液體飽和蒸氣壓的測定-物化實驗報告(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上物理化學(xué)實驗（B）實驗報告【實驗名稱】B. 5 液體飽和蒸氣壓的測定【姓名】 J.N【班級】 第4小組【學(xué)號】 【組內(nèi)編號】 5號【實驗日期】 2015年5月11日【室溫】24.1 【大氣壓】 100.11 kPa【摘要】 本實驗通過靜態(tài)法測得CCl4的lgpp與T的關(guān)系為lgpp=-1709.9T+4.9078，平均摩爾汽化熱為3.274×104 Jmol-1，氣化熵為93.87 Jmol-1K-1。通過動態(tài)法測得水的lgpp與T的關(guān)系為lgpp=-2078.7T+5.5792，平均摩爾汽化熱為3.980×104 Jmol-1，氣化熵為106.7

2、 Jmol-1K-1。溫度讀數(shù)的不準(zhǔn)確對實驗的誤差極小，實驗誤差的主要是由于靜態(tài)法中肉眼判斷液面平衡的不準(zhǔn)確性以及動態(tài)法中金屬測溫探頭在沸騰過程中并非一端位于液面下一端位于液面上等因素所引起的。一、 實驗部分1. 主要儀器藥品和設(shè)備1.1 主要藥品CCl4、二次水等1.2 主要儀器 數(shù)字式溫度-壓力測定儀，循環(huán)水流泵，1/10刻度溫度計，電磁攪拌器，電加熱器，兩口圓底燒瓶，真空緩沖瓶，安全瓶，直形冷凝管，攪拌磁子，真空脂，冷凝水循環(huán)系統(tǒng)2. 實驗步驟2.1 靜態(tài)法測定飽和蒸氣壓2.1.1 儀器裝置1-盛水大燒杯，2-溫度計，3-攪拌，4-平衡管，5-冷凝管，6-開口U型水銀壓力計，7-緩沖瓶，

3、8-進(jìn)氣活塞，9-抽氣活塞，10-放空活塞，11-安全瓶，12、13-橡皮管，14-三通活塞。實際儀器略有差異，壓力溫度數(shù)值從溫度-壓力測定儀中讀出。平衡管中加入CCL4至容量的2/3.2.1.2 檢驗氣密性 打開油泵，再開緩沖瓶上連接油泵的活塞，使體系壓力減少50 kPa。關(guān)閉活塞，若5 min內(nèi)壓強(qiáng)變化少于0.3 kPa，則裝置氣密性良好。2.1.3 測大氣壓下沸點(diǎn) 使體系與大氣相通，水浴加熱至78 ，停止加熱不斷攪拌。當(dāng)b、c液面達(dá)到同一水平時，立即記下此時的溫度和大氣壓力。重復(fù)測定，若連續(xù)兩次測定沸點(diǎn)差小于0.05 ，則空氣已排凈，此時溫度即為大氣壓下沸點(diǎn)。2.1.4 測定不同壓強(qiáng)下沸

4、點(diǎn) 關(guān)閉通往大氣的活塞。先開由泵，再開連油泵的活塞，使體系減壓約6.7 kPa。關(guān)閉接油泵活塞，攪拌，至b、c液面達(dá)到同一水平時，立即記下此時的溫度和大氣壓力。繼續(xù)減壓，測定其沸點(diǎn)。至壓力差為50 kPa，結(jié)束實驗，讀大氣壓力。2.1.5 整理儀器 打開所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測定儀、冷凝水進(jìn)出口及油泵開關(guān)，將儀器放回原位。2.2 動態(tài)法測定飽和蒸氣壓2.2.1 熟悉儀器 熟悉測定裝置各部分的結(jié)構(gòu)與作用，特別注意真空系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個活塞的作用及調(diào)節(jié)方法。2.2.2組裝測量系統(tǒng)并檢查氣密性兩口圓底燒瓶中加入二次水至溫度探頭恰好位于水面處（探頭尖端位于液面上側(cè)，另一端位于液面下）。磨口處

5、涂抹真空脂以防止漏氣。使系統(tǒng)與大氣隔絕而與真空泵相同，打開油泵，至壓力降低50 kPa，關(guān)閉連接油泵的活塞。觀察壓力計讀數(shù)變化，若5 min內(nèi)變化少于0.3 kPa，則裝置氣密性良好。2.2.3調(diào)節(jié)外壓，測量不同外壓下的沸點(diǎn)保持系統(tǒng)內(nèi)負(fù)壓在50kPa左右。打開回流冷凝水，并調(diào)節(jié)流量適中。加熱并攪拌，當(dāng)燒瓶中水沸騰且溫度不再上升時，記下溫度數(shù)值t，以及壓力計數(shù)值。停止加熱。微微開啟緩沖瓶通大氣的活塞，使少量空氣進(jìn)入系統(tǒng)，使內(nèi)外壓差降低5 kPa左右時，關(guān)閉活塞。重新加熱。重復(fù)上述兩個步驟，讀取相應(yīng)的幾組數(shù)據(jù)。最后一次使系統(tǒng)與大氣完全相通，繼續(xù)加熱，記下沸騰時的溫度。大氣壓下的沸點(diǎn)最好平行測量3次

6、。從實驗室的氣壓表上讀取大氣壓值和室內(nèi)溫度。2.2.4 整理儀器 打開所有活塞，關(guān)閉攪拌器、溫度-壓力測定儀、冷凝水進(jìn)出口及油泵開關(guān)，取下圓口燒瓶并倒出燒瓶內(nèi)的水，將儀器放回原位。3. 實驗條件待測液體通過加熱控制溫度，通過油泵來控制其蒸氣壓。冷凝管處于冷水冷凝回流的環(huán)境中。二、實驗數(shù)據(jù)處理1. 靜態(tài)法1.1 將溫度、壓力數(shù)據(jù)列表，做溫度、壓力校正，算出不同溫度的飽和蒸氣壓Table 1 靜態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789壓強(qiáng)/kPa-0.12-7.61-12.36-18.51-24.19-30.86-37.46-44.01-51.27溫度/76.5372.8970.1768.4366.5

7、664.2661.8658.6454.66蒸氣壓/kPa100.1192.6187.8681.7176.0369.3662.7656.2148.95P/P1.0000.92510.87760.81620.75950.69280.62700.56150.4890lg(PP)0.00000-0.03382-0.05669-0.0882-0.11949-0.15937-0.20279-0.25066-0.31072沸點(diǎn)/K349.68346.04343.32341.58339.71337.41335.01331.79327.811/T/K-10.0.0.0.0.0.0.0.0.計算舉例，以壓強(qiáng)為-7

8、.61 kPa，溫度72.89 為例：蒸氣壓p=100.11+0.12-7.61=92.61 kPap/p=92.61/100.11=0.9251，lg（p/p）=lg0.9251=0.03382沸點(diǎn)T=76.53+273.15=349.68 K，1/T=1/349.68=0. K-11.2 作蒸氣壓-溫度的光滑曲線1.3 作lgpp-1/T圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫成如下的形式lgpp=-AT+B，求在此圖中當(dāng)外壓為100.0 kPa或101.3 kPa（1 atm）時的沸點(diǎn)。由圖得，A=1709.9，B=4.9078，lgpp=-1709.9T+4.9078當(dāng)外壓為100.

9、0 kPa時，lg100.0100.11=-1709.9T+4.9078，解得T=348.37 K，即在100.0 kPa外壓下四氯化碳的沸點(diǎn)為348.37 K。當(dāng)外壓為101.3 kPa時，lg101.3100.11=-1709.9T+4.9078，解得T=348.77 K，即在101.3 kPa外壓下四氯化碳的沸點(diǎn)為348.77 K。1.4 計算平均摩爾氣化熱，計算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比較。lgHm=A2.303R=1.7099×103 K×2.303×8.314 Jmol-1K-1=3.274×104 Jmol-1正常沸點(diǎn)：當(dāng)P=101.3 kPa

10、 , Tb=348.77 K 則摩爾氣化熵：S=lgHmTb=32740 Jmol-1348.77 K=93.87 Jmol-1K-1 與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對誤差： 93.87-88Jmol-1K-188Jmol-1K-1×100%=6.7%2. 動態(tài)法2.1 將溫度、壓力數(shù)據(jù)列表，做溫度、壓力校正，算出不同溫度的飽和蒸氣壓Table 2 動態(tài)法數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)123456789101112壓強(qiáng)/kPa-48.59-43.67-38.01-33.14-28.84-24.40-19.89-15.11-10.87-6.14-1.71-0.22溫度/81.1583.6886.1688.178

11、9.8591.5493.1694.7896.1597.5898.9199.48蒸氣壓/kPa51.7456.6662.2267.0971.3975.8380.3485.1289.3694.0998.52100.01P/P0.516830.565980.621520.670160.713120.757470.802520.850270.892620.939870.984120.99900lg(PP)-0.28665-0.2472-0.20655-0.17382-0.14684-0.12064-0.09555-0.07045-0.04933-0.02693-0.00695-0.00043沸點(diǎn)/K3

12、54.30356.83359.31361.32363.00364.69366.31367.93369.30370.73372.06372.631/T/K-10.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.2.2 作蒸氣壓-溫度的光滑曲線2.3 作lgpp-1/T圖，求出斜率-A及截距B。將p和T的關(guān)系寫成如下的形式lgpp=-AT+B，求在此圖中當(dāng)外壓為100.0 kPa或101.3 kPa（1 atm）時的沸點(diǎn)。由圖得，A=2078.7，B=5.5792，lgpp=-2078.7T+5.5792當(dāng)外壓為100.0 kPa時，lg100.0100.11=-2078.7T+5.5792，解得T=

13、372.55 K，即在100.0 kPa外壓下四氯化碳的沸點(diǎn)為372.55 K。當(dāng)外壓為101.3 kPa時，lg101.3100.11=-2078.7T+5.5792，解得T=372.92 K，即在101.3 kPa外壓下四氯化碳的沸點(diǎn)為372.92 K。2.4 計算平均摩爾氣化熱，計算氣化熵并與褚魯統(tǒng)規(guī)則比較。lgHm=A2.303R=2.0787×103 K×2.303×8.314 Jmol-1K-1=3.980×104 Jmol-1正常沸點(diǎn)：當(dāng)P=101.3 kPa , Tb=372.92 K 則摩爾氣化熵：S=lgHmTb=39801 Jmol

14、-1372.92 K=106.7 Jmol-1K-1 與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，相對誤差： 106.7-88Jmol-1K-188Jmol-1K-1×100%=21%三、思考與討論1. 思考題1.1 為什么平衡管中空氣要趕凈？如何判斷空氣已全部排出？如未排盡空氣，對實驗有何影響？怎樣防止空氣倒灌? 答：若空氣不趕凈，則測得的壓力不是純液體的飽和蒸氣壓，而是與空氣的混合壓力，不能通過克拉貝龍-克勞修斯方程計算沸點(diǎn)；在大氣壓下重復(fù)多次趕氣并測定沸點(diǎn)，若連續(xù)三次測定值在誤差范圍之內(nèi)(0.05)則可認(rèn)為空氣已被趕凈；未排盡空氣，則會使得沸騰時液體上方的飽和蒸氣壓小于所測壓強(qiáng)，從而使得測得的沸點(diǎn)偏低；

15、防止空氣倒灌, 在做完大氣壓下實驗讀取數(shù)據(jù)后，立即關(guān)閉通大氣活塞，并開啟油泵以及接油泵活塞，或立即重新加熱，迅速使體系減壓。1.2 升溫時如液體急劇氣化，應(yīng)作何處理？ 答：停止加熱，同時緩緩放入空氣，使體系壓力慢慢升高，通過提高液體沸點(diǎn)及減少熱源來避免液體急劇氣化。1.3 每次測定前是否需要重新抽氣？ 答：不需要。因為不同溫度其飽和蒸氣壓也不同，而且飽和蒸氣壓隨著濃度梯度升高而升高，即壓力計的測量值在減小，設(shè)計溫度升高梯度，可以避免每次測定前重新抽氣這一步驟。2. 討論2.1 實驗系統(tǒng)誤差來源（1）方法誤差在由克拉貝龍方程導(dǎo)出克勞修斯-克拉貝龍方程的過程中有3個近似：將蒸氣看做理想氣體，設(shè)Vm

16、=RT/P；與氣體摩爾體積相比，忽略液體的摩爾體積；在不太大的溫度間隔內(nèi)，將摩爾汽化熱看作常數(shù)。（2）溫度的測量不作校正（3）四氯化碳和二次水不純等。2.2 關(guān)于褚魯統(tǒng)規(guī)則測定CCl4的摩爾氣化熵為93.87 Jmol-1K-1，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，有6.7%的相對誤差；測定水的摩爾氣化熵為106.7 Jmol-1K-1，與褚魯統(tǒng)規(guī)則相比，有21%的相對誤差。在1 atm下，CCl4的沸點(diǎn)為349.87 K，349.87-348.77349.87=0.31440%，與實驗計算值有約為0.3%的誤差，誤差較小；在1 atm下，水的沸點(diǎn)為373.15 K，373.15-372.92373.15=0.

17、61637%，與實驗計算值有約為0.6%的誤差，誤差較小。由上述計算可知，實驗數(shù)據(jù)與褚魯統(tǒng)規(guī)則數(shù)據(jù)的誤差主要是由于褚魯統(tǒng)規(guī)則應(yīng)用到水時的不準(zhǔn)確性引起的：褚魯統(tǒng)規(guī)則適于非締合型液體，而CCl4是非極性分子，分子間作用力弱，幾乎沒有締合作用，所以測得的氣化熵符合褚魯統(tǒng)規(guī)則；水存在氫鍵，締合度很高，在氣化時要破壞氫鍵，氣化熵增大，因此褚魯統(tǒng)規(guī)則不能應(yīng)用于水的計算。2.3溫度讀數(shù)不穩(wěn)定的影響實驗過程中，在溫度較穩(wěn)定時仍有溫度仍在緩慢上升。為防止爆沸導(dǎo)致測得溫度的偏高，實驗中當(dāng)溫度在45 s內(nèi)無變化時即記為該壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)。不妨設(shè)溫度測定中存在0.05 的誤差，則測定CCl4的沸點(diǎn)引起的誤差為0.0532

18、7.81=0.2%，即溫度引起的誤差小于0.2%，誤差極?。粶y定水的沸點(diǎn)引起的誤差為0.05354.30=0.1%，即溫度引起的誤差小于0.15%，誤差也是極小的。因此，實驗過程中溫度讀數(shù)不穩(wěn)定的影響可忽略不計。2.4 實驗儀器的改進(jìn)圖六 改進(jìn)后平衡管 圖七 改進(jìn)后的實驗裝置儀器圖 該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：衛(wèi)結(jié)構(gòu)簡單,便于裝樣、拆御和清洗；調(diào)節(jié)內(nèi)外兩管液面相平時易于觀察判斷，且F管下端細(xì)小，容易控制F管液面上升的速度而防止出現(xiàn)放人過量空氣的情況；調(diào)節(jié)系統(tǒng)真空度時，空氣不會倒灌人待測空間，只會使待測空間變小，因此即使操作不熟練，也不會發(fā)生空氣倒灌而必須重新裝樣、抽氣等情況，使操作變得簡單；裝樣時可事先在F管中裝滿待測液體，然后倒插人E管的液體中，這樣可使得待測空間內(nèi)無空氣或只有極少量