液體飽和蒸汽壓的測定-3

液體飽和蒸汽壓的測定黃漢弘PB09206262摘要:本實(shí)驗(yàn)是對液體飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系作實(shí)驗(yàn)上的研究，然后根據(jù)建立起的經(jīng)驗(yàn)方程式，求算液體的平均摩爾汽化熱。通過本實(shí)驗(yàn)我們要明確蒸氣壓、正常沸點(diǎn)、沸騰溫度的含義；了解動態(tài)法測定蒸氣壓的基本原理；了解真空泵、氣壓計(jì)的使用及注意事項(xiàng)；了解如何檢漏及實(shí)驗(yàn)操作時抽氣、放氣的控制。關(guān)鍵詞：飽和蒸汽壓，壓力差，液面相平，引言：在封閉體系中，液體很快和它的蒸汽達(dá)到平衡。這時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：H：摩爾汽化熱(J·mol-1)R：氣體常數(shù)(8.314J·mol-1·K-1)若溫度改變的區(qū)間不大，H可視為為常數(shù)(實(shí)際上H與溫度有關(guān))。積分上式得：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H。當(dāng)外壓為101.325kPa(760mmHg)時，液體的蒸汽壓與外壓相等時的溫度稱為液體的正常沸點(diǎn)。在圖上，也可以求出液體的正常沸點(diǎn)。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：1、靜態(tài)法：在某一固定溫度下直接測量飽和蒸汽的壓力。2、動態(tài)法：在不同外部壓力下測定液體的沸點(diǎn)。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)時液體的飽和蒸汽壓與外壓達(dá)到平衡。只要測得在不同外壓下的沸點(diǎn)，也就測得在這一溫度下的飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備：液體飽和蒸汽測定儀，抽氣泵，福廷式壓力計(jì)，加熱電爐，攪拌馬達(dá)，溫度計(jì)，氣壓計(jì)。實(shí)驗(yàn)裝置圖：圖2--1中，平衡管由三個相連通的玻璃球構(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和關(guān)閉。A球中裝待測液體，當(dāng)A球的液面上純粹是待測液體的蒸汽，并且當(dāng)B管與C管的液面處于同一水平時，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。圖2-1純液體飽和蒸汽壓測定裝置圖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14-三通活塞實(shí)驗(yàn)過程：1、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，掌握真空泵的正確使用，了解系統(tǒng)各部分及活塞的作用，讀當(dāng)日大氣壓。2、取下平衡管4，洗凈、烘干，裝入待測液。使A球內(nèi)有2/3體積的液體。并在B，C管中也加入適量液體，將平衡管接在冷凝管的下端。平衡管中液體的裝法有兩種：一是把A管烘烤，趕走空氣，迅速在C管中加入液體，冷卻A管，把液體吸入。二是將C管中加入液體，將平衡管與一水泵相連接，抽氣，并突然與水泵斷開，讓C管的水流入A管。3、系統(tǒng)檢漏：管閉活塞8和9，將三通活塞14旋轉(zhuǎn)至與大氣相通，關(guān)閉活塞10，插上真空泵電源，啟動真空泵，將活塞14再轉(zhuǎn)至與安全瓶11相通，抽氣5分鐘，再將活塞14旋至與大氣相通，拔掉真空泵電源，停止抽氣。這樣做是為了防止真空泵油倒吸。用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的真空度，使U形壓力計(jì)兩臂水銀柱高低差為20—40毫米，關(guān)閉活塞9。仔細(xì)觀察壓力計(jì)兩臂的高度，在10分鐘內(nèi)不變化，證明不漏氣，可開始做實(shí)驗(yàn)。否則應(yīng)該認(rèn)真檢查各接口，直到不漏氣為止。4、不同溫度下液體飽和蒸汽壓的測定：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。此時平衡管，壓力計(jì)，緩沖瓶處于開放狀態(tài)。將活塞14通大氣，插真空泵電源抽氣，把活塞14旋轉(zhuǎn)至與安全瓶相通，抽5分鐘，再將活塞14通大氣。拔下電源，此時安全瓶內(nèi)為負(fù)壓，待用。C、隨著水浴中液體的溫度的不斷升高，A球上面的待測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)所測的液體為純凈的水，所以待測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管液面開始上升，認(rèn)真注視兩管液面，一旦處于同一水平，立即讀取此時的溫度。這個溫度便是實(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A管中的待測液又開始沸騰，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，說明A、B之間的蒸汽壓與外壓相等。立即記下此時的溫度和U形壓力計(jì)上的讀數(shù)。此時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)。繼續(xù)用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的壓力，體系產(chǎn)生新的沸騰，再次測量蒸汽壓與外壓平衡時的溫度，反復(fù)多次，約10個點(diǎn)。溫度控制在80C以上，壓差計(jì)的水銀柱相差約400mm左右為止。為了測量的準(zhǔn)確性，可將緩沖瓶放空，重新加熱，按上述步驟繼續(xù)重復(fù)測量兩次。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，再讀取大氣壓，把兩次記錄的值取平均。數(shù)據(jù)記錄：

1，溫度校正表機(jī)器溫度（C）溫度計(jì)溫度（C）8079.807574.857069.856564.906059.95線性擬合的結(jié)果如下Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.36 0.07036B 0.993 1E-3------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------1 0.01581 5 <0.0001------------------------------------------------------------考慮到溫度計(jì)的精確度，基本上兩個溫度結(jié)果相等。2，壓力差與沸騰溫度的關(guān)系表壓力差（mmHg）壓力1（mmHg）壓力2（mmHg）溫度/℃0-3.50-3.6080.724-5.70-1.3078.638-7.300.2577.1712-9.202.1075.3716-11.604.3573.1520-13.606.4070.9524-15.308.2068.8628-17.3010.2066.3832-19.3012.2063.9636-21.2014.1061.3140-23.2016.1058.37壓力差（mmHg）壓力1（mmHg）壓力2（mmHg）溫度/℃0-3.50-3.6080.734-5.55-1.4578.828-7.550.4077.1212-9.202.1275.4016-11.404.3073.1820-13.506.5070.8524-15.208.2068.8628-17.3010.3066.3332-19.3012.2063.8536-21.3514.3061.0340-23.3016.2058.14壓力差（mmHg）壓力1（mmHg）壓力2（mmHg）溫度/℃0-3.60-3.5080.734-5.60-1.5078.898-7.700.6076.9512-9.402.2075.2616-11.304.2073.2820-13.356.2071.0724-15.108.0569.0328-17.3010.1566.4832-19.3512.1064.0336-21.3514.1061.0840-23.3516.1558.22數(shù)據(jù)處理：外壓=大氣壓--兩Hg柱的壓力差Hg柱的壓力差=ρ*g*ΔH合肥當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.7933m/s2，水銀的密度為13.6Kg/m3第一組：蒸汽壓對溫度T作圖：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -734.39683 21.60194B 2.35604 0.06286------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99681 1.46064 11 <0.0001------------------------------------------------------------對的直線圖：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.4646 0.03259B -3836.75419 11.1917------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99996 0.00221 11 <0.0001------------------------------------------------------------直線的斜率L1為-3836.75則ΔH=R*（-L1）=8.314*3836.75=31.899KJ/mol第二組：蒸汽壓對溫度T作圖：Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -727.88677 20.90348B 2.33729 0.06083------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99697 1.43398 11 <0.0001------------------------------------------------------------對的直線圖：Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.37037 0.02808B -3804.08066 9.64032------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99997 0.00194 11 <0.0001------------------------------------------------------------直線斜率L2=-3804.08同樣可得ΔH=3804.08*8.314=31.627KJ/mol第三組:蒸汽壓對溫度T作圖：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -727.1534 20.24285B 2.33489 0.0589------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99715 1.37764 11 <0.0001------------------------------------------------------------對的直線圖：LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 15.38837 0.03475B -3810.5683 11.93171------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99996 0.00238 11 <0.0001------------------------------------------------------------斜率L1=-3810.57ΔH=3810.57*8.314=31.681KJ/mol平均汽化熱ΔH=（31.899+31.627+31.681）/3=31.736KJ/mol理論值為33.055KJ/mol誤差百分比=(33.055-31.736)/33.055*100%=3.99%大氣壓強(qiáng)的數(shù)值記錄：759.70mm759.35mm760.40mm760.25mm平均值=（759.70+759.35+760.40+760.25）/4=759.93mmP=13.6*9.7933*759.93=101.21KPa㏑P=4.617在第一條曲線中對應(yīng)的正常沸點(diǎn)為：353.69k在第二條曲線中對應(yīng)的正常沸點(diǎn)為：353.76K在第三條曲線中對應(yīng)的正常沸點(diǎn)為：353.77K平均的正常沸點(diǎn)=（353.69+353.76+353.77）/3=353.74K文獻(xiàn)中的正常沸點(diǎn)為：353.85K誤差百分比:（353.85-353.74）/353.85*100%=0.31%誤差分析：1，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)天大氣壓強(qiáng)有小的變化對實(shí)驗(yàn)有微小的影響；2，肉眼判斷兩邊液面是否水平不是很準(zhǔn)確；3，對于水銀氣壓計(jì)的讀數(shù)比較粗糙；4，在實(shí)驗(yàn)過程中可能進(jìn)了少量空氣使得某些數(shù)據(jù)有微小偏差；思考與討論：一，實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：平衡管A管和B管之間的空氣必須趕凈。抽氣和放氣的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。讀數(shù)時應(yīng)同時讀取溫度和壓差。使用真空泵時的注意事項(xiàng)使用真空泵時，特別是關(guān)真空泵時，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保證真空泵的出口連通大氣時才能關(guān)真空泵。就本實(shí)驗(yàn)而言，要保證大真空瓶上的三通活塞處于“╩”狀態(tài)時才能切斷真空泵的電源。二，思考題：1，以本實(shí)驗(yàn)中的裝置來說，哪一部分是體系？答：（將裝置圖