实验二 纯液体饱和蒸气压的测定

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pø(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:
2
ln vap m
H d p dT RT
∆= (1) 式中，R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度;Δvap H m 为在温度T 时纯液体的摩尔气化热。

假定Δvap H m 与温度无关，或因温度范围较小，Δvap H m 可以近似作为常数，积分上式，得:
1
ln vap m H p C R T
∆=-
+ (2)
其中C 为积分常数。

由此式可以看出，以lnp 对
1
T
作图，应为一直线，直线的斜率为vap m
H R
∆-
，由斜率可求算液体的Δvap H m 。

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3℃～5℃℃左右)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3～5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
3.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d p /d T 。

4.以lnp 对
1
T
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化热Δvap H m ，通过图求算出纯液体的正常沸点。

5. 验证楚顿规则（Trouton’s Rule ）：
1188--⋅⋅≈∆mol K J T H m
v 正常
【误差分析】
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：
m
v m
v V T H dT dp ∆∆= （气液平衡）
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
p
RT
g V l V g V V m m m m v =
≈-=∆)()()( 2
ln RT H dT p d m
v ∆=
2.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 (()(ln ln p c p p T T H H p
RT cRT H c RT
H
p -∆+∆±=∆∆∆∴-=∆+∆-
= 3.图解法求斜率θtg m =的误差
)
22()()()22(11ln ln 1
2121
2121
21
22
212h h h L L L m m H H m dm
H H d mR H h h h
L L L m m L L h h T T p p m -∆+-∆±=∆=∆∆∆=∆∆∴
=∆-∆+-∆±=∆∴
--=
--=
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？。