飽和蒸汽壓的測(cè)定doc

1、 液體飽和蒸汽壓的測(cè)定 胡文龍 PB07206300 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子系摘要：本實(shí)驗(yàn)利用動(dòng)態(tài)法測(cè)定不同外壓下純水的沸點(diǎn)，從而得到不同溫度下液體的飽和蒸汽壓，在根據(jù)Clausius-Clapeyron 經(jīng)驗(yàn)方程求出液體的摩爾汽化熱。關(guān)鍵詞： 純水 飽和蒸汽壓 沸點(diǎn) 摩爾汽化熱1.前言 飽和蒸汽壓是指在封閉體系中，當(dāng)液體和它的蒸汽擴(kuò)散到達(dá)平衡時(shí)的蒸汽的壓力。液體飽和蒸汽壓等于外壓大氣壓時(shí)的溫度為液體在該大氣壓下沸點(diǎn)，根據(jù)克拉貝龍克勞修斯方程可知，液體沸點(diǎn)與外界大氣壓有關(guān)。氣壓越大，沸點(diǎn)越高。當(dāng)外壓為101.325kPa(760mmHg)時(shí)，液體的蒸汽壓與外壓相等時(shí)的溫度稱為液體的正常沸點(diǎn)。

2、液體飽和蒸汽壓的測(cè)量方法主要有三種： 1、靜態(tài)法：在某一固定溫度下直接測(cè)量飽和蒸汽的壓力。 2、動(dòng)態(tài)法：在不同外部壓力下測(cè)定液體的沸點(diǎn)。 3、飽和氣流法：在液體表面上通過干燥的氣流，調(diào)節(jié)氣流速度，使之能被液體的蒸汽所飽和，然后進(jìn)行氣體分析，計(jì)算液體的蒸汽壓。本實(shí)驗(yàn)利用第二種方法。此法基于在沸點(diǎn)時(shí)液體的飽和蒸汽壓與外壓達(dá)到平衡。只要測(cè)得在不同外壓下的沸點(diǎn)，也就測(cè)得在這一溫度下的飽和蒸汽壓。2.實(shí)驗(yàn)原理在封閉體系中，液體很快和它的蒸汽達(dá)到平衡。這時(shí)的蒸汽的壓力稱為液體的飽和蒸汽壓。蒸發(fā)一摩爾液體需要吸收的熱量，即為該溫度下液體的摩爾汽化熱。它們的關(guān)系可用克拉貝龍克勞修斯方程表示： DH：摩爾汽化熱

3、(Jmol-1) R：氣體常數(shù)(8.314Jmol-1K-1) 若溫度改變的區(qū)間不大，DH可視為為常數(shù)(實(shí)際上DH與溫度有關(guān))。積分上式得： 或 常數(shù)，。 (3)式表明與有線性關(guān)系。作圖可得一直線，斜率為B。因此可得實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱DH。 測(cè)量液體飽和蒸汽壓的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：平衡管由三個(gè)相連通的玻璃球構(gòu)成，頂部與冷凝管相連。冷凝管與U形壓力計(jì)6和緩沖瓶7相接。在緩沖瓶7和安全瓶11之間，接一活塞9，用來調(diào)節(jié)測(cè)量體系的壓力。安全瓶中的負(fù)壓通過真空泵抽真空來實(shí)現(xiàn)。安全瓶和真空泵之間有一三通閥，通過它可以正確地操作真空泵的啟動(dòng)和關(guān)閉。A球中裝待測(cè)液體，當(dāng)A球的液面上純粹是待測(cè)液體

4、的蒸汽，并且當(dāng)B管與C管的液面處于同一水平時(shí)，表示B管液面上的蒸汽壓(即A球面上的蒸汽壓)與加在C管液面上的外壓相等。此時(shí)體系汽液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點(diǎn)。用當(dāng)時(shí)讀得的大氣壓減去壓差計(jì)兩水銀柱的高度差，即為該溫度下液體的飽和蒸汽壓。 純液體飽和蒸汽壓測(cè)定裝置圖1-盛水大燒杯;2-溫度計(jì)(分度值為0.1);3-攪拌;4-平衡管;5-冷凝管; 6-開口U形水銀壓力計(jì);7-具有保護(hù)罩的緩沖瓶;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3.實(shí)驗(yàn)部分（一）實(shí)驗(yàn)試劑與儀器： 液體飽和蒸汽測(cè)定儀 1套 抽氣泵 1臺(tái)福廷式壓力計(jì) 1支 加熱電爐

5、1個(gè)攪拌馬達(dá) 1臺(tái) 1/10C溫度計(jì) 2支（二）實(shí)驗(yàn)步驟1.讀取當(dāng)日大氣壓。2.不同溫度下液體飽和蒸汽壓的測(cè)定：A、將平衡管浸入盛有蒸餾水的大燒杯中，并使其全部浸沒在液體中。插上電爐加熱，同時(shí)開冷卻水，開啟攪拌馬達(dá)，使水浴中的水溫度均勻。B、關(guān)閉活塞9，使活塞8與大氣相通。C、隨著水浴中液體的溫度的不斷升高，A球上面的待測(cè)液體的蒸汽壓逐漸增加，使C管中逐漸有氣泡逸出。本實(shí)驗(yàn)所測(cè)的液體為純凈的水，所以待測(cè)水浴中的水沸騰后仍需繼續(xù)煮沸5-10分鐘，把A球中的空氣充分趕凈，使待測(cè)水上面全部為純液體的蒸汽。停止加熱，讓水浴溫度在攪拌中緩緩下降，C管中的氣泡逐漸減少直至消失，液面開始下降，B管液面開始上

6、升，認(rèn)真注視兩管液面，一旦處于同一水平，立即讀取此時(shí)的溫度。這個(gè)溫度便是實(shí)驗(yàn)大氣壓條件下液體的沸點(diǎn)。D、關(guān)閉活塞8，用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶7中的真空度，從而降低平衡管上端的外壓，U形壓力計(jì)兩水銀柱相差約40mm左右，這時(shí)A管中的待測(cè)液又開始沸騰，C管中的液面高于B管的液面，并有氣泡很快逸出，隨著溫度的不斷下降，氣泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C兩管液面相平時(shí)，說明A、B之間的蒸汽壓與外壓相等。立即記下此時(shí)的溫度和U形壓力計(jì)上的讀數(shù)。此時(shí)的溫度即外壓為大氣壓減去兩汞柱差的情況下液體的沸點(diǎn)。E、用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的壓力，體系產(chǎn)生新的沸騰，再次測(cè)量蒸汽壓與外壓平衡時(shí)的溫度，反復(fù)多次，約10個(gè)點(diǎn)。溫

7、度控制在80C以上，壓差計(jì)的水銀柱相差約400mm左右為止。F、將緩沖瓶放空，重新加熱，按上述步驟繼續(xù)重復(fù)測(cè)量?jī)纱巍?.實(shí)驗(yàn)結(jié)果（原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理見附表）由數(shù)據(jù)處理后結(jié)果得：100、101.3 kPa下純水的汽化熱 vapHm = 40.70 kJ/mol，以及純水在101325Pa下的沸點(diǎn)Tb = 373.15 K = （45.0630.076）KJ/mol查文獻(xiàn)得： 假設(shè)在該實(shí)驗(yàn)的沸點(diǎn)溫度范圍內(nèi)（80100）為常數(shù)，則以文獻(xiàn)值為參照相對(duì)誤差為： 45.063-40.7040.70100%=10.7% 誤差較大。5.誤差分析及改進(jìn)（1）此實(shí)驗(yàn)所得的誤差比較大，其原因是：該實(shí)驗(yàn)是以在實(shí)驗(yàn)溫度

8、范圍內(nèi)為定值的假設(shè)的前提下進(jìn)行的，然而理論上該值并不為定值，式 并不嚴(yán)格成立。由于H 是溫度的函數(shù)，Clausius-Clapeyron 經(jīng)驗(yàn)方程加以改進(jìn)為： LnP=A-BT-CLnT 其中，A=ST0-CP (1+LnT)R B=HT0-TCPR C=-CP/R 根據(jù)文獻(xiàn)值，對(duì)于水CP 在0-100約為-41.422JK-1mol-1,代入求得A,B,C得： LnP/MPa=45.356-6777.9T/K-4.9819LnT/K 利用上式可將結(jié)果加以改進(jìn)，但由于作圖比較困難，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一般并不采用。由于實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)方法本身也帶來一定誤差。例如，溫度讀取和壓力讀取不在同一時(shí)刻即沸點(diǎn)時(shí)讀取，

9、實(shí)驗(yàn)者的個(gè)人主觀誤差，儀器自身的氣密性，空氣殘留等等都會(huì)造成一定誤差。Clausius-Clapeyron 經(jīng)驗(yàn)方程的前提是假設(shè)所研究體系為純物質(zhì)的氣-液兩相平衡體系，忽略液體體積并假設(shè)蒸氣為理想氣體；再進(jìn)一步簡(jiǎn)化為線性方程時(shí)，又引入了一個(gè)假設(shè)將 vapHm視作常數(shù)。然而實(shí)驗(yàn)上體系并非簡(jiǎn)單的氣液兩相平衡體系。這些假設(shè)自身給實(shí)驗(yàn)帶來不可避免的誤差。T H kJ/kgH kJ/mol802307.3 41.58 852295.3 41.36 902283.1 41.14 952271.0 40.92 1002258.4 40.70 實(shí)驗(yàn)中液體不純，含有其他雜質(zhì)并非簡(jiǎn)單的純液體。（2）查資料在801

10、00 約20的溫度范圍內(nèi) vapHm變化值為：由表可知在100 vapHm大，溫度越低 vapHm 值越小。參考資料1 南京大學(xué)物理化學(xué)教研室 傅獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng). 物理化學(xué), 第四版(上,下冊(cè)).高等教育出版社, 1990.2 崔獻(xiàn)英,柯燕雄,單紹純. 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) , 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 2000.3 劉士星. 化工原理 , 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 1994.4 李鴻儀.科研處.蒸汽壓方程參數(shù)的理論預(yù)測(cè). The Determination of Saturated Vapor Pressure of Pure WaterWenlong Hu PB07206300Departm

11、ent of polymer .The university of science & Technology of China Abstract: The boiling point of pure water under different pressure was determined by “Dynamic Method”. Then we can get the different saturated vapor pressure of pure water under different temperature .According to the data and Clapeyron

12、-Clausuis Equation, the Molar heat of vaporization of pure water was figured out .Keyword: pure water saturated vapor pressure boiling point Molar heat of vaporization附件：1.數(shù)據(jù)記錄：大氣壓： P始 = 759.75mmHg P后 = 759.55mmHgTable1.第一組1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12T/97.9597.9297.1995.6793.9591.9090.2888.0585.9783.9281

13、.34h 1/cm01.203.105.067.209.4611.3213.3215.2817.2019.20h 2/cm01.953.485.507.409.8611.8013.8815.8517.5219.56Table2第一組1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12T/98.0297.2096.1894.9593.6791.9489.9888.0785.9283.5581.22h 1/cm01.383.385.267.349.4511.4213.3015.3017.1819.20h 2/cm02.063.925.947.929.9412.0213.9815.9417.6019.58

14、Table3第一組1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12T/98.3497.4296.4295.1893.6891.8589.9488.4386.0083.8881.42h 1/cm01.383.405.287.929.4811.4413.0215.1817.0019.00h 2/cm01.984.106.028.3210.0012.0013.5015.7417.5819.602.數(shù)據(jù)處理大氣壓 P0=（759.75+759.55）/2 = 759.65mmHg實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓 P= P0 -（Pi+P2）將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入公式并全部換算成標(biāo)準(zhǔn)單位得：1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

15、1 12Table1T/K371.1371.07370.34368.82367.1365.05363.43361.2359.12357.07354.49P/pa101278.397078.6892505.7387199.581813.2775520.4670454.2165014.6559775.0854988.8149602.59Table2T/K371.17370.35369.33368.1366.82365.09363.13361.22359.07356.7354.37P/pa101278.396692.0591545.886346.2380933.3475427.1370027.576

16、490859628.4354908.8249575.92Table3T/K371.49370.57369.57368.33366.83365363.09361.58359.15357.03354.57P/pa101278.396798.7191279.1686212.9179626.7875307.1470027.5765921.2560055.0655175.4649815.9利用origin 用LogP 對(duì)1/T 作圖可得：表1：0.002695.005520.002694.987120.00274.966170.002714.940510.002724.912820.002744.878

17、060.002754.847910.002774.813010.002784.776520.00284.740270.002824.6955LogP1/TLogP 與 1/T 關(guān)系圖線性擬合得：Y=11.2827-2336.68 X B=2336.686.19根據(jù)公式 代入得： = 2.3038.3142336.68 = 44.740 KJ/mol S =2.3038.3146.19=0.118 KJ/mol = （44.7400.118）KJ/molLogP表20.002695.005520.00274.985390.002714.961640.002724.936240.002734.90

18、8130.002744.877530.002754.845270.002774.81230.002784.775450.00284.739640.002824.695271/TLogP 與 1/T 關(guān)系圖線性擬合得：Y=11.4011-2378.49 X B=2378.494.57根據(jù)公式 代入得： = 2.3038.3142378.49 = 45.541KJ/mol S =2.3038.3144.57=0.087 KJ/mol = （45.5410.087）KJ/mol表3.LogP0.002695.005520.00274.985870.002714.960370.002714.935570.002734.901060.002744.876840.002754.845270.002774.819030.002784.778550.00284.74