1、实验二 纯液体饱和蒸气压的测定【目的要求】 1. 用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。 2. 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。 【预习要求】 1. 掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。 2. 了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。 3. 掌握水银温度计的露茎校正方法。 【实验原理】 在通常温度下(距离临界温度较远时 )，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。蒸发一摩尔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
2、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，这主要与分子的动能有关。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 p(101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: (1)2lnvapmHdTR式中，R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度; vapHm 为在温度 T 时纯液体的摩尔气化热。 假定 vapHm 与温度无关，或因温度范围较小， vapHm 可以近似作为常数，积分上式，得: (2)1lnvapmCRT其中 C 为积分常数。由此式可以看出，以
3、 lnp 对 作图，应为一直线，直线的斜率为，由斜率可求算液体的 vapHm。 vapmHR测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图 2-1 所示。 平衡管由 A 球和 U 型管 B、C 组成。平衡管上接一冷凝管 5，以橡皮管与压力计相连。A 内装待测液体，当 A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而 B 管与 C 管的液面处于同一水平时，则表示 B 管液面上的 (即 A 球液面上的蒸气压) 与加在 C 管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸
4、点。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。 【仪器试剂】 1.仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置 1 套; 放大镜(5)1 只; 直尺 1 把。 2.药品 蒸馏水; 环己烷（分析纯）或乙醇或乙酸乙酯。 【实验步骤】升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 图 1 纯液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞；10.安全瓶。1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A 球约 2/3 体积，B 和 C 球各
5、 1/2 体积，然后按图装妥各部分。 2.系统气密性检查 关闭活塞 8，旋转三通活塞 9 使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为 53kPa(40cmHg）时，关闭活塞 9，使系统与真空泵、大气皆不通。观察U 型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。 3.排除 AB 弯管空间内的空气 AB 弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压；另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高 35左右)
6、接通冷凝水，抽气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。 4.饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞 8 缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至 B 管、C 管中液面平齐，关闭活塞 8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低于 B 管的液面，须抽气，再调平齐） 。 然后，将恒温槽温度升高 10，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，应随时打开活塞 8 缓缓放入少量空
7、气，保持 C管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使 B、C 管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高 10，测定一次压差，总共测 35 个值。 【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 8 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。 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
8、9 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。 【数据处理】 1.数据记录表 大气压= kPa 室温 度U 型压差计h 左 /KPa h 右/KPa t 测 t 环 露茎高度 h2.数据处理表 露茎校正值 t/ T 实/310TKh/kPa p 测 /kPa lnp3.绘出被测液体的蒸气压-温度曲线，并求出指定温度下的温度系数 dp/dT。 4.以 lnp 对 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内被测液体的平均摩尔气1T化热 vapHm，通过图求算出纯液体的正常沸点。5. 验证楚顿规则（Troutons Rule）： 18molKJTHmv正 常【误
9、差分析】1.系统误差：克-克方程推导过程中引入了假设条件克拉贝龙方程： （气液平衡）mvVTdp假设：（1） 液相的体积跟气相比可以忽略不计（2） 气相可视为理想气体则 pRTgVlgVmmv )()(2lnHdTpv2.随机误差：压力和温度的测量都有随机误差，误差传递表达式为 )ln()(llnpcTHRcp3.图解法求斜率 的误差tgm )2()()2(1lnl 112112122 hLmHdRhLhTp则【思考问题】 1. 为什么 AB 弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌? 2. 何时读取 U 型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压? 3. 引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计?4. 本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？5. 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？
