物化实验液体饱和蒸汽压及测量

1、Experiment 2nd. The Measurement of the Vapor Pressure of Liquid【 Author and institution of the report 】PB11207027 zhanghengSchool of Life Sciences. University of Science and Technology of China . Hefei City.Anhui Province.Postcode:230026Email:zh322523【 Abstract 】This experiment ,to which we apply th

2、e theory of dynamic method to measure the vapor pressure of liquid ,by surveying the vapor pressures and their corresponding temperature. According to Clapeyron-Clausius equation, we draw curves about logP and 1/T (in the extent of this experiment they are linear relationship),and then calculate the

3、 molar heat of vaporization of cyclohexane.【 Keywords 】saturate vapor pressure molar heat of vaporization boiling temperaturedynamic methodClapeyron-Clausius equation【前言】本实验研究的是不同温度下液体沸点的问题。 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， 并测得外 压也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。体系中应包含液体部分和气体部分，因此本实验的体系是液体和 液面之间的气体。在不同外部压力下测定液体

4、沸点的方法称动态法， 此外，还有静态法和饱和气流法等一系列方法， 本实验采用的是动态 法。研究液体的摩尔蒸发热对于研究气液转化过程以及对于工业生 产中的节能有重要意义。因此，本实验有研究的必要性。【实验部分】一、实验仪器（一）仪器仪器数量型号控温仪1DTC-2AI增加动力搅拌器165-11 型真空稳压包1WYB-I 型压力计1多用真空泵1SHB-III饱和蒸汽压测量装置1（二）实验装置图平飾聶井一 匸一2"=ltlltlltlITI=_h_l#lllmlxl=_-IT1fp=.j7l f i I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-

5、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14-三通活塞二、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：d l n pdTvapRTH :摩尔汽化热(Jmol-1) 若温度改变的区间不大,R:气体常数(8.314J mol-1 K-1)(实际上 H与温度有关)。积分上式得:HIn PA'RT或log PABTA'vap H

6、 m1常数A,B。(3)式表明log P与有线性关系。作图可得一直线，斜2.3032.303RTH可视为为常数率为一B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热H。vapHm 2.303RB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

7、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。三、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，

8、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，

9、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环己烷，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，使待测液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

10、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，反复多次，约 10个点。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

11、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。【结果与讨论】（一）结果：环己烷： vapHm=32.018 x 103kJ/mol.Tbe =373.56K=80.41 C .（数据处理见附）（二）讨论：文献中的环己烷的标准沸点为80.74C，通过实验得出的结论为 80.41 C .相对误差为：1（ 80.41-80.74） I /80.74=0.41%.测量相对比较准确。误差分析：1、读数时，气压和温度都不处于平衡状态。读数过程中气压和温度都在变 化。而且对凸液面或温度计刻线的读数也有视觉误差。2、 系统误差，实验中所用的测量用仪器有 U形压力计，大气压计和1/10 C 温度计

12、，U形压力计的估读误差为 h = 0.5mm （不使用放大镜），大气 压计的精确度为0.1mmHg, 1/10 C温度计估读误差为 T = 0.05 C （不 使用放大镜）。而且气压计刻度不清楚。3、对于沸点的达到是通过观察平衡管的两端液面相平来判断的，因此，视 觉误差会产生一定误差。4、 实验中，测定水的摩尔蒸发焓及沸点是在 Clapeyron-Clausius方程基础之上，假设当温度变化区间不大时，H视为常数得到的等式 log p A B，实际上由于 H是温度的函数，温度的改变是一定会引起 H发生变化的，并且假设中忽略液体体积，蒸气为理想气体结果与理 论值之间存在误差。5、平衡管内部不可能

13、绝对没有空气，由ln 響（P Pg'）可知，会对PgRT结果有影响。6、之所以要均匀取十个点是为了避免有个别坏数据点影响，同时使所作的直线点分布更均匀。因为可以比较看出，直接用所测数据对logP-1/T作图，点前密后疏。因此，均匀取十点的方法比较可取。但对于本实验， 两种方法拟合度都很高，结果相差不大，这主要是因为测量误差比较小，数据比较好。因此对于该实验，两种方法都可取。【参考文献】物理化学实验崔献英等编著中国科学技术大学出版社物理化学傅献彩等编高等教育出版社普通化学原理华彤文等编北京大学出版社附：实验数据及其处理实验环境条件：第一次第二次平均值气压（cm）76.34076.3457

14、6.342温度C）24.1024.0524.08第一组左( cm)右（cm）校正后压 力（cm）压力(kPa)T/ CT/K-3.52-3.450101.78980.63353.78-5.85-1.154.6395.61678.53351.68-7.951.048.9289.89676.48349.63-10.083.1313.1484.26974.40347.55-11.854.9016.6879.54972.73345.88-13.736.7320.3974.60370.78343.93-15.808.8124.5469.06968.33341.48-17.7710.8028.5063.7

15、8965.98339.13-19.6712.7532.3558.65663.50336.65-22.0815.1537.1652.24360.20333.35-23.7816.9440.6547.58957.44330.59P-T曲线:340350T(K)6050360330aKQ从图中均匀读取十个点:T (K)P(kPa)1/T(1/K)Log P334.0453.3110.00299374.7268336.0857.4430.00297554.7592338.0861.8420.00295794.7913340.0465.5140.00294084.8163342.0069.8740.00

16、292404.8443344.0774.7320.00290644.8735346.0580.0110.00288984.9031348.0185.3660.00287354.9313350.0891.1040.00285654.9595352.0596.6500.00284054.9852以log P对1/T作图如下:二解析式为：Log P=9.76401-1682.16644(1/T)二 vapHm2=-2.303R (-1682.16644) =32.208X 103kJ/mol第二组左( cm)右（cm）校正后压 力（cm）压力 (kPa)T/CT/K-3.52-3.450101.78

17、980.62353.77-5.32-1.703.5597.05679.15352.30-7.690.588.2090.85677.00350.15-9.882.8212.6384.94974.75347.90-11.624.6416.1980.20372.85346.00-13.636.6220.2574.78970.80343.95-15.608.6224.2269.49668.53341.68-17.8210.3628.1164.30966.52339.67-19.5312.6032.0659.04363.70336.85-21.5014.5235.9553.85661.03334.18-

18、23.7416.7240.3947.93657.75330.90P-T曲线: B从图中均匀读取十个点:T (K)P(kPa)1/T(1/K)Log P334.0253.7320.00299384.7302336.0057.4040.00297624.7589338.0761.3440.00295804.7878340.0365.2840.00294094.8148342.0070.3330.00292404.8472344.0774.9620.00290644.8748346.0380.2400.00288994.9044348.0485.1750.00287324.9303350.0090.6830.00285714.9575352.0296.3830.00284074.98405.15