純液體飽和蒸氣壓的測定

純液體飽和蒸氣壓的測定第1頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四純液體飽和蒸氣壓的測量1、明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液平衡的概念，深入了解純液體飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系-克勞修斯—克拉貝龍方程式。測定的實(shí)驗(yàn)原理;

2、用等壓管法測定不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓，初步掌握真空實(shí)驗(yàn)技術(shù);3、學(xué)會(huì)用圖解法求被測液體在所測溫度范圍內(nèi)的平均摩爾汽化焓及正常沸點(diǎn)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四純液體飽和蒸氣壓的測量二、實(shí)驗(yàn)原理

液體的飽和蒸氣壓是指在一定溫度下，氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的壓力。

處于一定溫度下的純液體，其中動(dòng)能較大的分子，要不斷地從液體表面逸出變成蒸氣，此過程稱為蒸發(fā)；與此同時(shí)，也會(huì)有蒸氣分子回到液體中，此過程稱為凝聚。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。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），則液體沸點(diǎn)就稱為正常沸點(diǎn)。

單位物質(zhì)的量的液體蒸發(fā)過程的焓變，即為該液體的摩爾氣化焓。第3頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四二、實(shí)驗(yàn)原理純液體飽和蒸氣壓的測量

由熱力學(xué)理論，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)，R＝8.314J·K-1·mol-1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(duì)作圖應(yīng)得一直線，直線的斜率由此得到第4頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四二、實(shí)驗(yàn)原理純液體飽和蒸氣壓的測量由實(shí)驗(yàn)測定幾個(gè)不同溫度下飽和蒸氣壓，用圖解法求得直線的斜率k，根據(jù)上式即可求出測定飽和蒸氣壓的方法有動(dòng)態(tài)法、比較法、飽和氣流法、靜態(tài)法等。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法。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，其外形如右圖所示。

等壓管示意圖第5頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四二、實(shí)驗(yàn)原理純液體飽和蒸氣壓的測量球a中盛有被測液體，U

形管bc部分以被測液體作為封閉液。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)直接讀出。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)。當(dāng)升高溫度時(shí)，因飽和蒸氣壓增大，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。第6頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量三、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品純液體飽和蒸氣壓測定裝置1套;

循環(huán)水真空泵；數(shù)字式壓力計(jì)；無水乙醇；第7頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量四、實(shí)驗(yàn)裝置圖純液體飽和蒸氣壓測定裝置圖1、恒溫水浴2、溫度計(jì)3、攪拌4、平衡管5、冷凝管6、水銀壓力計(jì)7、緩沖瓶8、進(jìn)氣活塞9、三通活塞10、安全瓶第8頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量五、實(shí)驗(yàn)步驟采用升溫法測定不同溫度下純液體的飽和蒸氣壓1、裝置儀器將待測液體裝入平衡管中，A球約體積，B和C球各體積，然后按圖連接好各部分。2、系統(tǒng)氣密性檢查關(guān)閉活塞8，旋轉(zhuǎn)三通活塞9使系統(tǒng)與真空泵連通，開動(dòng)真空泵，抽氣減壓至壓力計(jì)顯示壓差為500mmHg時(shí)，關(guān)閉活塞9，使系統(tǒng)與真空泵、大氣皆不通。觀察壓力計(jì)讀數(shù)，如讀數(shù)能在2分鐘內(nèi)幾乎維持不變，則表明系統(tǒng)不漏氣。否則應(yīng)逐段檢查，消除漏氣原因。第9頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量五、實(shí)驗(yàn)步驟3、排除AB彎管空間內(nèi)的空氣

AB彎管空間內(nèi)的壓力包括兩部分:一是待測液的蒸氣壓;另一部分是空氣的壓力。測定時(shí)，必須將其中的空氣排除后，才能保證B管液面上的壓力為液體的蒸氣壓。

排除方法為:先將恒溫槽溫度調(diào)至第一個(gè)溫度值(一般比室溫高2℃左右)接通冷凝水，抽氣降壓至液體輕微沸騰，此時(shí)AB彎管內(nèi)的空氣不斷隨蒸氣經(jīng)C管逸出，如此沸騰數(shù)分鐘，可認(rèn)為空氣被排除干凈。第10頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量五、實(shí)驗(yàn)步驟4、飽和蒸氣壓的測定排凈空氣，且體系溫度恒定后，打開活塞8緩緩放入空氣（切不可太快，以免空氣倒灌入AB彎管中，如果發(fā)生空氣倒灌，則須重新排除空氣)，直至B管、C管中液面平齊，關(guān)閉活塞8，記錄溫度與壓力計(jì)讀數(shù)（如果放入空氣過多，C管中液面低于B管的液面，須抽氣，再調(diào)平齊）。然后，將恒溫槽溫度升高3℃～5℃，因溫度升高后，液體的飽和蒸氣壓增大，液體會(huì)不斷沸騰。為了避免B、C管中液體大量蒸發(fā)，應(yīng)隨時(shí)打開活塞8緩緩放入少量空氣，使C管中氣泡緩慢冒出。體系溫度恒定后，放入空氣使B、C管液面平齊，記錄溫度和壓差。然后依次每升高3℃～5℃，測定一次壓差，總共測7～8個(gè)值。第11頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

純液體飽和蒸氣壓的測量六、數(shù)據(jù)記錄及處理（一）數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)時(shí)間室溫大氣壓：實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后不同溫度下乙醇飽和蒸氣壓的測定溫度/℃溫度/K大氣壓/mmHg表壓/mmHg蒸氣壓/mmHg第12頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

六、數(shù)據(jù)記錄及處理（二）數(shù)據(jù)處理1、由上表數(shù)據(jù)繪制蒸氣壓p對(duì)溫度T的曲線（p-T圖）2、從p-T曲線圖中均勻讀取10個(gè)點(diǎn)，列出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，繪制出lnp-1/T直線圖，求出直線的斜率，由斜率算出乙醇在此溫度下的平均摩爾汽化焓，由曲線求得乙醇的正常沸點(diǎn)，與文獻(xiàn)相比較。純液體飽和蒸氣壓的測量第13頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

七、注意事項(xiàng)1、

減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時(shí)達(dá)不到本實(shí)驗(yàn)要求的真空度。2、必須充分排除凈AB彎管空間中全部空氣，使B管液面上空只含液體的蒸氣分子。AB管必須放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。3、在操作過程中要防止空氣倒灌，一旦倒灌必須重新排氣。

純液體飽和蒸氣壓的測量第14頁，共15頁，2023年，2月20日，星期四

七、思考題1、為什么AB彎管中的空氣要排除凈，怎樣操作，怎樣防