实验一 液体饱和蒸汽压的测定

一、实验目的

1、明确饱和蒸气压的定义，了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系和克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。

2、掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。作P-1/T直线，由直线的斜率求出液体的摩尔气化焓。

3、学会蒸气压的测量技术和压力计的使用。

二、实验原理

通常温度下(距离临界温度较远时)，密闭真空容器中的纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。恒压条件下蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为101.325kPa时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

单位物质的量的液体蒸发过程的焓变，即为该液体的摩尔气化焓。由热力学理论我们知道，液体饱和蒸气压随温度变化的定量关系，可由克劳修斯-克拉贝龙（Clausius-Clapeyron）方程给出：
            =
  式中:P——液体在温度T时的饱和蒸气压，

     R——气体常数，R＝8.314J·K^-1·mol^-1。
在温度较小的变化范围内，可视为与温度无关，积分上式可得：
          
   由上式可知，若以  对作图应得一直线，直线的斜率 由此得到:
    由实验测定几个不同温度下饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率m，根据上式即可求出。
    不同物质具有不同蒸汽压，有时相差很大，且大多数物质的蒸汽分子组成与其凝聚态不完全相同。另外，因为各组分挥发性的不同，所以测定中很难长时间地维持成分稳定，鉴于以上这些特点，特别是压力大小的不同，必须对蒸汽压采用多种测定方法，以保证测量的准确度，一般当压力大于130Pa时，采用直接测量法、相变法和气流携带法；当压力小于130Pa时，通常采用自由蒸发法、喷射法和克努森喷射——高温质谱仪联合法。

本实验采用静态法测定无水乙醇在不同温度下的饱和蒸气压。即在一定的温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内无杂质气体。为此用一个球管与一个U型管相连，构成了实验测定的装置，其外形如图1所示。

图1   等压计示意图

球a中盛有被测液体，故a称之为样品池，U 形管bc部分以被测液体作为封闭液，这一部分称为等压计。测定时先将a与b之间的空气抽净，然后从c的上方缓慢放入空气，使等压计b、c两端的液面平齐，且不再发生变化时，则ab之间的蒸气压即为此温度下被测液体的饱和蒸气压，因为此饱和蒸气压与c上方的压力相等，而c上方的压力可由压力计直接读出。温度则由恒温槽内的温度计直接读出，这样可得到一个温度下的饱和蒸气压数据。当升高温度时，因饱和蒸气压增大，故等压计内b液面逐渐下降，c液面逐渐上升。同样从c的上方再缓慢放入空气，以保持bc两液面的平齐，当恒温槽达到设定的温度且在bc 两液面平齐时，即可读出该温度下的饱和蒸气压。用同样的方法可测定其它温度下的饱和蒸气压。

三、实验装置

本实验的实验装置如图2所示。

图2  纯液体饱和蒸汽压测定装置图

  1. 搅拌器2.等压计.，3.冷凝管4.冷却水 5. 冷凝管2，6低压真空压力计7. 缓冲瓶，8. 进气活塞，9. 真空活塞 10. 11. 平衡活塞12. 水银温度计

四、实验步骤

1、向冷阱的杜瓦瓶内加入冰水。取下磨口活塞，用滴管向等压计内加入无水乙醇，再用吸耳球挤压进样品池内，使其中的无水乙醇约为样品池的五分之四即可，盖好磨口活塞。              
   2、接通等压计上部的冷凝水，将恒温槽的水温调节到20℃，打开低压真空压力计6的开关，由精密数字压力计读取当天的大气压。
  3、将真空泵接到进气活塞8上，关闭平衡活塞10，打开活塞9（在整个实验过程中活塞9始终处于打开状态，无需再动）。启动真空泵，打开进气活塞8使体系中的空气被抽出，同时将看到低压真空压力计6的读数发生变化。当等压计内的乙醇沸腾3-5分钟后，关闭进气活塞8和真空泵，旋转平衡活塞10使空气缓慢进入体系中，当等压计U型管两臂液面平齐时关闭平衡活塞10。若等压计液柱再变化，再旋转平衡活塞10使液面平齐，待液柱不再变化时，记下恒温槽温度和低压真空压力计6读数。若液柱始终变化，说明空气未被抽干净，应重新抽气。
  4、由上面的操作，得到了20℃时乙醇的饱和蒸气压。在该温度下，重复操作步骤3，再进行一次测定，若两次测定的结果相差不小于0.27 Kpa（即2 mmHg），即可进行下一步测定。注意：在第二次测定时，等压计内的乙醇可能被抽干，可以在抽气结束后，松开夹在冷凝管上的夹子，轻轻摇晃等压计，使样品池内的乙醇溅入等压计内，以保持等压计内有足够量的乙醇。
  5、调节恒温槽使水温升高4℃，在温度升高过程中，等压计内的液柱将发生变化，应经常旋转平衡活塞10，缓慢放入空气，使等压计的液面始终保持平齐。当温度达到24℃时，在液面平齐且不再发生变化的情况下，记下此时的温度和压力计6的读数。
  6、重复操作步骤5，测定28℃、32℃、36℃等不同实验温度的饱和蒸气压。
  7、实验结束后，打开平衡活塞10，使体系内外压力一致，将冷肼内的乙醇倒掉。
   五、实验数据记录及其处理

1.实验数据记录

2、作图，由图中直线的斜率求出乙醇在实验温度范围内的摩尔气化焓和正常沸点。

图像

直线的斜率m=

摩尔气化焓=Rm=

六思考题（四选三）    

1.试分析引起本实验误差的因素有哪些？

2.为什么AB弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？

3.本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？

4.为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵。

（附件内容只需打印即可，不必抄写在实验报告内。）

附录1：  DP—A精密数字压力计

该压力计对大气压进行实时显示，其工作原理与低压真空压力计类似。其使用方法如下：
  1、接通电源，按下电源开关，预热五分钟即可正常工作。
  2、“单位”键：当接通电源，初始状态为kPa指示灯亮，显示以kPa为计量单位的气压值；按一下“单位”键，mmHg指示灯亮，显示以mmHg为计量单位的气压值。
  3、仪器采用CPU进行非线性补偿，电网干扰脉冲可能会出现程序错误造成死机，此时应按“复位”键，程序从头开始。注意：一般情况下，不会出现此类错误，故平时不应按此键。
  4、当实验结束后，电源开关置于关闭位置。

附录2：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）抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使b管内液体快速蒸发。

3）实验过程中，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。

4）测定中，打开进气活塞时，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。

  5）在停止实验时，应该缓慢地先将三通活塞打开，使系统通大气，再使抽气泵通大气（防止泵中油倒灌），然后切断电源，最后关闭冷却水，使装置复原，温度计读数须作露点校正。

第二篇：饱和蒸汽压实验报告

北京理工大学

物理化学实验报告

液体饱和蒸气压测定

班级：09111101

实验日期：20##-5-21

一、  实验目的

1、测定乙酸乙酯在不同温度下的饱和蒸气压。

2、求出所测温度范围内乙酸乙酯的平均摩尔气化焓。

二、实验原理

在一定温度下，纯物质语气气相达到平衡时的蒸气压为纯物质的饱和蒸气压。纯物质的饱和蒸气压与温度有关。将气相视为理想气体时，对有气相的两相平衡（气-液、气-固），可用Clausius-Clapeyron方程表示为：

如果温度范围变化小可近似看做常数，对上式积分得：

由上式可知，与为直线关系：由实验测出p、T值，以对1/T作图得一直线，从直线斜率可求出所测温度范围内液体的平均摩尔气化焓。

本实验使用等压计来直接测定液体在不同温度下的饱和蒸气压。

等压计是由相互联通的三管组成。A管及B，C管下部为待测样品的液体，C管上部接冷凝管并与真空系统和压力计相通。将A，B管上部的空气驱除干净，使A，B管上部全部为待测样品的蒸气，则A，B管上部的蒸气压为待测样品的饱和蒸气压。当B，C两管的液面相平时，A，B管上部与C管上部压力相等。由压力计直接测出C管上部的压力，等于A，B管上部的压力，求得该温度下液体的饱和蒸气压。                                                

三、实验仪器及药剂  

数字式温差计、玻璃缸恒温槽、真空泵、缓冲罐、

等压计、大气压计、乙酸乙酯（分析纯）

图二  纯液体饱和蒸气压测量示意图

四、实验步骤

1、 熟悉实验仪器和装置，按上图所示组装仪器，水浴锅中去离子水不能低于刻度线，冷阱中加入冰水。

2、 打开三通阀使得真空泵接大气，打开真空泵电源。

3、 检漏：压力计上的冷凝管通冷却水。打开三通阀并通大气，打开真空泵。关阀1，开阀2、3，使系统同大气，待差压计示数稳定后按置零按钮，示数变为零。关阀3，真空泵与系统相通，缓慢开阀1，系统减压。当压力表读数为-40 ~-50kPa时，关阀1，封闭系统。观察压力表读数，如果压力表示数在5min中内基本不变或者变幅小于0,2kPa/min则可以判断系统没有漏气，否则系统漏气需要分段检查（此时不要打开恒温水浴锅的加热和搅拌装置，体系内气压对温度很敏感，这样很容易使得示数不稳定而不利于判断。）

实验现象：关阀3，缓慢开阀1后，系统负压增大。完全关闭阀1，封闭系统，压力表示数基本不变，体统没有漏气。

4、 往等压计C管中加入适量的乙酸乙酯液体，可以通过真空装置使得乙酸乙酯在A、B、C管中合适分布。等压计接口处涂抹真空脂，使之与球型冷凝管相接。等压计完全浸入水中。关闭阀3，打开阀1、2。一段时间后关闭阀1，打开阀3。

现象：关闭阀3，打开阀1、2之前，C管中有气泡冒出，关闭阀3，打开阀1、2之后，乙酸乙酯迅速进入A和B管。

5、 从大气压计读取此时大气压值为99.95kPa。调节数字式温差仪为35℃，开启搅拌器，使得玻璃缸中的水温均衡。

6、 关闭阀3，打开阀2，观察等温计的同时缓慢打开阀1，使系统减压抽气。除去等压计A管中液体内溶解的空气和等压计AB管间的空气。继续缓慢减压，使等压计A管中的液体气化，随空气一起逸出。关闭阀1.

实验现象：当阀1 开启过大时，液体剧烈，呈“沸腾”状，液体冲到球形冷凝管中。调节阀1 ，使A管中液体内溶解的空气和等压计AB管间的空气较平和的呈气泡状逸出。关闭阀1之后依然有气泡平和溢出。原因是缓冲罐与等压计之间存在稳定压差。

7、 抽气几分钟后，缓慢打开阀3，使空气进入系统。多次调节阀1、阀3的开闭，使得BC管中液面在同一水平面，从压力表上读取压力值。同样的方法，再次抽气，再调节等压计BC管液面达同一水平，读取压力值。直至两次的压力值相同或者相差很小，则表示等压计AB管上面的空间完全被乙酸乙酯的蒸汽充满。记录此温度下的压力值和温度。

实验现象：如果阀3打开过大，B液面上升，C页面下降，甚至C中空气进入B，这样需要重新抽真空。水浴温度在-0.03℃—0.13℃的温差范围内变动，温度增加压差减小。

8、 调节恒温水浴升高至第二个温度，与上一个温度间隔为1℃。同样的方法测定第二个温度下的压力值。重读操作，取八组数据。

9、 实验结束，再次读取大气压值为100.12kPa。使系统也大气相通，切断数字式温差仪，搅拌器，压力表电源，断开冷凝水。

10、 整理试验台。

五、实验数据处理

从图像可以看出，饱和蒸汽压与温度呈现正相关。

以ln(p/Pa)对1/(T/K)作图，从斜率求得乙酸乙酯平均摩尔气化焓及正常沸点。利用Oringin作图得到图像：

由数据得到:

 -4513

解得:

即 实验得到的乙酸乙酯的平均摩尔气化焓为37.5

当饱和蒸气压p为一个大气压时，此实验条件温度即为纯物质乙酸乙酯正常沸点。

令 p = 101.325×10³Pa   解得  T= 347.6K

即 实验测得乙酸乙酯的正常沸点为 347.6℃。理论数据值为350.4K。

相对误差=   

六、实验误差分析

 1、乙酸乙酯的平均摩尔气化焓与理论值存在偏差。

首先，实验原理的近似处理引入误差。该实验本身就采用了近似的方法，假设在实验温度范围内乙酸乙酯的焓不随温度发生改变；但实际上，摩尔气化焓是随温度发生变化的。

其次，水浴温度的不精确引入误差。实验采用恒温水浴缸，电热丝只是在水缸底部的外围上，即使是有搅拌器的搅拌也不能使得水缸中水的温度足够的均匀，从而引入误差。温度传感器所处的位置处温度和等压计处温度存在偏差。

再者，调节B、C管液面相平时存在误差，不能保证100%相平。

2、乙酸乙酯的正常沸点与理论值存在偏差。

沸点的温度比理论值稍小，可能的原因是乙酸乙酯中含有少量挥发性杂质。因为杂质蒸气压的存在，使得总压大于乙酸乙酯的饱和蒸气压。由蒸气压与温度的关系可知乙酸乙酯的沸点低于正常沸点。

七、思考题

1、实验装置中缓冲罐的作用是什么？

答：缓冲作用，通过压缩压缩罐内的压缩空气，缓冲系统的压力波动，使系统工作更平稳，它还可以起到保护罐前系统的作用，防止意外停泵造成真空泵的倒吸。加入缓冲罐之后再调节B、C液面高度是也能起到缓冲作用，便于较快调节至平衡。

2、为什么要将等压计中的空气驱除干净？如何判断等压计中空气已经被驱除干净？为什么要防止空气倒灌？

答：将等压计中的空气驱除干净后，AB管上部气体仅为乙酸乙酯的蒸气，AB管上部的压力才为乙酸乙酯在该温度下的饱和蒸气压。

当在球形冷凝管中看到液体回流时，说明等压计中的空气完全驱除干净。

如果空气倒灌，AB管上部气体不是纯乙酸乙酯蒸气，压力为乙酸乙酯在该温度下的饱和蒸气压以及倒灌进去空气的压力之和。此时需要重新抽真空。