靜態(tài)法測(cè)量液體飽和蒸氣壓

1、靜態(tài)法測(cè)定液體的飽和蒸汽壓頁碼，1/3靜態(tài)法測(cè)定液體的飽和蒸汽壓一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?明確氣液兩相平衡的概念及純液體的沸點(diǎn)和飽和蒸汽壓的意義；2學(xué)會(huì)用靜態(tài)法測(cè)定無水乙醇的飽和蒸汽壓，初步掌握真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)，理解等壓計(jì)的原理并熟練運(yùn)用；3了解飽和蒸氣壓同溫度的關(guān)系克勞修斯-克拉貝龍方程，并應(yīng)用它求算實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化焓。二實(shí)驗(yàn)原理在一定溫度下，純液體與其蒸汽達(dá)到平衡，這時(shí)的蒸汽壓力稱為該溫度下的飽和蒸汽壓，此溫度就是該壓力下的沸點(diǎn)。所謂達(dá)到平衡可以理解為蒸汽凝結(jié)成液體的速率等于液體氣化成蒸汽的速率，及動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)氣相中蒸汽呈飽和狀態(tài)，故蒸汽壓力稱為飽和蒸汽壓。本實(shí)驗(yàn)用靜態(tài)法測(cè)定無水乙醇（下簡(jiǎn)稱乙

2、醇）的飽和蒸汽壓。方法依據(jù)是，當(dāng)純液體溫度達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)飽和蒸氣壓與外壓相等。因此測(cè)得不同外壓下液體的沸點(diǎn)，也就得到了該溫度（沸點(diǎn)）下的飽和蒸汽壓。本實(shí)驗(yàn)的主要儀器是等壓計(jì)，它由A、B、C三管組成，三管都裝有一些乙醇，A、B管上方構(gòu)成蒸汽的密閉容器，B、C管底部相通構(gòu)成壓力計(jì)（圖一）。當(dāng)B、C管的液面上的蒸汽壓力p等于C管上的壓力ps（真空系統(tǒng)中的壓力），此時(shí)乙醇的溫度t即為沸點(diǎn)。由此得到一組相應(yīng)的p-t數(shù)據(jù)。圖一 等壓計(jì)飽和蒸汽壓同溫度有確定的關(guān)系，克勞修斯和克拉貝龍從理論上得出如下微分方程。方程及其解通稱為克克方程。HmdpdTT(Vg,mVl,m)式中，Hm為摩爾氣化焓，Vg,m與Vl,m分

3、別為氣體和液體的摩爾體積。作了一些近似后，上式化簡(jiǎn)為：dlnpdTHmRT2file:/E:whsywhsy04.htm2008-4-22靜態(tài)法測(cè)定液體的飽和蒸汽壓頁碼，2/3Hm解得 lnp=RT+C本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一系列沸點(diǎn)和飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)用作圖法求得乙醇得摩爾氣化焓。三儀器與試劑真空泵（一臺(tái)）；真空系統(tǒng)(一套)；測(cè)溫測(cè)壓計(jì)(一臺(tái))；等壓計(jì)(一個(gè))；燒杯（800毫升）(一個(gè))；無水乙醇（二級(jí)品）。四實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉真空系統(tǒng)各個(gè)部件的功用圖二 真空系統(tǒng)圖二中活塞5右側(cè)部分為真空系統(tǒng)。有控制地抽出其中空氣使壓力降低。啟動(dòng)步驟如下：關(guān)閉活塞3和三通活塞5，轉(zhuǎn)動(dòng)三通活塞2使真空泵與大氣相通。開動(dòng)真空泵

4、（實(shí)驗(yàn)過程不停泵），待運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后（1min左右）調(diào)節(jié)活塞2使真空泵與瓶4相通，瓶4中空氣被抽出，壓力迅速降低。幾分鐘后將活塞5旋至瓶4與系統(tǒng)相通，瓶4向系統(tǒng)抽氣（瓶4故名“抽氣瓶”），抽氣量由活塞5控制。這樣二級(jí)抽氣方式可使抽氣平緩。2.試漏轉(zhuǎn)動(dòng)活塞5使抽氣瓶與系統(tǒng)相通，系統(tǒng)中空氣被抽出，壓力降低，抽氣至ps50kPa時(shí)關(guān)閉活塞5，觀察5分鐘。如果ps固定不變，表明系統(tǒng)不漏氣，否則應(yīng)分段檢查漏氣原因，直至不漏氣為止。3.測(cè)定室壓下乙醇地沸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞5使系統(tǒng)與大氣相通。在大燒杯內(nèi)灌注蒸餾水至淹沒等壓計(jì)。開啟冷卻水流。加熱水浴。A管內(nèi)液體被加熱至沸騰并有氣泡從C管逸出，至水浴溫度近80停止加熱。此

5、時(shí)A、B管液面上方地空氣及溶于乙醇中的空氣被趕盡。攪拌水浴使溫度逐漸下降，注意B、C管的液面變化，當(dāng)二液面相平時(shí)記下溫度值，就是室壓下乙醇的沸點(diǎn)。此時(shí)抽氣，活塞5轉(zhuǎn)向使系統(tǒng)與抽氣瓶相通，開啟活塞時(shí)動(dòng)作要迅速，但活塞孔開得要小，避免抽氣量太大使等壓計(jì)里的液體向上沖出。在操作活塞5時(shí)應(yīng)時(shí)刻注視測(cè)壓計(jì)，切不要盯著活塞5而忽略測(cè)壓計(jì)ps值的變化。如果空氣從C管返入AB管上方的蒸汽中，實(shí)驗(yàn)失敗需重做。抽氣量由活塞5控制。第一次抽氣使測(cè)壓計(jì)顯示約降低10kPa，準(zhǔn)確記錄ps。此時(shí)乙醇劇烈氣化，蒸汽在冷凝管中遇冷液化流回C管。隨著水浴溫度降低，B、C管液面又趨于相平，相平時(shí)讀水浴溫度，此時(shí)體系的壓力就是此溫

6、度乙醇的飽和蒸汽壓。4.同法繼續(xù)測(cè)定不同溫度下乙醇的飽和蒸汽壓。每次壓力降低約10kPa，準(zhǔn)確記錄ps。共測(cè)5至6個(gè)數(shù)據(jù)，至水浴溫度降至60左右（此時(shí)測(cè)壓計(jì)示值ps約50kPa）。在測(cè)定過程中要明確“先確定外壓，再測(cè)定沸點(diǎn)”這個(gè)原則。五數(shù)據(jù)處理1列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，正確記錄原始數(shù)據(jù)并填入演算結(jié)果file:/E:whsywhsy04.htm2008-4-22靜態(tài)法測(cè)定液體的飽和蒸汽壓頁碼，3/3T/K P/kPa Ln(P/ kPa)1 2 3 4 5 6 (1/T)/(1/K) 12作lnp-T圖，由直線斜率算出乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化焓。與標(biāo)準(zhǔn)值42.1kJ/mol比較，求相對(duì)誤差。 六思考題1.為什么會(huì)發(fā)生空氣倒灌？怎樣防止?2.為什么平衡管a、b中的空氣要趕凈？如何判斷空氣已趕凈？ 參考文獻(xiàn)：1John M. 懷特著，錢三鴻，呂頤慷譯，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，人民教育出版社（1981）。 2F. Daniels, R. A. Albert, J. W. Williams, C. D. Cornwell, P. Bender, J. E. Harriman, Experimental Physical Chemistry, 7th edn., McGraw-Hill, Inc., New York(1975)。3傅獻(xiàn)彩，沈文