环己烷饱和蒸汽压的测定
摘要：为了研究液体饱和蒸汽压与温度的关系，根据已经建立起的经验方程式，求算液体的平均摩尔汽化热，本实验通过测不同压力下的沸点，得到这一温度下的饱和蒸汽压，做出相应的曲线，从而对二者的关系展开研究，并求出该温度范围内的平均摩尔汽化热。
关键词：饱和蒸汽压 温度 摩尔汽化热 沸点
前言：在一定的温度下，真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡，即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压。其值是物质重要的物性参数，对研究气-液相变基础理论、相变热力学具有特别重要的意义。在热物理、化学物理及热力学、石油化工、分离与提纯、冶金、材料科学与工程等领域都具有广泛的应用。
纯液体的饱和蒸汽压与液体的本性（分子大小、结构、形状）和温度、外压有关。为了研究其与温度、外压的关系，德国著名的物理学家和数学家，热力学的主要奠基人之一克劳修斯，从热力学中推论出克劳修斯-克拉佩龙方程，这个关系是一种描述两态之间相变的方式，最初由埃米勒·克拉伯隆于1834年发表。它们的关系可用克拉贝龙～克劳修斯方程表示：
(1)
DH：摩尔汽化热(J·mol-1) R：气体常数(8.314J·mol-1·K-1)
若温度改变的区间不大，DH可视为为常数(实际上DH与温度有关)。积分上式得：
(2)
或 
(3)
常数
，
。 (3)式表明
与
有线性关系。作图可得一直线，斜率为－B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热DH。
一、实验部分
1.试剂: 本实验所测得是环己烷溶液。
2.实验装置和仪器: 本实验做搭建的装置如图一。平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。冷凝管与U形压力计6和缓冲瓶7相接。在缓冲瓶7和安全瓶11之间，接一活塞9，用来调节测量体系的压力。安全瓶中的负压通过真空泵抽真空来实现。安全瓶和真空泵之间有一三通阀，通过它可以正确地操作真空泵的启动和关闭。A球中装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸汽，并且当B管与C管的液面处于同一水平时，表示B管液面上的蒸汽压(即A球面上的蒸汽压)与加在C管液面上的外压相等。此时体系汽液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时读得的大气压减去压差计两水银柱的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸汽压。
图1 纯液体饱和蒸汽压测定装置图
1-盛水大烧杯;2-温度计(分度值为0.1°);3-搅拌;4-平衡管;5-冷凝管; 6-开口U形水银压力计;7-具有保护罩的缓冲瓶;8-进气活塞;9-抽气活塞; 10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管14-三通活塞
实验中所使用到的仪器有：①江苏省金坛市环宇科学仪器厂 JJ-1增力电动搅拌器；②南京南大万和科技有限公司 DTC-2AI 控温仪；③南京南大万和科技有限公司 WYB-1型真空稳压包；④郑州长城科工贸有限公司 SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵；⑤江苏省常州市东风仪表厂 U型压力计。
2.试验方法：从大气压开始，不断增大U型压力计的汞柱差（每次增加4CM左右），减小待测液体上方的压力，使其在不同压力下沸腾，测出各个外压下的沸点。由于液体沸腾时的蒸汽压与外压相等，因此可得到多个温度下的饱和蒸汽压。相同条件下平行测定三次。
二、实验结果
实验得到的原始数据如下：
表一：实验原始数据
实验开始时气压为763.20mmHg，温度为26.1摄氏度。实验结束时气压为763.55mmHg，温度为25.9摄氏度。因此平均大气压为763.38mmHg。
将温度换算为开尔文单位制，并利用汞柱差及一个大气压为101325Pa将各个大气压换算出来（换算结果见附件）。由此绘制出各组的蒸汽压对温度的曲线。如下：
图二 P-T曲线
从各条曲线上均匀地读取10个点，数据如下：
表二：P-T曲线上的均匀点数据
由此表作出Ln P-1/T 曲线，利用线性拟合求出斜率。
图三、Ln p-1/T 曲线拟合
从图上可读出各拟合曲线的斜率，求出其平均值为-3831.44203.计算得在所测温度范围内，环己烷的平均摩尔汽化热为32826.28J/mol，即32.83KJ/mol。
三、分析与讨论
1、P-T 曲线较平滑，ln P-1/T曲线成直线，与实验预测一样，从而验证了用克拉贝龙～克劳修斯方程。
2、环己烷的气化热文献值为32．76 KJ/mol 。实验所测值为32.83KJ/mol. 二者相差0.07KJ/mol。
误差来源有：1.读数。（i )实验中使用的是精度为0.1度的水银温度计，在读数时会带来误差。在测量液体在不同外压下的沸点时，首先要用肉眼估测两侧液面相平，且温度是在不断变化的，这也给测量引入了误差。(ii )在读取左右汞柱水银液面的高度时，是通过距离液面有一定距离的标尺来读数的，这带来较大误差。水银有时候呈现凸液面，也给读数带来了难度和不准确。2.温度计所测点距离待测液体太远，而加热管距离待测液体太近，待测液体的温度变化很灵敏，但由于热的传递需要时间，使得温度计所测到的温度不是待测液体的实际温度。2.本次实验所使用的搅拌器不断震动，使整套仪器在一个震动的环境下工作，会引入误差。
为了使实验结果更加准确，除了要更加认真地做实验外，还得从仪器上入手。首先，应该保证整个实验环境是比较稳定的。其次，可以使用一些先进的仪器，或者对现有的仪器做一些改进。比如，可以在平衡管上安装一个温度传感器，这样可以减少读数带来的误差。同时，加热器距离平衡管远一些，也可以提高测量的准确度。使用直接刻有刻度的玻璃管装水银，也可以减少误差。
四、结论
本次实验通过测不同外压下的沸点，从而得到不同温度下液体的饱和蒸汽压，作出的ln p-1/T 曲线为以直线，验证了克拉贝龙-克劳修斯方程，并由其斜率得到环己烷在所测温度范围内的平均摩尔汽化热为32.83KJ/mol，比理论值稍稍偏高0.07KJ/mol。
参考资料：1.物理化学实验教材 基础实验部分
2.《液体饱和蒸汽压和摩尔汽化热的测定》
3.《液体饱和蒸气压测定装置的改进与实验》 周进康 贵州教育学院学报
Abstract: In order to study the relationship between the liquid saturated vapor pressure and temperature and calculate an average molar heat of vaporization of the liquid according to the empirical equation that has been established, this experiment by measuring the boiling point under the different pressures to obtain the saturated vapor pressure in this temperature, and make corresponding curves to study the relationship between the two.