346.70 80604.11 346.56 80737.32 346.54 675808.63 344.27 75409.00 344.49 75409.00 344.42 770080.69 342.11 70213.89 342.24 70080.69 342.15 865018.79 339.94 65018.79 339.94 64752.37 339.72 959690.47 337.24 59290.85 337.05 59424.05 337

14、.19 1054228.94 334.54 54362.15 334.64 54495.36 334.81 1149033.84 331.58 49167.04 331.65 48767.42 331.42 2.以测得的蒸汽压P对温度T作图 由图可知，蒸汽压和温度呈正相关，即随着温度不断升高，液体蒸汽压不断增大。但二者并不是严格的正比关系，曲线有向下弯曲的趋势。 3.由P-T数据求出lnP及1/T的值，并作lnP - 直线图序号组号第一组第二组第三组lnP（Pa-1）1/T（K-1）lnP（Pa-1）1/T（K-1）lnP（Pa-1）1/T（K-1）111.53 0.002824 11.53

15、0.002824 11.53 0.002824 211.48 0.002840 11.48 0.002838 11.48 0.002837 311.43 0.002853 11.42 0.002853 11.42 0.002853 411.36 0.002869 11.36 0.002869 11.36 0.002869 511.30 0.002884 11.30 0.002886 11.30 0.002886 611.24 0.002905 11.23 0.002903 11.23 0.002903 711.16 0.002923 11.16 0.002922 11.16 0.002923

16、811.08 0.002942 11.08 0.002942 11.08 0.002944 911.00 0.002965 10.99 0.002967 10.99 0.002966 1010.90 0.002989 10.90 0.002988 10.91 0.002987 1110.80 0.003016 10.80 0.003015 10.79 0.003017 由以上三张图可以看出lnP-1/T 图均呈现较好的线性关系（R>0.99），充分验证了克拉贝龙克劳修斯方程。2、 结果讨论与误差分析 1.计算在实验温度范围内的平均摩尔汽化热和待测液体的正常沸点并与文献值比较。根据公式（1

17、-2）可知：vapHm= RB，则： vapHm1= R|B1|= 8.314J·mol-1·K-1×3833.981 K=31875.718 J·mol-1=31.88 kJ·mol-1 vapHm2= R|B2|= 8.314J·mol-1·K-1×3830.702 K=31848.456 J·mol-1=31.85 kJ·mol-1 vapHm3= R|B3|= 8.314J·mol-1·K-1×3815.793 K=31724.503 J·mol-

18、1=31.72kJ·mol-1 vapHm=(vapHm1+vapHm2+vapHm3)/3=31.82 kJ·mol-1 环己烷的摩尔汽化热的文献理论值为，所以误差为： 由曲线求得待测液体的正常沸点为：当外压P0=101.325Kpa (即760mmHg)，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。 根据公式可得液体的正常沸点： 所以环己烷在外压760mmHg时的正常沸点为，所以相对误差为： 2.误差分析 原理误差 在克劳修斯-克拉贝龙方程的推导中包含了两点假设，即： a、液体的体积忽略不计； b、液体蒸气为理想气体。 克劳修斯-克拉贝龙方程还假设当温度改变的区间

19、不大时，H视为常数，积分得到公式 ，实际上H与温度有关，温度的改变一定会引起H发生变化。 操作误差及系统误差 a、实验应在恒压条件下进行，但实际实验时是在实验前后各测了一次大气压，然后取平均，大气压会有一定的变化，回引起实验结果的误差； b、U型管两侧液面平行时，是目测估计的，会有一定的偏差，从而影响实验结果； c、在U型管两侧液面相平时读取温度，两个人很难达到同时性，会对实验结果有一定影响； d、在用水银U型管读数时，会有一定的误差，造成实验结果的误差。 3.结果讨论 从实验计算结果可以看出，在一定误差允许范围内，可以较好的描述液体饱和蒸汽压与温度的关系，而且当精度要求不高时，可以用此公式求

20、算在一定大气压下沸点及液体的摩尔蒸发热。3、 对实验的体会和认识 通过对本实验的操作，明确了蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义，了解并基本掌握了动态法测定蒸气压的基本原理，并且对克劳修斯-克拉贝龙方程有了更加深入的理解。 实验操作中有很多的地方会对实验结果产生影响，这就要求我们认真按照步骤操作，尽量避免误差的产生，这也锻炼和培养了我们的耐心和认真的意识，而且两个人合作，也会培养合作精神。 参考文献：1、物理化学实验讲义 中国科学技术大学 2005 年2、物理化学（第五版上册），傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华编，南京大学化学化工学院，高等教育出版社，2005 年附录：数据处理过程 实验记录数据：

21、室温：T初=18.3T末=16.2 平均值为： 大气压：P初=767.00mmHgP末= 767.20mmHg平均值为：mmHg序号组数第一组第二组第三组压力（cmHg）温度()压力（cmHg）温度()压力（cmHg）温度()左侧(下)右侧(上)左侧(下)右侧(上)左侧(下)右侧(上)1-36.3 -36.3 81.07 -36.3 -36.3 81.12 -36.3 -36.3 81.13 2-58.0 -17.0 79.08 -57.0 -16.0 79.35 -55.0 -16.0 79.54 3-74.0 4.0 77.54 -77.0 6.0 77.53 -76.0 5.0 77.5

22、5 4-96.0 25.0 75.52 -96.0 24.0 75.58 -96.0 25.0 75.60 5-115.0 45.0 73.70 -117.0 45.0 73.56 -116.0 45.0 73.54 6-132.0 66.0 71.27 -136.0 65.0 71.49 -136.0 65.0 71.42 7-156.0 85.0 69.11 -156.0 84.0 69.24 -156.0 85.0 69.15 8-175.0 104.0 66.94 -175.0 104.0 66.94 -176.0 105.0 66.72 9-195.0 124.0 64.24 -19

23、6.0 126.0 64.05 -196.0 125.0 64.19 10-215.0 145.0 61.54 -215.0 144.0 61.64 -214.0 144.0 61.81 11-234.0 165.0 58.58 -234.0 164.0 58.65 -235.0 166.0 58.42 压力是左右两侧的压力差，所以经过第一步计算后得：序号组数第一组第一组第三组 压力差（cmHg）温度() 压力差（cmHg）温度()压力差（cmHg）温度()10.0 81.07 41.0 79.35 39.0 81.13 241.0 79.08 83.0 77.53 81.0 79.54 37

24、8.0 77.54 120.0 75.58 121.0 77.55 4121.0 75.52 162.0 73.56 161.0 75.60 5160.0 73.70 201.0 71.49 201.0 73.54 6198.0 71.27 240.0 69.24 241.0 71.42 7241.0 69.11 279.0 66.94 281.0 69.15 8279.0 66.94 322.0 64.05 321.0 66.72 9319.0 64.24 359.0 61.64 358.0 64.19 10360.0 61.54 398.0 58.65 401.0 61.81 11399.

25、0 58.58 41.0 79.35 39.0 58.42 根据公式P=P0P 和P=gh 可将表格中以cmHg 为单位的压力差转换为以Pa 为单位的外压，根据T=T0+273 将温度单位转换为K，转换后数据为：（水银密度为：水银=13.6g/cm3; 合肥地区重力加速度为：g 合肥=9.7948m/s2） 序号组数第一组第二组第三组压力（Pa）温度(K)压力（Pa）温度(K)压力（Pa）温度(K)1102183.80 354.07 102183.80 354.12 102183.80 354.13 296722.27 352.08 96722.27 352.35 96988.69 352.54 391793.58 350.54 91127.54 350.53 91393.95 350.55 486065.64 348.52 86198.85 348.58 86065.64 348.60 580870.53 346.70 80604.11 346.56 80737.32 346.54 675808.63 344.27 75409.00 344.49 75409.00 344.42 770080.69 342.11