液體飽和蒸汽壓的測定

1、液體飽和蒸汽壓的測定（動態(tài)沖八丿摻實驗報專業(yè)：一工科試驗班-姓名： 李課程名稱：大學(xué)化學(xué)實驗（P） 指導(dǎo)老師：_ 滕啟文_ 成績：實驗名稱：液體飽和蒸汽壓的測定實驗類型：同組學(xué)生姓名：一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必 填）七、討論、心得液體飽和蒸氣壓的測定（動態(tài)法）、實驗?zāi)康?. 加深理解飽和蒸氣壓、活度系數(shù)和滲透系 數(shù)等概念。2. 學(xué)習(xí)測定液體飽和蒸汽壓的方法，了解蒸 汽壓數(shù)據(jù)的應(yīng)用。3. 理解蒸氣壓降低、沸點升高等溶液性質(zhì)及 稀溶液的依數(shù)性。4. 熟悉溫度計的露莖校正法。5. 了解

2、數(shù)字式真空測壓儀，熟悉福廷式氣壓計的使用方法及校正方法，初步掌握真空試驗 技術(shù)。二、實驗原理在某一溫度下，封閉系統(tǒng)中的液體，有動能 較大的分子從液相跑到氣相，也有動能較小的分 子從氣相回到液相，當(dāng)二者的速率相等時，就達(dá) 到了動態(tài)平衡。此時，氣相中的蒸氣密度不再改 變，因而具有一定的飽和蒸汽壓。當(dāng)液體的飽和 蒸汽壓與液體上方的壓力相等時液體就會沸騰， 此時溫度就是沸點。純液體和定組成溶液的飽和蒸汽壓是溫度 的單值函數(shù)，蒸汽壓 p隨溫度T的變化可用 Clausius-Clapeyron 方程表示：din? = ?vap Hm dT = RT2（式 1） 式中： vapH m是液體的摩爾氣化焓；R是

3、摩爾 氣體常量。假定 vapH m與溫度無關(guān)，積分式1,有l(wèi)n?=+ C（式2） 式中：C為積分常數(shù)，與壓力p的單位有關(guān)。若以Inp對于1/T作圖得到一直線，由直線的斜率 可以求出該液體的氣化摩爾焓，實現(xiàn)由易測量數(shù) 據(jù)求算南側(cè)量數(shù)據(jù)的目的在應(yīng)用中常用Antoine方程描述飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系：? ?= ?-齊？（式3）式中：A、B、C均為Antoine常量。此時可以估算不同溫度時的摩爾氣化焓和氣 化熵（式 4）BRT2vap Hm =2(T-C)vap Sm =vap H mTBRT2(T-C)（式 5）測量蒸汽壓的方法可分為動態(tài)法和靜態(tài)法兩 大類，靜態(tài)法（等壓計法）直接測定待測液體在 指定

4、溫度時的蒸汽壓，即固定 T測定P得到蒸 汽壓方程；動態(tài)法（沸點計法）是指測定待測液 體在指定壓力下的沸點，即固定 P測定T得至 蒸汽壓方程。選擇何種方法主要取決于測定對象 和測壓范圍。本次試驗采用動態(tài)法。三、實驗儀器及試劑 儀器：沸點計；數(shù)字式真空測壓儀；真空泵 及其附件；氣壓計；溫度計（分度值 0.1 c 和1各一支）；放大鏡試劑：去離子水四、實驗步驟動態(tài)法測定液體蒸汽壓的裝置如圖1所示具體步驟為：3/9“1/、81裝樣：在沸點計中加入適量去離子水（實 驗前已完成）。2. 檢漏：檢查活塞和氣路，開啟真空泵，抽 氣至系統(tǒng)達(dá)到一定真空度（本次試驗至 -60 左右），關(guān)閉活塞11,停止抽氣。觀察數(shù)

5、字 式壓力測量儀的讀書，若讀數(shù)在一段時間內(nèi) 基本保持不變則說明系統(tǒng)不漏氣。若漏氣， 就須分段分段檢查，并用真空油脂堵住漏口 為止。3. 測量：先通冷卻水入回流冷凝器，慢慢調(diào) 節(jié)變壓器使沸點儀中的加熱絲變紅，至液體 試樣沸騰。若沸騰時測量溫度計上的讀數(shù)還 在系統(tǒng)內(nèi)，則應(yīng)慢慢調(diào)節(jié)活塞 12，是少許 空氣進(jìn)入，增加系統(tǒng)內(nèi)壓力，知道溫度計的 水銀柱讀數(shù)露出沸點計外并可以準(zhǔn)確讀數(shù) 為止。待溫度穩(wěn)定后記錄下測量溫度計、輔 助溫度計和壓力計讀數(shù)。4. 調(diào)節(jié)活塞12使系統(tǒng)內(nèi)壓力適度增加，同 理測定溫度和壓力數(shù)據(jù)，連續(xù)測定1012組 數(shù)據(jù)，直至與大氣完全相通。記錄當(dāng)時大氣 壓。五、數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理表1.動態(tài)法

6、測量液態(tài)水飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)室溫：28.2C，大氣壓：102.16kPa，測量溫度計露莖讀數(shù)：69.22C測壓儀讀測量溫度計輔助溫實際壓力p/Pa校正溫度t/ Cd /T/d C -3IZ數(shù)/C度計/Cin p1/T(10 K-1)-53.080.927.4894781.5110.7982.81968485-47.483.627.5460784.2110.9072.79832049-39.586.928.6347787.5411.0422.77255006-32.789.328.6926790.0211.1452.75356787-27.891.029.7419791.6911.2142.7409

7、3205-25.291.425.768仃92.1111.2492.73781022-19.793.125.823仃93.8611.3182.72471203-17.994.328.8405795.0211.3392.71617223-13.495.626.8862796.4311.3922.70580802-7.6897.3126.29434798.0811.45472.6937-3.1198.626.989仃99.3811.5022.68430600.0099.426.10202100.211.5332.679729700查文獻(xiàn)得水在各溫度時的飽和蒸汽壓理論值見 下表表2.水各溫度時的飽和蒸

8、汽壓溫度飽和蒸溫度飽和蒸廠C汽壓/Pa/ C汽壓/Pa78.004366590.00701仃80.004737392.007561482.005134294.008146584.005558596.008768886.006011998.009430188.0064958100.00101325在同一張圖上作實驗數(shù)據(jù)的P-T圖和理論數(shù)據(jù)的P-T圖如下：圖2.實驗數(shù)據(jù)及理論數(shù)據(jù)P-T圖Inp對1/T作圖如下：11.6 -11.5 -j11.4 -11.3 -p 11.2 1 11.1 -11.0 -10.9 -10.8 -10.7 J-_I-2.66 2.68Slope=5237.42.702.

9、722.742.762.782.802.822.84-3-11/T(10 K )圖3. Inp-T圖線如圖，直線的斜率為-5237.42,則vap Hm=43.54kJ/mol，查的文獻(xiàn)值為？vap Hm =42.09 kJ/mol,相 對誤差E=3.44%六、誤差分析及討論此次試驗的誤差主要存在于以下幾個方面：1. 試驗儀器自身不夠精確。在試驗的過程中數(shù) 字式真空測壓儀的讀數(shù)一直無法穩(wěn)定，這表明系 統(tǒng)存在輕微漏氣現(xiàn)象或者測壓儀有輕微漏氣，致 使讀數(shù)存在誤差；另外，由于測量溫度計的溫度 在讀數(shù)時也不穩(wěn)定，故溫度的讀取也有誤差。2. 在進(jìn)行壓力的校正時，福廷式壓力計要求的 是自身誤差校正、溫度校

10、正、緯度及海拔校正等 多項校正，而次試驗中只進(jìn)行了緯度的校正， 因 此會有誤差存在。在試驗中需要注意以下幾個問題：1. 測定系統(tǒng)不漏氣是本實驗成功的前提條件 之一，實驗裝置所有玻璃活塞均要用真空脂密封 旋緊。2. 在實驗中應(yīng)注意調(diào)節(jié)加熱電壓，每次測定完 一個壓力下的沸點溫度時，必須先把電壓調(diào)回至 0,待壓力改變穩(wěn)定之后再進(jìn)行下一次加熱。3開真空泵錢必須先通冷凝水，以保證已蒸發(fā) 的待測液冷凝回流至封閉液處。4實驗結(jié)束后，應(yīng)先將系統(tǒng)通大氣，再使真空 泵通大氣，防止泵油倒灌。5實驗中測量溫度計的下段是插入到沸點計 中去的，而上段則是露在大氣中的，因此兩段的 溫度是不一樣的，因為在不同的溫度下，溫度計

11、 內(nèi)水銀的膨脹度也是不一樣的，所以觀測到的溫 度就會有誤差，因此要進(jìn)行溫度的校正。溫度的 校正公式為 t = ti + 0.000156h(t i - t2). ti 為測 量溫度計讀數(shù)，單位C； t2為輔助溫度計讀數(shù)， 單位C； h為測量溫度計露出部分的汞柱高，單 位C； 0.000156是水銀對玻璃的相對膨脹系數(shù)。6福廷式氣壓計在使用之前應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣壓 計必須垂直放置，在常壓下若與鉛直方向相差 1，則汞柱高度的讀數(shù)誤差約為 0.015%。為此 在氣壓計下端設(shè)定一固定環(huán)，在調(diào)節(jié)時，先擰松 氣壓計底部圓環(huán)上的三個螺旋，令氣壓計鉛直懸 掛，在旋緊這三個旋鈕，使其固定。而后慢慢旋 轉(zhuǎn)地步的汞面調(diào)

12、節(jié)螺旋，使汞槽內(nèi)的汞面升高， 直到汞面恰好與象牙針尖接觸。7.福廷式氣壓計的刻度是以溫度為 0C,緯度 為45的海平面高度為標(biāo)準(zhǔn)的，故在一般的實 驗條件下刻度是不準(zhǔn)確的，需進(jìn)行校正。壓力的 校正需多個校正。首先為自身誤差的校正，儀器 出廠時會附有其校正卡片，據(jù)此來進(jìn)行校正。然 后為溫度的校正，公式為?t= pt - po = Pt( a- B)(1 + a t) ?t為溫度校正值；pt為氣壓 計讀數(shù)；t為氣壓計為溫度；a為水銀的體膨脹系 數(shù)；3 為刻度標(biāo)尺黃銅的線膨脹系數(shù)。再次為緯 度和海拔的校正，其方法是經(jīng)溫度校正后的氣壓 值 再乘以(1-2.6 X10-3 cos2 入-3.14 X 10

13、-7 H).入為實驗所在地的緯度；H為實驗所在 地的海拔。此外還有水銀氣壓的校正、毛細(xì)管效 應(yīng)的校正等，因校正值極小，一般不予考慮。通過查閱資料還獲得如下與此次試驗相關(guān)的 信息：液體飽和蒸汽壓的測定除了動態(tài)法之外還有一些其他方法：1靜態(tài)法。靜態(tài)法是在一定溫度下，調(diào)節(jié)外壓 以平衡液體的蒸汽壓，求出外壓就能得到該溫度 下的飽和蒸汽壓。實驗時等壓計(圖 4)儲液球 和平衡柱中都裝有待測液，平衡柱中的待測液作封閉液。實驗初始時，儲液球上方充滿空氣與待 測液蒸氣的混合氣體，當(dāng)對系統(tǒng)抽氣時，混合氣 體通過封閉液被不斷抽走，而儲液球內(nèi)的液體不 斷蒸發(fā)，使得混合氣體中的空氣含量越來越少， 直至被全部除盡，這時

14、儲液球上方的氣體壓力就 是待測液的飽和蒸汽壓。當(dāng)平衡柱兩側(cè)的液面同 高時，記錄下壓差值E，則用大氣壓力減去E就 是該溫度下待測液的飽和蒸汽壓。2比較法。實驗裝置見圖5。左邊盛液管內(nèi)位 待測液，右側(cè)為蒸餾水（可查得其不同溫度下的 蒸汽壓準(zhǔn)確值），平衡管內(nèi)為汞。先敞開左右盛 液管，調(diào)節(jié)好恒溫槽溫度，讓液體中溶解的氣體 逸出，待平衡管兩側(cè)的液面穩(wěn)定且等高后封閉兩 側(cè)盛液管。在汞柱的高度差升降變化穩(wěn)定時記下 汞面高度差就是兩液體見蒸汽壓的差值，至此待 測液的蒸汽壓也可算。等壓計柱；.儲323圖5.比較法測定液體飽和蒸汽壓裝置3. 飽和氣流法。在一定的溫度和壓力下，把載 氣緩緩地通過待測物質(zhì)，使載氣被待

15、測物質(zhì)的蒸 汽所飽和，然后用另一物質(zhì)吸收載氣中待測物的 蒸汽，測定一定體積的載氣中待測物質(zhì)蒸汽的質(zhì) 量，即可計算其分壓，此法一般適用于在常溫下 飽和蒸汽壓較低的物質(zhì)。七、問答題1. 為什么要檢查裝置是否漏氣？系統(tǒng)漏氣或脫氣不干凈對實驗結(jié)果產(chǎn)生什么影響?答：因為此試驗是在一定的真空度下進(jìn)行 的，如果裝置漏氣，則不能保證實驗所需的 真空條件，因此實驗開始前應(yīng)檢查裝置是否 漏氣。如果系統(tǒng)漏氣，則實驗所記錄的壓力 就會比系統(tǒng)內(nèi)的真實壓力偏低，即會使壓力 下的沸點偏高，影響實驗的精確度。2使用真空泵是應(yīng)該注意哪些問題？答：開啟真空泵之前，須讓緩沖瓶的旋塞打 開，直接與泵連接的干燥瓶的旋塞也要打 開，即讓

16、系統(tǒng)與大氣相通。開啟真空泵后再 將上述旋塞依次關(guān)閉，待系統(tǒng)達(dá)到所需要的 真空度時將連接系統(tǒng)與真空泵之間的旋塞 關(guān)閉，這樣就可保證系統(tǒng)穩(wěn)定在相應(yīng)的真空 度之下，最后關(guān)閉真空泵。3為什么要進(jìn)行細(xì)致的溫度和壓力校正？怎 樣校正？答：測量溫度計的下段是插入到實驗系統(tǒng)中 去的，而上段則是露在大氣中的，因此兩段 的溫度是不一樣的，應(yīng)為在不同的溫度下， 溫度計內(nèi)水銀的膨脹度也是不一樣的， 所以 觀測到的溫度就會有誤差，因此要進(jìn)行溫度 的校正。福廷式氣壓計的刻度是以溫度為 0C,緯度為45的海平面高度為標(biāo)準(zhǔn)的， 故在一般的實驗條件下刻度是不準(zhǔn)確的，需 進(jìn)行校正。溫度的校正公式為t=ti + 0.000156h

17、(t i - t2). ti為測量溫度計讀數(shù)； t2為輔助溫度計讀數(shù)；h為測量溫度計露出 部分的汞柱高；0.000156是水銀對玻璃的相 對膨脹系數(shù)。壓力的校正需多個校正。首先為自身誤 差的校正，儀器出廠時會附有其校正卡片， 據(jù)此來進(jìn)行校正。然后為溫度的校正，公式 為?t= Pt - P0 = Pt( a- (3)t/(1 + a t) ?t 為 溫度校正值；Pt為氣壓計讀數(shù)；t為氣壓計 為溫度；a為水銀的體膨脹系數(shù)；3為刻度標(biāo) 尺黃銅的線膨脹系數(shù)。再次為緯度和海拔的 校正，其方法是經(jīng)溫度校正后的氣壓值再乘 以(1 - 2.6 X10-3 cos2 入-3.14 x 10-7 H). 入為實驗

18、所在地的緯度；H為實驗所在地的 海拔。4怎樣保證實驗中溫度和壓力能夠測準(zhǔn)？ 答：保證實驗中溫度測量的準(zhǔn)確應(yīng)該要控制 實驗的溫度范圍，首先必須使測量溫度計的 水銀柱露出沸點計外以方便準(zhǔn)確讀數(shù)，其次 是在讀數(shù)時如果出現(xiàn)因待測液沸騰而使得 溫度不穩(wěn)定的情況，則每次讀數(shù)時應(yīng)一致讀 取上限或者一致讀取下限，以減小人為因素 造成的誤差。保證壓力測量的準(zhǔn)確應(yīng)確保數(shù) 字式真空測壓儀不漏氣，整個的系統(tǒng)也不漏 氣，讀數(shù)的時候要迅速。5對比分析靜態(tài)法和動態(tài)法的優(yōu)缺點和適用對 象。答：靜態(tài)法適用于蒸汽壓比較大的液體， 其 優(yōu)點為精確度較高，以等壓計的兩筆液面等 高老觀測平衡較為靈敏，缺點是操作難度 大，對較高溫度下的蒸汽壓測定由于溫度難 以控制而降低準(zhǔn)確度。動態(tài)法適用于沸點不 是太高的液體，其優(yōu)點是對溫度的控制要求 不