实验三 纯液体饱和蒸气压的测定
1 目的要求
（1）明确气液两相平衡的概念和液体饱和蒸气压的定义，了解纯液体饱和蒸气压与温度
之间的关系。
（2）测定环己烷在不同温度下的饱和蒸气压，并求在实验温度范围内的平均摩尔汽化热。
（3）熟悉和掌握真空泵、恒温槽和气压计的构造和使用。
2 基本原理
（1）饱和蒸气压、正常沸点和平均汽化热：液体在密闭的真空容器中蒸发，当液体上方蒸汽的浓度不变时，即气液两相平衡时的压力，称为饱和蒸气压或液体的蒸汽压。当液体的饱和蒸气压与大气压相等时，液体就会沸腾，此时的温度就叫该液体的正常沸点。而液体在其它各压力下的沸腾温度称为沸点。
当纯液体与其蒸汽之间建立平衡
X (l) 
X (g) (p,T) (2.3.1)
热力学上可以证明，平衡时p与T有如下关系：
(2.3.2)
式中 dp 和 dT 表示由纯物质组成的两相始终呈平衡的体系中 p 和 T 的无限小变化；而△S 和△V 系指在恒定的 p 和 T 下由一相转变到另一相时 S 和 V 的变化。因相变(2.3.1)是恒温恒压可逆过程，△G为零，故△S可用△H／T代替
（2.3.3）
式(2.3.2)和式(2.3.3)均称为克拉贝龙(Clapeyron)方程式。
当在讨论蒸气压小于101.325kPa 范围内的气液平衡时，可以引进两个合理的假设：一是液-体的摩尔体积Vl与气体的摩尔体积Vg相比可略而不计，则△V ＝Vg；二是蒸气可看成是理想气体，则△Hv与温度无关，在实验温度范围内可视为常数。由此得到
(2.3.4)
式(2.3.4)不定积分后得克劳修斯—克拉贝龙(ClausiusClapeyron)方程式
(2.3.5)
式中，p为液体在温度T(K)时的饱和蒸气压，C为积分常数。
实验测得各温度下的饱和蒸气压后，以lgp对1／T作图，可得一直线，其斜率m为
(2.3.6)
由此即可求得平均摩尔汽化热△Hv。
(2) 测定饱和蒸气压的方法：测定饱和蒸气压的方法主要有：
①静态法：在一定温度下，直接测量饱和蒸气压。此法适用于具有较大蒸汽压的液体。 ②动态法：测量沸点随施加的外压力而变化的一种方法。液体上方的总压力可调，而且用一个大容器的缓冲瓶维持给定值， 汞压力计测量压力值，加热液体待沸腾时测量其温度。
③饱和气流法：在一定温度和压力下，用干燥气体缓慢地通过被测纯液体，使气流为该液体的蒸汽所饱和。用吸收法测量蒸汽量，进而计算出蒸汽分压，此即该温度下被测纯液体的饱和蒸气压。该法适用于蒸汽压较小的液体。
本实验采用静态法测定环己烷在不同温度下的饱和蒸气压。所用仪器是等压计(也叫等位计)，如图2.3.1所示。
图2.3.1纯液体饱和蒸气压测定装置示意图
1.U型水银压力计 2.等压计左支管 3.等压计中管
4.等压计右支管 5.温度计 6.缓冲瓶
管4中盛待测液体，本实验为环己烷，2、3管中液体可以认为是管4中液体蒸发后冷凝而成，当然与管2中是同一种纯液体。管2、3之间的这部分液体具有两方面作用：一是隔绝空气浸入管2与管4之间的气体空间，当该空间只有被测纯物质气体所充满时，气液达平衡，此时气相所具有的压力才是饱和蒸气压；另一个作用是用作测量的标度，当管2与管4之间气体部分纯粹是被测物质的蒸气时，调节管3上面压力使管3与管2液面处于同一水平面，此时管3上面的压力与饱和蒸气压相等，通过测定此时管3上面的压力就可以达到测定饱和蒸气压的目的。平衡管3上面与系统连接，系统压力由开口水银U形压力计测定，由压力计读出压力差△h， 则系统内的压力可由下式求得
p = p0 -△hρg (2.3.7)式(2.3.8)中p0为大气压(Pa)，ρ为水银密度（13.6 kg﹒m-3），g为重力加速度，其值为9.80665 m﹒s-2。
3 仪器 药品
饱和蒸汽压测定成套装置； 环己烷(分析纯)
4 实验步骤
(1) 装样：将等压计内装入适量环己烷。
(2) 检漏：首先转动缓冲瓶上的三通活塞，使真空泵与大气相通，插上电源插头，泵开始工作后，再转动三通活塞使泵与系统相通，将体系内空气抽出。系统压力逐渐降低，抽至U形压力计压力差约6700Pa(相当于△h约500mmHg)，转动三通活塞使系统与大气及泵隔绝，而让泵与大气相通。观察U形压力计内水银面是否有变动，若无变化就表示系统不漏气，可以停泵进行下面的实验操作；若有变化，则说明漏气，应仔细检查各接口处，漏气处重新密封，直至不漏气为止。
本实验用精密压力差测量仪代替U形管压力计。
(3) 驱赶空气：首先接通冷凝水， 然后缓慢加热水浴，同时开启搅拌器匀速搅拌，其目的是使等压计内外温度平衡。随着温度升高，管4中的液体逐渐被增大的蒸气压压入管3中(见图2.3.1)，并开始有)气泡由管4向管3放出，气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地冲出，为此可用进气活塞(三通活塞)来加以调节，也可以通过调节电加热器功率来控制。不过，用活塞调节易于控制，调节效果迅速，但必须细心操作，严防进气速度过快致使系统空气倒灌入管4中；为了使系统压力增加或减少速度能缓慢进行，可将三通活塞中与大气相通的口拉成毛细管状 ，如图2.3.2所示。
图2.3.2 三通活塞工作状态示意图
1、接系统 2通大气 3接真空泵
调节电加热器功率虽也可以达到控制的目的，但由于热扩散滞后现象，对初学者，操作起来易出现超调。将两种方法结合使用效果最佳。管2和管4上面的压力开始时包括两部分：一是环己烷的蒸气压，二是一部分空气的压力。在测定时必须将其中的空气驱赶干净后，才能保证该液面上的压力纯粹为环己烷的蒸气压，否则所测得的将是空气与环己烷蒸气的混合压力。为此可用下述方法将其中的空气排净：按上述方法控制，使管2、4之间的空气不断随环己烷蒸气经管3逸出，如此保持2min以上，根据经验可知残留的空气分压已降至实验误差以下，不影响测试结果，可认为已排净空气。如想确切知道空气是否完全排净，可用下法加以验证（实验操作时该步骤可免做)。
恒定某一温度，保持上述排气状态1min～2min后，通过进气活塞调节，使管3、4液面在同一水平面上，记下此时U形水银压力计两水银柱压力差△h′，然后再重新保持排气1min～2min)，按同样的方法再读一次U形水银压力计压差△h＂，重新操作，直至邻近两次所读压力,差相差无几［ 不大于±67Pa(±0.5mmHg)］，即表示管2、4间空气完全排净。
（3） 测定：管4上 面空气排净后即可进行测定。缓慢加热水浴，保证匀速搅拌，当温度上升到所需温度时停止加热，待温度变化较慢时(因热传递滞后，停止加热后水浴温度还要继续上升，当升至最高温度时，温度变化最慢，蒸气压变化最小，管4和管2液面变化最小，读取数据准确、方便)，调节进气活塞使2、3管液面处在同一水平面，立即记下温度和压力计读数。在调节进气活塞时切不可太快，以免空气倒灌入管4上方。如果发生空气倒灌，则需要重新驱赶空气。测完第一个温度点的蒸汽压后，开通加热器，重复上述操作，依次测10个～12个温度点的数据。低温区(313K以下)，每次升高4K～5K测1次；高于313K，每次升高2K～3K测1次。
实验完毕后，关闭所有电源，将体系放入空气，整理好仪器装置，但不要拆装置。
另外，也可以沿温度降低方向测定。温度降低，环己烷饱和蒸气压减小。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。降温的方法可用在烧杯中加冷水的方法来达到。其它操作与上面相同。
5 数据处理
实验所测数据记录的参考格式如下：
实验数据
室温 K 大气压 Pa
(1)温度读数的校正公式：
T校=T+1.64×10-4(T-T′)(T- T2)K (2.3.9)
式中：T校——校正后温度(K)；
T—— 实测温度(K)；
T′——温度计在液面处读数(K)；
T2——用来温度校正用的辅助温度计读数(K)，辅助温度计水银球应在测量温度计露出水面部分水银柱中间处。
(2)液体蒸气压的计算：对本实验所用的开口U形水银压力计，可利用式(2.3.7)计算每个温度点环己烷的饱和蒸气压p。
如果所使用的是闭口压力计，则：p =△hρg (2.3.10)
式中：p为液体蒸气压(Pa)，△h为闭口压力计两支汞柱差(m)，ρ，g物理意义同式(2.3.7)。
(3)作lgp～1/T图，求△Hv及正常沸点：以lgp对1/T作图，从所得直线图中求出斜率m，利用式(2.3.6)可计算出在本实验温度区间环己烷的平均摩尔汽化热△Hv
正常沸点的求得有两种方法：
①计算法：将已求得的△Hv值代回式(2.3.6)，利用该式及实验数据计算出C值，再将C值代回式(2.3.6)，以p=101.325kPa之值代入此式，即可计算得到正常沸点T正常。
②作图法：利用所作的lgp～1/T直线图外推至lgp=lg1.001325×105处，从图中查出对
应的1/T值，从而求得T正常。
(4) 结果要求及文献值：
①结果要求：所作图表符合规范，实验所得lgp～1/T图的线性关系良好。由此求出的平均摩尔汽化热的相对误差应在3%以内，正常沸点为353.7K±1K。
②文献值：环己烷在30 8.2K～353.2K范围内蒸气压为
表2.3.1环己烷在30 8.2K～353.2K范围内蒸气压
按上述文献值中的p和T值用最小二乘法处理 ，得此温度区间平均摩尔汽化热
△Hv=32.06kJ﹒mol-1。
6 注意事项
(1) 真空泵在开启或停止时，应当使泵与大气相通，尤其是在抽好气之后停止之时，因
系统内压力低，以防油泵中的油倒流。
(2) 本实验真空系统几乎全由玻璃器具构成，其中还有水银压力计，又共用同一个真空
泵，实验中特别要细心，认真按正确的操作方法进行实验。
(3) 升温、降温时要随时注意调节进气活塞，使 系统压力与饱和蒸气压基本相等，这样才
能保证不发生剧烈沸腾，也不致于空气倒灌入管4 和管2中。
(4) 本实验关键在于：当管3、4中液面平齐时立即读数，这时既要读沸点温 度，还要读(辅助温度计温度，同时还要读出U形压力计两支水银柱高度，并且要及时调节升温变压器。因此，同组人员必须注意力集中，还要配合密切，严防实验事故的发生。
7 思考题
(1) 在停止抽气时，若先拔掉电源插头会有什么情况出现?
(1) 本实验主要误差来源是什么?
(2) 本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压?为什么?
(3) 在实验过程中若放入空气过多，会出现什么情况?为什么一旦开始实验 ，空气就不能再
进入管2和管4的上方?
(4) 缓冲瓶有什么作用?
(5) 汽化热与温度有无关系?
(7) 克劳修斯—克拉贝龙方程在什么条件下才能用?
第二篇：物理化学实验 饱和蒸汽压的测定
ln pT3.29340.43.54346.633.73351.573.89355.134.02358.574.15361.774.28365.134.35367.02
ln p
T1/Tln p3.29340.40.0029383.54346.630.0028853.73351.570.0028443.89355.130.0028164.02358.570.0027894.15361.770.0027644.28365.130.0027394.35367.020.0027254.44368.770.0027124.51370.60.0026984.61
3730.0026813.293.543.733.894.024.154.284.354.444.514.61
4.44
368.774.51370.64.61373
