实验二 液体饱和蒸汽压的测定

1、液体饱和蒸汽压的测定中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过测定环己烷在不同气压下的沸点值，由得到的沸点值和蒸汽压的关系可以求出环己烷的汽化热并由两者关系得到正常气压下的沸点。关键词：蒸汽压，汽化热，环己烷1. 前言对于液体而言，其在各个温度下的蒸汽压是其重要的性质之一，会直接决定其沸点并决定这种液体在应用时的条件等等，而对于饱和蒸汽压的测定主要有静态法、动态法和饱和气流法三种方法，静态法和饱和气流法都相对较难操作，故本实验采用动态法对饱和蒸汽压进行测量。2. 实验部分2.1. 实验仪器及试剂VYB-I型真空稳压包 南京大学应用物理所DTC-2AI型控温仪 南大万和JJ-1型搅拌器 金坛市环

2、宇科学仪器厂正己烷 分析纯循环水泵 0.1温度计 U型水银压力计 饱和蒸汽压测定仪2.2. 实验设计2.2.1. 饱和蒸汽压的求得对于一定温度下的液体，若要测定其饱和蒸汽压，首先要保证液面上方均为该种液体的蒸汽，这就需要一个封闭的体系，在此情况下再对液面上方气体的气压进行测定。本实验中采取了如下图所示的仪器，大烧杯中的玻璃仪器中装有待测液体，整个体系接在真空泵上，体系的气压可以由压力计读出，在右上角的放大图中可以看到平衡部分的构造。C液面上方为空气，B上方则为A中液体沸腾后得到的蒸汽，当BC两端液面齐平的时候，可认为此时的蒸汽压大小与外部压力大小相同，即气压计读出的数据即为此时的蒸汽压。2.2

3、.2. 温度的控制实验中若控制温度测量该温度下的压力，则操作会较为困难，首先温度调控反应速度较慢，不易精确控制，但是由于实验中需要的只是温度与蒸汽压的关系，所以此处采用控制压力然后使体系逐渐降温，观察液面相平时刻温度的方法。控制压力可以通过真空泵缓慢放气并观察压力计的读数而进行精确的控制，在温度逐渐下降过程中，记录液体沸腾时的温度值，之后调高温度，液体停止沸腾，待温度下降到一定值之后再次沸腾，此时再记录温度值，从而得到两者的关系曲线。图1 装置图2.2.3. 汽化热的求得根据克劳修斯-克拉伯龙方程：dlnPdT=vapHmRT (1)其中H为液体的摩尔汽化热，在一定温度区间中可视其为常数，从而

4、通过P-T关系可以得到其数值，对公示进行变形可以得到：lnP=ART (2)用lnP对T作图，得到的曲线斜率即为摩尔汽化热的数值。2.3. 实验操作i. 打开加热装置和搅拌装置，设定温度为83，气压为常压，在该温度下，环己醇会沸腾，保持沸腾状态十分钟左右，排空AB液面之间的空气，此时AB之间充满了环己烷蒸汽，关闭加热装置，待体系缓慢降温至BC液面齐平的时候，从温度计上读出此时的水浴温度。ii. 打开真空泵，缓慢抽气，使压力计左右两端汞柱液面高度差出40mm左右，待温度降低至使左右两端液面齐平的时候，读出此时温度，继续调整压力直到两侧汞柱高度差出400mm为止，若温度下降慢，可以打开冷却水。1H

5、iii. 测定完一轮之后再次升温至83度，之后重复前两步的降温步骤对蒸汽压进行测定。3. 结果与讨论3.1. 实验结果i.ii. 实验数据得到环己烷的摩尔蒸发焓为vapHm=31763Jmol1K1=31.76KJmol1K1 由线性拟合得到的温度与饱和蒸汽压之间的关系，代入大气压数值，得到环己烷的沸点为80.97，标准值为80.74，比标准值略微偏高，相对误差为0.3%，结果已经较为精准3.2 误差分析i. 从得到的沸点数据来看，实验误差已经较小，实验中可能带来误差的地方主要是人为操作的部分，比如对于两液面齐平的时刻判断不准确，或者读数速度慢而使得读出的温度数据并非液面相平时的温度而是已经有

6、了一定下降之后的数据等，为了消除这部分误差就需要做实验的时候配合好，一个人看好U型管中液面状态，另外一个人则专心负责温度计的读数，这样可以提高效率和精度。ii. 在实验仪器本身造成的误差方面，水温不均匀可能会造成一定的误差，由于外界温度要远低于体系内的温度，所以对于反应的大烧杯外侧的温度可能会比内侧的温度要低，从而导致温度计所测量的温度和U型管所处的温度有微小差异，但是如果将搅拌器功率开到最大，则水的混合已经十分均匀，可以很有效地消除这一部分的误差。iii. 本实验在测量时按理来说应该是连续降温测量完一组数据之后再重复测量两次，将得到的数据分别进行线性拟合之后对拟合数据取平均值，而我和同组同学

7、在做的时候采取了另外一种方法，在测第一次的时候，每达到一次平衡，读数之后便将温度做小幅上升，之后再降温，如此重复三次，得到三个沸点的数据，为了对比两种方法，我们在这样做完一组之后又重新升温测定了一组，数据见数据处理部分的表格。这样测定时得到的数据中三个温度数据平行度比较好，可以直接取平均之后再进行线性拟合，但是也有其缺点，首先这样得到的数据对于每一个压强都是在较短的时间内测得的，若是整个环境在测定时发生变化的话，这种方法并不能很好地消除这一部分误差，而若连续降温三次，对于每一个压强都在不同的时间点进行了测定，可以有效消除这一部分误差，其次这样做得到的三个数据点都是在一个压强之下的，而如果用常规

8、测法的话每一次压强都有微小区别，实际上是取了更多的数据点。然而对于本次实验而言两种测法的差别并不是很大，从第一组数据和第二组数据的数值以及拟合结果上可以看出差距并不大，但是第二组数据的线性程度更好，说明常规的测法使用连续降温还是有一些好处的，而有可能因为本次实验中在测定过程中体系并没有很大变化，而且即使是用这种测定方法，数据点也已经足够多了，所以误差并没有明显增加。3.3 实验心得及注意事项i. 本次实验中有很多的注意事项，首先是在温度调控方面，升温不能过多，否则会使得U型管中的液体倒流回球中，BC段的液体减少之后会影响对于两液面相平时刻的判断，其次在降温过程中，到了后期降温会比较慢，可以打开

9、冷却水，但是不能打开得过大，使水一滴一滴滴下即可，也可以一个人打开冷却水另外一个人监测温度，当液面快要相平的时候关闭冷却水，否则可能不易精确测得两液面相平时的温度。ii. 实验中在控制阀门的时候要注意阀门不能开得太大，否则气压变化速度太快不易控制，一般来说可以先抽气抽过要求的气压差之后再缓慢放气，控制气压差与要求数值较为接近即可。4. 参考资料中国科学技术大学物理化学实验讲义 付献彩等编，物理化学第五版，高等教育出版社，2000Measurement of Saturated Vapor PressureAbstract: In this experiment, the saturated v

10、apor pressure of cyclohexane is measured under different temperature and we get the mole heat of vaporization according to the Claperon-Clasius Equation, also the boiling point of cyclohexane is calculated based on the data collected in the experiment.Key Words: cyclohexane, Claperon-Clasius Equatio

11、n, saturated vapor pressure, mole heat of vaporization数据处理： 1) 原始数据：36.5 44.0 57.5 64.5 76.5 83.5 95.5 103.080.5 122.0 160.0 198.5 77.4 75.4 73.5 71.4 77.4 75.5 73.6 71.4 77.3 75.4 73.5 71.4 77.4 75.4 73.5 71.4156.563.8 63.9 63.8 63.8本组数据采用的是每次达到两边液面齐平之后进行小幅升温之后再降温使之再次齐平，如此重复三次得到三组数据。H左(mmHg) H右(mmH

12、g) H(mmHg) T1（） 3.0 3.0 0 80.815.0 22.0 37.0 79.233.5 41.5 75.0 77.556.0 63.0 119.0 75.476.0 83.5 159.5 73.497.5 104.5 202.0 71.1115.0 122.5 237.5 68.9137.5 145.0 282.5 66.4156.5 164.0 320.5 64.0175.0 182.0 357.0 61.6196.0 203.0 399.0 58.5表2 第二组数据本组数据在测定时采用的是连续降温得到所有数据的方法，以此与第一组数据进行对比。初始大气压：765mmHg

13、结束时大气压：763mmHg取平均值：764mmHg2) 首先对第一组数据，将温度T换成热力学温度，之后以lnP为y轴，1/T为横轴，进行线性拟合，数据处理后数值见下表：P(mmHg) P(KPa) lnP T(K) 1/T(10-3) 764 101.8583 4.623583 354.45 0.002821 724.5 96.59206 4.570497 351.45 0.002845 683.5 91.12584 4.512241 350.55 0.002853 642 85.59296 4.449603 348.55 0.002869 604 80.52671 4.388589 346

14、.65 0.002885 565.5 75.3938 4.322725 344.55 0.002902 525.5 70.0609 4.249365 342.25 0.002922 486 64.79467 4.171223 339.85 0.002942 444.5 59.26179 4.081965 336.95 0.002968 408.5 54.46219 3.997507 334.95 0.002986 370.5 49.39594 3.899868 332.35 0.003009 163.0 319.5表3 第一组数据处理后结果进行线性拟合：图2 第一组数据线性拟合图像得到的拟合数

15、据为： 数值 标准差斜率 -3760 58.01截距 15.22 0.18表4 第一组数据线性拟合数据可以求出气化热的数值：Hvap=k×R=3760×8.314=31260即气化热的数值为31260J/molK=31.2KJ/molK3) 对第二组数据进行处理 P(mmHg) P(KPa) lnP T(K) 1/T(10-3) 764 101.8583 4.623583 353.95 0.002825 727 96.92536 4.573941 352.35 0.002838 689 91.859114.520256 350.65 0.002852 645 85.9929

16、3 4.454265 348.55 0.002869 604.5 80.59337 4.389416 346.55 0.002886562526.5481.5443.540736574.92717 4.316517 344.25 70.19423 4.251266 342.05 64.19472 4.161921 339.55 59.12847 4.079713 337.15 54.2622 3.993828 334.75 48.66266 3.884912 331.65 表5 第二组数据处理结果 0.002905 0.002924 0.002945 0.002966 0.002987 0.003015图3 第二组数据线性拟合图像斜率截距Hvap=k×R=3881