液體飽和蒸氣壓的測定備考復習

1、液體飽和蒸氣壓的測定液體飽和蒸氣壓的測定1實驗目的及原理1.1實驗目的1)2) 運用克勞修斯克拉貝龍方程，求出所測溫度范用內(nèi)的平均摩爾氣化焰及正常沸點。3)3) 掌握測上飽和熬汽壓的方法。1.2、實驗原理在通常溫度下(距離臨界溫度較遠時)，純液體與英蒸氣達平衡時的蒸氣壓稱為該溫度下 液體的飽和蒸氣壓，簡稱為蒸氣壓。蒸發(fā)lmol液體所吸收的熱量稱為該溫度下液體的摩 爾汽化熱。液體的蒸氣壓與液體的本性及溫度等因素有關(guān)。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系用克 勞修斯克拉貝龍方程式表示：J(ln p) _ SpHmdT RT2式中，R為摩爾氣體常數(shù)；丁為熱力學溫度：砂/為在溫度丁時純液體的摩爾汽化 熱。若將

2、艸汕近似作為常數(shù)，積分式得：In /; = y + B其中，若將In 對專作圖，則可以看岀m是In 對*的斜率，滿足m = 4pH胡R ,即aPH,n = -Rma這樣就可以求得該溫度下液體的摩爾汽化熱。令p=101.325 kPa,那么就 可以得到，一個溫度值，這個溫度即為正常沸點。2實驗條件、用品、操作21實驗條件及用品實驗環(huán)境：溫度：T=17.8C濕度：25.8%大氣壓：101.70 kPa裝置：等壓管、穩(wěn)壓瓶、5000 ml負壓瓶、恒溫槽、2XZ-1真空泵、LZ-P1壓力（絕壓）計、 數(shù)顯溫度儀、D8401-ZH型電動攪拌器、加熱器、干燥管、溫度計、5000ml燒杯、錐形瓶、 干燥管（

3、內(nèi)置硫酸銅和氫氧化鈉）。乙醇（分析純）。實驗裝置圖如下：圖一 純液體飽和蒸氣壓測龍裝置2.2實驗步驟1. 裝置與裝樣：按圖1安裝好整套裝宜。2為冷凝管，使液體冷凝回流、只將空氣排 出，也防止大量液體蒸汽被吸入真空泵中：BC處管的口徑變大可以防止液體由于兩側(cè)壓力 不同而被吸入等壓管或者穩(wěn)壓管內(nèi)。2. 檢漏：將H活塞關(guān)上，打開活塞I、F和G,用真空泵抽氣到壓力計顯示的氣壓為 2530 kPa時，關(guān)上I、F和G：等片刻后，利用壓力計檢查系統(tǒng)是否漏氣：分別依次打開 活塞I和G,觀察壓力計的氣壓變化情況。3. 升溫：開動攪拌器，涮節(jié)加熱器電壓在160 V左右。4. 排氣：當水浴溫度超過50C時，等壓管內(nèi)

4、液體開始沸騰，即大量氣泡通過液柵由 C管排出：沸騰3-5分鐘（每秒鐘約排岀3-4個氣泡）就可以除去AB間的空氣及溶在液體6液體飽利蒸氣圧的測定中的空氣：注意調(diào)節(jié)加熱器電壓，控制恒溫槽溫度在52C附近。5. 蒸汽壓的測泄：排氣完后，打開活塞H,使體系通過毛細管緩幔吸入空氣逐漸升 高壓力，直到穩(wěn)壓瓶中的壓力快接近蒸氣壓時為I匕然后調(diào)節(jié)調(diào)壓器，改變加熱電壓，直到 BC液而相對位置不變，此時表示溫度己恒怎，等壓管和穩(wěn)壓管的溫度相同，沒有熱交換。 最后將B、C液面基本調(diào)平，這是穩(wěn)壓管的氣壓就等于等壓管內(nèi)的氣壓，穩(wěn)泄1 min左右, 迅速記下溫度T,壓力計的讀數(shù)P。繼續(xù)用加熱器加熱水浴，加熱過程中適當調(diào)節(jié)

5、活塞H,使液體不激烈沸騰，當溫度升髙 3-4 C時再重復上述步驟。一直升溫到75C附近。總共測6-7個點。6. 結(jié)束：實驗完后，將系統(tǒng)與大氣相通，關(guān)閉調(diào)壓器，整理實驗臺。將實驗數(shù)據(jù)輸入 計算機進行計算。7. 注意事項：1) 等壓管中AB液面間的空氣必須排凈。2)在操作過程中要防止液體倒吸，即c處氣體通過液柵吸入AB的空間。一旦倒吸，重新排氣。3)在升溫時，需隨時調(diào)節(jié)活塞H,避免液體激烈沸騰。2.3實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象和分析2.3.1原始數(shù)據(jù)及處理表一測量溫度下乙醇的飽和蒸氣壓實驗序號T (C)T (K)p (kPa)1/7(10-3 K *)ln(p/Pa)152.66325.8130.093.06

6、933.404255.20328.3538.093.04553.640續(xù)表測量溫度下乙醇的飽和蒸氣壓357.91331.0642.613.02063.752460.53333.6847.972.99693.8716液體飽和蒸氣壓的測定563.22336.3754.062.97293.990665.18338.3359.072.95574.079768.40341.5567.812.92784.217871.88345.0378.652.89834.365974.65347.8088.142.87524.479 (ed 亙 u411211y = -5.00530x +25.7793R2 = 0.

7、999714O11810l/T(0.001/K)6103.013.06410682.圖二 ln(p/Pa)-l/T(0.001/K)曲線2.3.2實驗結(jié)果= Rm = 41.61 kj/mol令p = 101.325 kPa,則可以得到。=78.02C2.3.3對實驗現(xiàn)象的解釋和數(shù)據(jù)結(jié)果的討論與理論vapHm = 42.60 kj/mol和g = 78.34弋相比，實驗結(jié)果中，蒸發(fā)焰偏小、沸點 偏小。實驗曲線（黑線）與將理論值帶入式得到的曲線（紅線）對比如圖所示。誤差分析：1、等壓瓶中存在空氣：分析見思考題4,通過計算可以發(fā)現(xiàn)實驗中氣壓測疑的誤差小 于千分之一。那么造成數(shù)據(jù)點的謀差不會超過0.

8、1%.2、測量時讀數(shù)的偏差：在測量過程中，數(shù)顯溫度計和氣壓計的讀數(shù)難以在1 min內(nèi)始 終穩(wěn)左，估計存在0.03 C和0.02 kPa的讀數(shù)誤差，造成的單個數(shù)據(jù)的誤差在0.4%左右，當 然由于這是隨機誤差，經(jīng)過宜線擬合之后計算得到的實驗值的誤差估計會降低至0.1%o故 計算得到的直線與理論直線上同橫坐標或者縱坐標的點的偏差應該在0.1%以下。3、理論計算中沒有考慮液體體積：在利用式推導式的過程中，利用了液體體枳遠 小于氣體體枳的結(jié)論進行近視，由于酒精的密度為0.8 g/ml,而蒸汽的密度在1 O3 g/ml的 數(shù)量級上，故造成的謀差也在0.1%以下。4、以上的幾點可以說明當T很大時，理論預測和

9、實驗結(jié)果所存在的偏差；但是觀察兩 條曲線可以發(fā)現(xiàn)：（1）總體上講，偏差是隨著溫度的下降而增大的，是存在規(guī)律的：（2）最 開始測量的數(shù)據(jù)的偏差在1%甚至更大。以上兩點是用前而幾點無法解釋的，于是本人考慮 了蒸發(fā)焰隨著溫度變化所造成的影響。一下是具體分析：實驗指導書所給的蒸發(fā)焰的理論值為298.15 K情況下的。如果考慮到溫度引起的變化， 利用積分形式的基爾霍夫公式從（T2）=山心）+ XCpmdT假設(shè)ArCm隨著溫度變化不大（僅做一級修正），那么計算可以得到ArCP/m = 65.44 111.5 = 46.06 kJ/mol廠=（42600 一 46.06 X （T - 298.15）kJ/m

10、ol帶入式重新積分可以得到（計算過程小數(shù)位數(shù)盡量多取幾位）6775.6542In （芮）=63.2779 一 5.541nT 一 同樣，本人il算了對廠Cp“進行二級修正（考慮熱容隨溫度的變化）得到的公式，比 較復雜，不在報告中列岀。為了便于觀察，可以取與測量過程相同的溫度值帶入零級修正 （實驗指導書中采用的公式）、一級修正公式、二級修正公式進行比較，如以下圖表所示:表二 實驗測量和不冋精度的理論公式中的ln/Pa）- 1/T關(guān)系1/7(10-3 K1)實驗值零級修正一級修正二級修正3.069310.40710.37610.42510.4053.045510.54810.49810.54310

11、.5243.020610.66010.62610.66710.6502.996910.77810.74710.78410.7682.972910.89810.87010.90210.8882.955710.98610.95910.98610.9752.927811.12411.10111.12211.1142.898311.27311.25311.26611.2612.875211.38711.37111.37811.3766(ed、9u液體飽利蒸氣圧的測定圖三實驗測量和理論計算的InS/PaLl/O.OOl/K）曲線11.211.010.8 零級修正A 一級修正.：災值）10.610.42.

12、912.963.013.06J 1/T(O.OO1/K)6通過圖表可以看出，經(jīng)過修正之后得到的值與實驗得到的擬合直線的差距很小，且分 別位于擬合直線上下（由于修正級數(shù)低的原因，會出現(xiàn)n級修正與n+1級修正一個偏大、 一個偏小的情況），這些差距已經(jīng)可以用前面的誤差分析進行解釋了：并且隨著修正級數(shù)的 上升，差距可能會進一步減?。ú挥眯拚蹬c單個數(shù)據(jù)點比較的原因是，單個數(shù)據(jù)的的讀 數(shù)誤差在1%的數(shù)量級，隨機誤差較大，擬合后的直線更加可信）。當然，本實驗的目的是計算實驗測試段平均的蒸發(fā)焰，而文獻值是298.15 K的數(shù)據(jù)， 文獻值和實驗值出現(xiàn)偏差也是可以接受的，。如果進行修正后進行計算，得到的蒸發(fā)壻祝

13、（298.15 K）將會與文獻值相差很小。2.3.3實驗結(jié)論學陷=41.60 kj/molTb = 78.02C實驗操作和計算結(jié)果可信，但是計算過程中的近似造成了 1%數(shù)量級左右的偏差。利用 對熱容修正后的公式計算可以得到更加準確的結(jié)果。希望本實驗可以改進計算方法，得到 更加準確的結(jié)果。3. 思考與討論6.1說明飽和蒸氣壓、正常沸點、沸騰溫度的含義。飽和蒸氣壓:在一左溫度下，容器中液體與其蒸汽的體系達到平衡狀態(tài)時的蒸汽的分壓。 沸騰溫度：液體的飽和蒸氣壓與外界氣壓相等時，液體的溫度。正常沸點：液體的飽和蒸氣壓為一個大氣壓時，液體的溫度。6.2克拉貝龍克勞修斯方程在什么條件下才能應用？為什么本實

14、驗測得的只是平均蒸發(fā)焙?條件：等溫等壓、無非體積功的純物質(zhì)相變過程：相變過程為氣液或者固液相變，凝聚 相的體積相比較于該狀態(tài)下的氣體體積很小，且氣體可以視作理想氣體。原因：因為在對克拉貝龍-克勞修斯方程進行積分得到1/T與ln（p/Pa）的線性關(guān)系時，液體飽利蒸氣圧的測定要求蒸發(fā)熔隨著溫度變化較小，而本實驗溫度變化不大，實驗條件下蒸發(fā)焰變化小，是近似 為不變的，故數(shù)據(jù)擬合計算后得到的蒸發(fā)焰是實驗溫度段中的平均蒸發(fā)恰。6.3穩(wěn)壓瓶、負壓瓶的作用是什么？什么時候需用旋塞H與G?穩(wěn)壓瓶的作用是增大氣壓計測量氣體的體積，以保持測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)左性，使數(shù)據(jù)變化慢, 便于調(diào)丹。負壓瓶的作用是可以儲存低壓氣體，

15、用于降低穩(wěn)壓瓶的氣壓。旋塞G、H的作用：當穩(wěn)壓瓶的氣壓高于等壓瓶的氣壓時，打開旋塞G,氣體流入負壓 瓶，穩(wěn)壓瓶氣壓降低：當穩(wěn)壓瓶氣壓低于等壓瓶氣壓時，打開旋塞H,空氣流入穩(wěn)壓瓶，氣 壓升髙。6.4計算證明：趕氣泡35min后AB空間的空氣確已除凈。設(shè)等壓瓶中氣體的物質(zhì)的量為n,其中空氣的物質(zhì)的量分數(shù)為*護（，設(shè)氣體氣壓為p, 總體積為K假設(shè)：氣體均為理想氣體；開始時氣體內(nèi)全為空氣，氣壓為一個大氣壓；氣體的排岀和 液體的蒸發(fā)過程達到平衡，速度均為尸善：氣體生成后與空氣混合的時間很短可以忽略。在T-T+dT的時間內(nèi)，等壓瓶中空氣的物質(zhì)的量的變化為pdVpvdt“ 空 pvdtdn空氣=-x空氣=-

16、x空氣-=-那么寫成微分形式有dln（n 空氣） pvdt _ nRT做不左積分，并代入初始條件n空久（T = 0）=n有pvtn.* =e -ZEL e 旦P孑氣=卩八燈=pue v保守地說若按照氣泡為半徑是0.5cm的圓形，每秒冒出3個氣泡來訃算，可以得到v = 1.57 X 106m3/s若排氣的時間為3 min,則LS7X180,氣=101.325e25 = 1.25 X 103kPa這一估計值小于本實驗中壓力汁的最小分度10-2 kPa。并且考慮到以下幾點：容器中開 始時空氣濃度不為2:氣壓可能小于？/:且排氣時排岀的氣體離等壓瓶液而遠故空氣含量更 高：排氣時間、氣泡大小、瓶內(nèi)氣體體

17、積都是保守估訃。所以可以相信，趕氣泡3-5min后 AB空間的空氣確已除凈。4、參考文獻1 朱文濤，物理化學（上冊）.北京：淸華大學出版社，1995-2 朱文濤，王軍民，陳琳簡明物理化學北京:淸華大學出版社，2008.3 RoberT C. WcasT Handbook of ChemisTry and Physics. 58T11 ed. Ohio: CRC Press, 1977.液體飽和蒸氣壓的測定以下無正文僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research； not for commercial use僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。Nur fur den personlichen fiir Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werdenPour I etude et la recherche uniqueme