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化学基础实验

化学基础实验. 物理化学部分. 实验十一：纯液体饱和蒸气压的测定. 实验目的. 1. 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 (Clausius-Clapeyron) 方程式的意义，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。 2. 用平衡管及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。 3. 学会并由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。 4. 了解旋片式真空泵、缓冲储气罐、数字式气压计、福廷式气压计的使用及注意事项 。. 实验原理.

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Presentation Transcript

  1. 化学基础实验 物理化学部分 实验十一：纯液体饱和蒸气压的测定

  2. 实验目的 1.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(Clausius-Clapeyron)方程式的意义，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。 2.用平衡管及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。 3.学会并由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。 4.了解旋片式真空泵、缓冲储气罐、数字式气压计、福廷式气压计的使用及注意事项 。

  3. 实验原理 在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压。密闭于真空容器中的液体，在某一温度下有动能较大的分子从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。当二者的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度不再改变，因而有一定的饱和蒸气。

  4. 实验原理 • 液体的蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更多的高动能的分子能够由液面逸出，因而蒸气压增大。当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。外压不同时液体的沸点也就不同。我们把外压为1个标准压力时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。 • 蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热--- ΔvapHm 。

  5. 纯液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: 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） 实验原理

  6. （2） （3） 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： 或：

  7. （4） （5） 实验原理 由（3）式可知，若用lgP 对1/T 作图,应得一直线，斜率为 或用lnP对1/T作图 ,得一直线，斜率为 由斜率可求算液体的平均摩尔汽化热ΔvapHm

  8. 实验原理 测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种： 1．饱和气流法 在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸气的分压，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。

  9. 实验原理 2．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。 3．动态法 利用当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。

  10. 实验原理 这些方法中以静态法准确性较高，即使蒸气压只有1333Pa(10mmHg)左右也可测定。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。 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。 饱和气流法不仅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。

  11. 仪器药品 1.仪器：纯液体饱和蒸气压测定装置1套; DP-AF数字精密数字压力计（-100～0 KPa）、SYP玻璃恒温水浴装置1套( 包括SWQ/P数字控温仪)；或HK-1D 型恒温水浴1套 缓冲储气罐(或真空稳压包)1个， 旋片式真空泵(公用)1个， 福廷式气压计(公用)1个 乳胶管 橡皮管 2.药品：无水乙醇

  12. 实验装置图 图1 静态法测定饱和蒸汽压实验装置图

  13. 旋片式真空泵

  14. 真空稳压包

  15. 实验步骤----升温法 1.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 2.系统气密性检查: 在开始实验前要检查装置是否漏气，关闭储气气罐的平衡阀 l，打开进气阀和平衡阀2，当测压仪的示数为-50～ - 60kPa时，关闭进气阀，观察测压仪读数，若读数不变，则系统不漏气；若真空度下降，则系统漏气，应逐段检查，直到消除系统漏气原因并排除之。

  16. 实验步骤----升温法 装置仪器 :按图装各部分(不接冷阱部分)

  17. 水浴 无水乙醇 无水乙醇 A C B 实验步骤----升温法 3.加药品：若体系不漏气，则在平衡管的A球中装入2/3体积的乙醇，在B、C球之间的U形管中也装入少量乙醇。U形管中不可装太多，否则既不利于观察液面，也易于倒灌。 平衡管(u型等位计)

  18. 实验步骤----升温法 4.排除AB弯管空间内的空气: 将平衡管安装到装置上，将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高2℃左右)通冷凝水，打开平衡阀2 ,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。(体系减压至真空度达-90kPa以上)

  19. 实验步骤----升温法 5.饱和蒸气压的测定:当空气被排除干净，且体系温度恒定后（20℃～25℃恒温，比室温高2℃左右），慢慢打开平衡阀1，当b、c球之间的U形管内两液面相平时，立即关闭平衡阀1，读取数字压力计的真空度示数。（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面且空气倒灌，须重新抽气，再调平齐）此后，依次将恒温槽温度升高3℃～5℃，恒温至30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃等，分别测其饱和蒸气压的真空度，总共测7～8个值。

  20. 实验步骤----升温法 5.饱和蒸气压的测定: 注意:将恒温槽因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免B、C管中液体大量蒸发，应随时打开平衡阀2 缓缓放入少量空气，保持 C管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次打开平衡阀1， 放入空气使B、C管液面平齐，记录温度和压差。 如升温过程中，U型管内的液体发生暴沸，可漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。

  21. 实验步骤----升温法 6. 实验结束: 慢慢打开平衡阀1，使压力表恢复零位; 关闭冷却水; 将进气阀旋至与大气相通; 拔去所有电源插头; 整理好仪器装置。

  22. 实验步骤----升温法 另外，也可以沿温度降低方向测定。 温度降低，乙醇饱和蒸气压减小。为了防止空气倒灌，必须在测定过程中始终开启真空泵以使系统减压。 降温的方法可用在水浴中加冷水的方法来达到。 其它操作与上面相同。

  23. 注意事项 1. 减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。 2. 必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。 3. 升温法测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。

  24. 注意事项 4. 降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB弯管内之空气。 5. 注意在对缓冲储气罐停止抽气时，先关闭缓冲储气罐的进气阀，再把真空泵与大气相通后，方可关闭真空泵，否则可能使真空泵中的油倒灌入系统。

  25. 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 + 气压计的读数（负值）---真空度

  26. 数据处理 2.绘出乙醇的蒸气压温度P-T曲线，并求出指定温度下的温度系数；   3.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； 4.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。

  27. 思考题 1.如何判断等位计中试样球与等位计间空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？怎样防止空气倒灌? 2.测定蒸气压时为何要严格控制温度？ 3.升温时如液体急剧气化，应作何处理？ 4.每次测定前是否需要重新抽气？ 5.根据恒温装置的灵敏度附录　恒温槽的装配及性能测试，分析该恒温装置的温度对数据误差的影响．

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