液体饱和蒸气压的测定

1.       实验目的（要求）

(1) 掌握等压管测定液体饱和蒸气压的原理和方法。

(2) 了解蒸气压的概念和影响因素。

(3) 学会应用克－克方程，求得乙醇的摩尔气化热。

(4) 学会温度计露出校正方法。

2.       实验原理（概要）

在一定温度下，纯液体与其蒸气达到相平衡状态时的压力，称为该液体在此温度下的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与液体的本性及温度等因素有关，纯液体饱和蒸气压随温度上升而增加。根据热力学理论可以导出饱和蒸气压与温度的关系式，此式称克拉贝龙－克劳修斯方程，简称克－克方程。其微分式如下：

                                                                （S20-1）

式中p为纯液体饱和蒸气压，T为绝对温度，△_vapH_m为液体的摩尔气化热，R为通用气体常数。

当上述各物理量用SI制单位时，R ＝ 8.314 J?mol^－1?K^－1。

在一定外压下，纯液体与其蒸气达到气液平衡时的温度称为沸点。因此，克-克方程也表示纯液体的外压p与沸点T的关系。在101325 Pa的外压下，纯液体的沸点称为正常沸点。

纯液体的气化热随温度上升而降低。通常温度下，气化热随温度变化较小，在临界温度附近，气化热急剧下降。在临界温度时，纯物质气化热为零。

当远离临界温度，而且温度变化较小时，气化热△_vapH_m可视为常数。对式（S20－1）不定积分，得：

                                                   （S20-2）

式中，C为不定积分常数。由此式可知，ln p与1/T成直线关系。以1n p与1/T的实验值作图，应得直线，若直线斜率为m，则：

                            △_vapH_m ＝ - mR                                    （S20-3）

此△_vapH_m为实验温度范围内的平均摩尔气化热。

根据热力学推导，液体气化热与温度的关系式为：

                                         （S20-4）

式中，C_p,m（g）及C_p,m（l） 分别为纯物质饱和蒸气及饱和液体的恒压摩尔热容。如果此热容差与温度成直线关系，C_p,m（g）－C_p,m（l）＝ △a ＋ △bT ，则代入式（S20-4），可积分得气化热与温度的关系式如下：

                                         （S20－5）

式中△H₀，△a及△b均为常数。将式（S20－5）代入式（S20－1）进行不定积分，得：

                                 （S20－6）

式中A为不定积分常数，合并常数得：

                       1n p ＝ A ＋ BT^－1 ＋ C1nT ＋ DT           （S20－7）

根据实验测得不同温度T时的饱和蒸气压p，按最小二乘法可求出式（S20－7）中各常数A、B、C、D。根据式（S20－6）中各常数与式（S20－7）中各常数的对应关系可求得气化热与温度关系式为：

                  △_vapH_m ＝ － BR ＋ CRT ＋ DRT²                 （S20－8）

热容差与温度的关系式为：

                  C_p,m(g) － C_p,m(l) ＝ CR ＋ 2DRT                    （S20－9）

本实验采用等压管法测定乙醇的蒸气压。等压管如图S20－1所示。在管a处装有乙醇，其上方为乙醇蒸气和空气。如在管b中气相为纯乙醇蒸气，具有实验温度下的饱和蒸气压，液体乙醇与管a相通。当改变图S20－1中P_外，使管a、b中的液面相平时，乙醇的饱和蒸气压p^* 和等压管外的压力P_外相等，p^* ＝ P_外。如用水银压差计测量P_外，则

P_外＝ P_大气- P_h

式中P_h为压差计上左右水银柱的高度差所代表的压力差， P_大气为外界的大气压力。所以：

p^*＝P_大气－P_h                     （S20-10）

3.       实验操作过程概述

1. 将洗净烘干的等压管a、b处各装入适量的无水乙醇。将管b放入管a中，注意勿使空气进入管b。

2. 装好等压管，打开通入冷凝器3的冷却水。检查好管线后启动真空泵，转动考克10，使真空泵接通装置。当U型压差计上汞高差达600 mm左右时，转动考克10，使真空泵接通大气并隔绝装置，停止真空泵。检查系统真空度是否稳定。若一分钟内水银面变化小于1 mm，可认为系统不漏气，可进行实验。如果真空度下降较快，说明系统漏气。要检查系统的漏气位置，进行处理后，重新试漏。

3. 启动真空泵，接通装置，使等压管a内不断有气泡冒出（此时压差计上水银柱差为700 mm左右）。转动考克10，切断系统，把真空泵通大气，然后停泵。管b内乙醇仍不断气化，乙醇蒸气带着b管中的空气冒出。排气3—5分钟，管b处的空气基本排净。上述赶空气过程需在水浴温度为25℃左右时进行。温度太低，可先升温至此温度。

4. 启动恒温槽搅拌器、电子继电器及电加热器，调节恒温槽温度至30.0℃。此步可与上步试漏同时进行。把手指堵在进气口上，打开考克9，慢慢放入空气，使管b液面逐渐下降，当等压管b和a内液面相平时，记下精密温度计读数T和辅助温度计读数T_s及压差计读数，同时记下精密温度计水银柱露出水面部分温度示值n（不作温度计露出校正时，可不记T_s及n）。

5. 升高恒温槽温度，每隔5℃重复步骤4，测定蒸气压。测完70.0℃蒸气压后，再测乙醇在常压下的沸点（即饱和蒸气压等于实验时大气压力的温度）。在实验过程中，随水浴温度升高，要移动辅助温度计，使其水银球位于精密温度计露出水面的水银柱中部。实验过程中要保持等压管全部浸没于水浴中。实验开始和结束时各读取大气压一次（大气压力计使用方法见第三章大气压力计部分），取平均值。

实验完毕，切断电源，关闭冷却水。

实验过程记录

1.       实验仪器及试剂（包括试剂等级，仪器、装置型号及编号）

仪器：饱和蒸汽压测定装置

药品：无水乙醇（AR）。

2.       实验过程记录及处理结果

温度计浸入部分温度读数

实验结果记录：

实验结果：

思考题及建议

1. 如果要判断等压管b处空气是否排净，应如何检查?

在初次测量时，重复测量两次蒸汽压，两次相差较小可认为系统中无空气。

2. 在实验过程中为什么要防止管b中进入空气? 若有空气进入则测得结果将有什么样的变化?

在改造的系统中，已经解决了空气倒灌的问题。实验过程的任何操作不可能导致空气进入系统。

3. 对恒温槽的温度涨落有什么要求? 在实验操作中放空气、读数据时应如何适应此涨落?

液体在气化室吸热，会导致系统温度下降，放入空气后等待片刻可以保证系统达到平衡，在改造的系统中，实际上不必等待系统传热平衡，直接读取温度及平衡压力即可。

4. 由于气候条件不同，在不同大气压力下测出的液体蒸气压数据相同吗? 实验过程中大气压力的变化对实验结果有影响吗?

液体的饱和蒸汽压不会随着气候改变，若测量系统与环境压差，则环境压力改变会导致蒸汽压计算结果改变，若测定绝压（以真空定压力零点），则气压变化对结果无影响。

5. 大气压力计铜标尺的零点在何处? 水银柱上方空间含有一定气体，将对大气压力测定产生怎样的误差?

系统已经改变，不再采用水银压力计。

6. 在本实验中大气压力计读数是否要作温度校正？水银压差计的压差读数是否也要进行温度校正？

本实验采用电子压力计，无需作温度校正。

7. 结合溶液、相平衡知识，试分析当乙醇不纯，若含有甲醇、凡士林或水时，对测得蒸气压数据会引入正的还是负的误差?

根据Henry定律，甲醇将对蒸汽压产生正偏差，凡士林或水对蒸汽压产生负偏差。

试做说明

1、  实验装置泄漏严重，实验时真空泵处于开启状态。

2、  温度计及压力计均未作定值校正，结果可靠性不高。

第二篇：二、乙醇饱和蒸汽压的实验报告

   物 理 化 学 实 验 报 告

实  验  名  称：     液体饱和蒸气压的测定      

                                                

学          院：       化学工程学院             

专          业：       化学工程与工艺          

班          级：                                

姓          名：       学  号：                

指  导  教  师：                                

日          期：                                

一、实验目的

1、掌握用等位计测定乙醇在不同温度下的饱和蒸汽压。

2、学会用图解法求乙醇在实验温度范围内的平均摩尔蒸发焓与正常沸点。

二、实验原理

1、纯物质的蒸气压随温度的变化可用克拉贝龙方程来表示：

       dp/dT =△vapHm /T△V_m       （1）

将（1）式积分得克劳修斯-克拉贝龙方程：

       ㏑(P/Pa) = (-△vapHm /R)×(1/T)+ C   （2）

由（2）式可见，实验测定不同温度T下的饱和蒸气压p，以ln（p/[p]）对1/T作图，得一直线，求得直线的斜率m和截距C，则乙醇的平均摩尔蒸发焓为：         

       △vapHm =-m×R×[△H]/[R]   (3)

3、习惯上把液体的蒸气压等于101.325kPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点，由（2）式还可以求乙醇的正常沸点。本实验采用静态法直接测定乙醇在一定温度下的蒸气压。

三、实验仪器与试剂

1、主要仪器：DPCY-2型饱和蒸汽压教学实验仪一套，HK-1D型恒温水槽一套，WYB-1型真空稳压包一个，稳压瓶一个，安全瓶一个。

2、主要试剂：无水乙醇（A.R）。

四、实验装置图

DPCY-2C型饱和蒸气压教学实验仪面板

五、实验步骤

1、读取并记录下室温和大气压。

2、装样：从加样口加2/3体积的无水乙醇,并在U型管内装入一定体积的无水乙醇.

3、教学实验仪置零：打开教学实验仪电源,预热5分钟,选择开关打到kPa,按下板上的置零键，显示值为00.00数值。

4、系统气密性检查：除真空泵前的安全活塞通大气外，其余活塞都关上，抽真空4~5分钟，关闭三通活塞，若数字压力计上的数字基本不变，表明系统不漏气，可进行下步实验否则应逐段检查，消除漏气因素。

5、排除球管上方空间内空气：用WYB-1型真空稳压包控制抽气速度，抽气减压气泡逸出的速度以一个一个地溢出为宜至液体轻微沸腾3~5分钟，压力显示约-94kPa。

6、饱和蒸汽压的测定：旋转稳压瓶上的直通活塞H，缓缓放入空气，直至B、C管中液面平齐，关闭H，记录温度与压力。再将恒温槽升高5℃，当待测液再次沸腾，再放入空气使B、C液面再次平齐，记录温度和压力。依次测5个值。

7、结束实验：实验结束后再读一次大气压。关闭电源，打开真空稳压包上中间阀门，将体系放入空气，待等位计内乙醇冷却后，关掉冷凝器的冷却水。整理好仪器装置，但不要拆装置。

六、数据记录与处理

室温：  14℃  ；

大气压（实验前）：  101.14 kPa  ， 大气压（实验后）： 101.18 kPa  ；

大气压（平均值）：  101.16 kPa  。

表6-1 不同温度下乙醇的蒸气压

2、以㏑(P/kPa)—1/（T/K）×10³作图，

          6-2、乙醇的温度-蒸气压关系图

由图6-2可知，直线的斜率m为-4.29671，截距为16.74055。

所以-△vapHm /R= -4.29671，即得△vapHm =35.73kJ·mol^-1

3、当液体的蒸气压为101.325 kPa时，代入一次性函数

㏑(P/KPa) = (-△_vapH_m/R)×(1/T_b*10^3)+ C，

即㏑101.325 = -4.29671×(1/T*10^3) +16.74055，

得：T_b = 354.45K ，即t_b=81.30℃

4、误差分析 ：

△vapHm的相对误差=|（35.73-42.59）/42.59︳=0.1611

T的相对误差=|（78.4-81.30）/78.4|=0.0370

七、注意事项

1、抽真空前后，与真空泵连接的安全瓶，都要通大气。抽真空只要一次，第一次抽真空就要压力显示大约为-94kPa;

2、严格控制抽真空速度，不可过快。观察U型管气泡不要成串。

3、第一次液体要沸腾，但不能爆沸，之后的每一次改变温度不需要沸腾，每次记录压力时应使液面平齐后再等2～3min再读数。

4、实验结束后，一定要用真空稳压包上中间阀门缓慢通大气，防止封闭液过多流入球内。

八、结果与讨论

1、U型管中的乙醇液体，由于挥发等作用，其量偏少，使的实验时的真空度读数偏小，从而影响实验结果，造成数据的误差。

2、本次实验，测得的乙醇饱和蒸汽压与理论值相比，是比较偏小的，造成误差的主要原因是操作的准确性、仪器气密性等；而测得的乙醇沸点也是偏高的，造成此误差的原因主要来自操作准确性、数据拟合等。