飽和蒸汽壓的測定

1、飽和蒸汽壓的測定（靜態(tài)法）1掌握靜態(tài)法測定純液體飽和蒸氣壓的實(shí)驗(yàn)原理；學(xué)會(huì)蒸氣壓的測量技術(shù)和福廷式氣壓計(jì)的使用；學(xué)會(huì)圖解法求摩爾氣化焓。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?液體的飽和蒸氣壓：在一定溫度下，氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的壓力。單位物質(zhì)的量液體蒸發(fā)過程的焓變，為該液體的摩爾氣化焓 。處于一定溫度下的純液體，其中動(dòng)能較大的分子，不斷地從液體表面逸出變成蒸氣，此過程為蒸發(fā)；同時(shí)，也有蒸氣分子回到液體中，此過程為凝聚。當(dāng)蒸發(fā)與凝聚的速率相等時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的蒸氣壓力就是該溫度下液體的飽和蒸氣壓。實(shí)驗(yàn)原理3溫度越高，能逸出液面的分子數(shù)越多，因此，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，液面上的飽和蒸氣壓就越高。當(dāng)液體的飽和蒸氣壓與外界壓力

2、相等時(shí)，液體便沸騰，此時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn)。液體的沸點(diǎn)隨外壓的變化而變化，若外壓為標(biāo)準(zhǔn)壓力（取100KPa），則液體的沸點(diǎn)就稱為正常沸點(diǎn)。4 由熱力學(xué)理論我們知道，液體飽和蒸氣壓隨溫度變化的定量關(guān)系，可由克勞修斯-克拉貝龍（Clausius-Clapeyron）方程給出： 式中p為液體在溫度T 時(shí)的飽和蒸氣壓，R為氣體常數(shù)，R8.314J/(Kmol)5在溫度較小的變化范圍內(nèi)，可視為與溫度無關(guān)，積分上式可得： 由上式可知，若以 對 作圖應(yīng)得一直線，直線的斜率所以6 由實(shí)驗(yàn)測定幾個(gè)不同溫度下的飽和蒸氣壓，用圖解法求得直線的斜率m，根據(jù)上式即可求出 。 測定飽和蒸氣壓的常用方法有動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法兩

3、種，本實(shí)驗(yàn)采用后者。即在一定的溫度下，直接測定體系的壓力，測定時(shí)要求體系內(nèi)無雜質(zhì)氣體。為此用一個(gè)球管與一個(gè)U型管相連，構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)測定的裝置，其外形如圖1所示。 7圖1 等壓計(jì)示意圖 球a中盛有被測液體，故a稱之為樣品池，U 形管bc部分以被測液體作為封閉液，這一部分稱為等壓計(jì)。8測定時(shí)先將a與b之間的空氣抽凈，然后從c的上方緩慢放入空氣，使等壓計(jì)b、c兩端的液面平齊，且不再發(fā)生變化時(shí)，則ab之間的蒸氣壓即為此溫度下被測液體的飽和蒸氣壓，因?yàn)榇孙柡驼魵鈮号cc上方的壓力相等，而c上方的壓力可由壓力計(jì)得出。溫度則由恒溫槽內(nèi)的溫度計(jì)直接讀出，這樣可得到一個(gè)溫度下的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)。9當(dāng)升高溫度時(shí)，因飽和

4、蒸氣壓增大，故等壓計(jì)內(nèi)b液面逐漸下降，c液面逐漸上升。同樣從c的上方再緩慢放入空氣，以保持bc兩液面的平齊，當(dāng)恒溫槽達(dá)到設(shè)定的溫度且在bc 兩液面平齊時(shí)，即可讀出該溫度下的飽和蒸氣壓。用同樣的方法可測定其它溫度下的飽和蒸氣壓。 10 飽和蒸氣壓測定組合裝置（飽和蒸氣壓計(jì)、緩沖瓶、冷阱及管路連接盒）一套（圖） 恒溫槽 一套（圖） 精密數(shù)字壓力計(jì)（低真空壓力計(jì)） 一臺(tái)（圖） 真空泵 一臺(tái)（圖） 吸耳球一個(gè) 四氯化碳（A.R） 實(shí)驗(yàn)測量裝置如圖2所示。儀器與藥品11靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的裝置1.恒溫槽 2.等位計(jì) 3.冷凝管 5.冷阱 121.向冷阱的杜瓦瓶內(nèi)加入冰水。取下磨口活塞，用滴管向等壓

5、計(jì)內(nèi)加入四氯化碳，再用吸耳球擠壓進(jìn)樣品池內(nèi)，使其中的四氯化碳約為樣品池的2/3即可，蓋好磨口活塞。 2、接通等壓計(jì)上部的冷凝水，將恒溫槽的水溫調(diào)節(jié)到20，打開低壓真空壓力計(jì)6的開關(guān)，由“福廷式氣壓計(jì)” 讀取當(dāng)天的大氣壓。133、將真空泵接到活塞8上，關(guān)閉二通活塞10，打開活塞9（在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中活塞9始終處于打開狀態(tài)，無需再動(dòng)）。啟動(dòng)真空泵，打開活塞8使體系中的空氣被抽出，同時(shí)將看到低壓真空壓力計(jì)6的讀數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)?shù)葔河?jì)內(nèi)的四氯化碳沸騰35分鐘后，關(guān)閉活塞8和真空泵，旋轉(zhuǎn)二通活塞10使空氣緩慢進(jìn)入體系中，當(dāng)?shù)葔河?jì)U型管兩臂液面平齊時(shí)關(guān)閉活塞10。若等壓計(jì)液柱再變化，再旋轉(zhuǎn)二通活塞10使液面平

6、齊，待液柱不再變化時(shí)，記下恒溫槽溫度和低壓真空壓力計(jì)6讀數(shù)。若液柱始終變化，說明空氣未被抽干凈，應(yīng)重新抽氣。 14 4、由上面的操作，得到了20時(shí)四氯化碳的飽和蒸氣壓。在該溫度下，重復(fù)操作步驟3，再進(jìn)行一次測定，若兩次測定的結(jié)果相差不小于0.27 Kpa（即2 mmHg），即可進(jìn)行下一步測定。注意：在第二次測定時(shí)，等壓計(jì)內(nèi)的四氯化碳可能被抽干，可以在抽氣結(jié)束后，松開夾在冷凝管上的夾子，輕輕搖晃等壓計(jì)，使樣品池內(nèi)的四氯化碳濺入等壓計(jì)內(nèi)，以保持等壓計(jì)內(nèi)有足夠量的四氯化碳。 5、調(diào)節(jié)恒溫槽使水溫升高5，在溫度升高過程中，等壓計(jì)內(nèi)的液柱將發(fā)生變化，應(yīng)經(jīng)常旋轉(zhuǎn)二通活塞10，緩慢放入空氣，使等壓計(jì)的液面始

7、終保持平齊。當(dāng)溫度達(dá)到25時(shí)，在液面平齊且不再發(fā)生變化的情況下，記下此時(shí)的溫度和壓力計(jì)6的讀數(shù)。156、重復(fù)操作步驟5，測定30、35、40的飽和蒸氣壓。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開二通活塞10，使體系內(nèi)外壓力一致，將冷肼內(nèi)的四氯化碳倒掉。 168、將上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表中： 9、作9、作 圖，由圖中直線的斜率求出樣品在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的摩爾氣化焓和正常沸點(diǎn)。 17本實(shí)驗(yàn)共測定五個(gè)溫度下的四氯化碳的飽和蒸氣壓。人為因素造成的測定誤差是影響和結(jié)果的主要原因。因此，在實(shí)驗(yàn)操作過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1、使恒溫槽在恒溫時(shí)具有較高的靈敏度。注意事項(xiàng)18 2、要獲得準(zhǔn)確的飽和蒸氣壓數(shù)值，關(guān)鍵是要將等壓計(jì)和樣品

8、池之間的空氣徹底抽凈。在抽氣即將結(jié)束之前，可松開夾在冷凝管上的夾子，輕輕搖晃壓力計(jì)，以加速空氣的排出。而空氣的排凈與否，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上判斷。 從經(jīng)驗(yàn)上講，20時(shí)四氯化碳的氣液兩相很快達(dá)到平衡，不應(yīng)該總發(fā)生變化，若發(fā)生變化，則表明空氣沒有被除凈。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，20的數(shù)據(jù)應(yīng)測定兩次，兩次相差0.27 kPa（2 mmHg）應(yīng)在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)，至少說明后一次測定時(shí)空氣已被抽凈。20 時(shí)四氯化碳的飽和蒸氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值為5.95 kPa (44.60 mmHg)，可供參考。193、在升溫過程中，要及時(shí)向體系中放入空氣，以保持等壓計(jì)兩液面平齊，不要等溫度升高4 后再放氣，以免使等壓計(jì)內(nèi)的四氯化碳沸騰，使封閉液減少。4、最初將樣品加入樣品池后，殘留在等壓計(jì)U型管內(nèi)的四氯化碳要適量，以U型管體積的三分之二左右為宜。過多時(shí)會(huì)影響抽