实验十一：纯液体饱和蒸气压的测定

化学基础实验纯液体饱和蒸气压的测定物理化学部分实验目的1.明确纯液体饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系---克劳修斯-克拉贝龙方程式。学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热和正常沸点。3.用数字式真空计测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压，初步掌握低真空实验技术。实验原理1.饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念始态:只有液体平衡态:液体和饱和蒸气如果将某纯液体放在一个密闭的真空容器内，这时液体不断蒸发为蒸汽，然后蒸汽也开始凝聚为液体，在一定温度下，当蒸发与凝聚的速率相等时，这种动态平衡称为气—液平衡。这时的液体称为饱和液体，蒸汽称为饱和蒸汽，蒸汽的压力称为该液体的饱和蒸汽压。实验原理饱和蒸汽压是首先由物质的本性决定的，任何物质在任何条件下，都具有饱和蒸汽压。给处于开口容器内的液体加热，饱和蒸汽压会随着温度的升高而增大，当蒸汽的压力增加到与外界的大气压力相等时，液体就沸腾，这时的温度称为液体的正常沸点。纯物质的饱和蒸气压除与物质本性有关外，主要受温度的影响，温度越高相应的饱和蒸汽压越大。实验原理实验原理2.克劳修斯-克拉贝龙方程式设有1mol物质，气-液平衡的Clapeyron方程为说明了蒸汽压随温度的变化率（单组分相图上两相平衡线的斜率）受焓变和体积变化的影响。实验原理对于气-液两相平衡，并假设气体为理想气体，将液体体积忽略不计，则2.克劳修斯-克拉贝龙方程式实验原理     式中:R为摩尔气体常数，T为热力学温度p为液体在温度T时的饱和蒸气压ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热（J.mol-1）克劳修斯-克拉贝龙方程式表示纯液体的饱和蒸气压与温度的关系:                2.克劳修斯-克拉贝龙方程式实验原理在温度较小的变化范围内，ΔvapHm可视为常数，积分（1）式可得：（2）实验原理3.图解法求被测液体的平均摩尔汽化热和正常沸点。由斜率可求算液体的平均摩尔汽化热ΔvapHm，由直线图可求正常沸点。实验原理在一定温度和压力下，用某物质完全吸收已被待测液体所饱和的气流，然后称量吸收物质增加的重量。1．饱和气流法可以计算蒸气的分压，这个分压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。4.测定液体饱和蒸汽压的主要方法。实验原理3．静态法在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。2．动态法利用液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同外压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。饱和气流法的优点是可测液体的饱和蒸气压，亦可测定固态易挥发物质，如碘的蒸气压。它的缺点是通常不易达到真正的饱和状态，因此实测值偏低。动态法的优点是对温度的控制要求不高，对于沸点低于100℃的液体，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达到一定的精确度。这些方法中以静态法准确性较高，静态法以等位计的两臂液面等高来观察平衡，较灵敏。缺点是对较高温度下的蒸气压测定，由于温度难以控制而准确度较差。实验原理仪器药品1.仪器：纯液体饱和蒸气压测定装置1套（平衡管）DP-AF精密数字压力计SYP玻璃恒温水浴装置1套缓冲储气罐(或真空稳压包)1个旋片式真空泵1个福廷式气压计1个乳胶管橡皮管2.药品：无水乙醇准备：利用旋片式真空泵将缓冲储气罐（或真空稳压包）减压至真空度达-90kPa以上)。实验步骤----静态法旋片式真空泵缓冲储气罐1.装置仪器：按图装各部分实验步骤----静态法2.系统气密性检查实验步骤----静态法关闭储气罐的平衡阀l，打开进气阀和平衡阀2，当数字压力表的示数为-50～-60kPa时，关闭进气阀。观察数字压力表的读数，若读数不变，则系统不漏气；若读数下降，则系统漏气，应逐段检查，找到系统漏气原因。2.系统气密性检查实验步骤----静态法3.向平衡管中加药品在平衡管的A管中装入2/3体积的乙醇，在B、C管中也装入少量乙醇，B、C管中不可装太多，否则既不利于观察液面，也易于发生空气倒灌。平衡管(u型等位计)实验步骤----静态法4.排除平衡管AB弯管空间内的空气实验步骤----静态法将恒温槽温度调至一般比室温高2℃左右，接通冷凝水，打开平衡阀2使系统降压，至液体轻微沸腾。此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。CBA5.饱和蒸气压的测定实验步骤----静态法当空气被排除干净且体系温度恒定后，慢慢打开平衡阀1，B管中的气泡将逐渐减少直至消失，B管液面上升，而C管液面下降，当B、C管两液面相平时，立即关闭平衡阀1，读取数字压力计的读数。CBA如果放入空气过多，C管液面低于B管的液面发生空气倒灌，须重新实验。5.饱和蒸气压的测定实验步骤----静态法依次将恒温槽温度升高恒温至30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃等，分别测其温度下的饱和蒸气压。CB6.实验结束慢慢打开平衡阀1，使压力表恢复零位;将进气阀旋至与大气相通;关闭冷却水;拔去所有电源插头;整理好仪器装置。实验步骤----静态法数据处理1.数据记录表：将温度、压力数据列表，算出不同温度的饱和蒸气压。大气压=            kPa室温          ℃P（蒸汽压）=大气压+数字压力表的读数（负值）数据处理3.通过图求算出乙醇的正常沸点，与文献值比较，分析误差及其产生的原因。2.以lnp对1/T作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内乙醇的平均摩尔气化热ΔvapHm；与文献值比较，分析误差及其产生的原因。思考1.如何判断平衡管中空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？怎样防止空气倒灌?2.升温时如液体急剧气化，应作何处理？3.每次测定前是否需要重新抽气？4.根据恒温装置的灵敏度，分析该恒温装置的温度对数据误差的影响。