纯液体饱和蒸汽压的测定——静态法(华南师范大学物化实验)
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实验一液体饱和蒸气压的测定——静态法一、实验原理1.饱和蒸气压的概念在一定温度下,液体表面上的蒸气与液体之间的相互作用力达到动态平衡时,蒸气所对应的压强称为饱和蒸气压,它与温度有关。
同一液体,在不同温度下,饱和蒸气压不同,而且饱和蒸气压随温度升高而增大。
静态法是测定饱和蒸气压最简单、最直观的一种方法。
它的基本思想是将待测液体装入恒温恒压的容器中,在一定温度下,使液体蒸发到一定的蒸气压下,使得蒸发和凝结状态达到动态平衡,此时蒸气压等于液体的饱和蒸气压。
再通过实验测量,在动态平衡时的压强值即为液体的饱和蒸气压。
3.手动模型为了方便掌握实验的基本原理和进一步理解实验结果的正确性,可以采用手动模型。
在一个关闭的容器中装入待测液体,静置一段时间后打开盖子,如外界气压较低,则部分液体从容器中蒸发,蒸发的液体在容器内形成一定压强。
此时,该液体的饱和蒸气压即为动态平衡的压强值。
若待测液体在实验条件下不发生微粒飞溅,蒸气压的大小只与液体种类、温度有关,与容器的大小、形状、材料无关。
二、实验设备和试剂1.实验设备:(1)恒温恒压容器(图1五);(2)橡胶塞(图1三);(3)小型毛玻璃工具(图1六);(4)真空泵;(5)压力表。
2.实验试剂:丙酮、苯酚、二甲苯、无水硫酸三、实验步骤和记录数据(1)将恒温恒压容器和小型毛玻璃工具用无水硫酸洗净,并晾干备用(图1五,六)。
(2)将试管或小烧杯中的液体转移至恒温恒压容器中,并充分抖匀(图1一)。
(3)将容器口处放一枚透气性好的橡皮塞(图1三)。
(4)将容器放入恒温恒湿器中,调节恒温恒湿器内的温度,待温度稳定后开始实验。
注意:容器填充液体的高度不得超过容器高度的1/3至1/2,避免液体中微粒飞溅。
(1)将试验设备和试验室的压强调节至相同的状态。
(2)调节恒温恒压容器中的温度,待温度恒定后,手动或用真空泵将容器内的气体排净,并轻轻将管子从橡胶塞上抽出,使容器内形成较高的负压状态(图1二)。
华南师范大学实验报告学生姓名学号___ ___专业___ 化学(师范)__ 年级、班级___ ____课程名称___ 物理化学实验____ 实验项目饱和蒸汽压的测定实验类型□验证□设计□综合实验时间_ 2013 _ 年 11 月 19 日实验指导老师_____李国良老师_ 实验评分【实验目的】1.明确纯液体饱和蒸汽压和蒸汽压的概念及其与温度的关系,加深对劳修斯-克拉贝龙方程式的理解。
2.掌握静态法测定纯液体饱和蒸汽压的原理及方法,并学会用图解法求纯液体的平均并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。
3.了解数字式低真空侧压仪=,熟悉常用的气压计的使用及校正的方法,初步掌握真空实验技术。
【实验原理】在封闭体系中,当液相的蒸发速度与相应气相的凝聚速度相等时,体系达到动态平衡,此时的蒸气压为该温度下的饱和蒸气压,液体的饱和蒸气压等于外压时的温度为液体的沸点,因此沸点是随外压变化的,当外压为101.325KPa时,称之为正常沸点。
每蒸发1mol液体所需的热量称该温度下的摩尔汽化热。
克拉贝龙-克劳修斯方程描述了饱和蒸气压,温度与摩尔汽化热之间的关系:d d vap mln p THRT =∆2式中,T为热力学温度,K;p为纯液体在温度T时的饱和蒸汽压,Pa;R为摩尔气体常数,8.314J/(mol·K);△vap H m为纯液体在在温度为T时的摩尔汽化热,J/mol。
它是克拉贝龙方程式的简化形式,可以根据该式测定液体的饱和蒸气压。
饱和蒸汽压是液体工质最基本的物性参数之一, 是化工、生产、科研、设计过程中的重要基础数据,所以掌握通常测量饱和蒸气压的方法具有很大的实际意义。
液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种:静态法,动态法和饱和气流法。
动态法是指在不同外界压力下, 测定液体的沸点, 又称沸点法。
动态法与其它两种方法相比具有操作简单,结果比较准确的优点,适用于蒸气压不太高的液体。
本实验采用动态法来测量水的饱和蒸气压,并由此得到水的正常沸点和摩尔汽化热。
静态法测定液体的饱和蒸气压一、实验目的1. 掌握用静态法测定液体在不同温度下蒸气压的方法,并通过实验求出在所测温度范围内的平均摩尔气化热。
2.掌握真空泵和恒温槽的使用方法。
3.掌握福廷式大气压计的使用方法。
二、实验原理在一定温度下,与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压。
密闭于真空容器中的液体,在某一温度下,有动能较大的分子从液相跑到气相;也有动能较小的分子由气相碰回液相。
当二者的速率相等时,就达到了动态平衡,气相中的蒸气密度不再改变,因而有一定的饱和蒸气压。
液体的蒸气压是随温度而改变的,当温度升高时,有更多的高动能的分子能够由液面逸出,因而蒸气压增大;反之,温度降低时,则蒸气压减小。
当蒸气压外界压力相等时,液体便沸腾。
我们把外压为 P液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯一克拉贝龙方程式dlnp/dt=Δvap H m/RT2式中: p 为液体在温度T时的饱和蒸气压:T为绝对温度;ΔvapHm 为液体摩尔气化热(J.mol-1);R为气体常数即8.314 J.m01-1.K-l。
在温度较小的变化范围内,ΔvapHm可视为常数,积分上式可得:lnp=-Δvap H m/RT+B’由此可知,若将lnp 对1/T作图应得一直线,斜率为负值。
直线斜率m=-Δvap H m/R ΔvapHm=-Rm本实验是在不同温度下测定乙醇的蒸气压,通常用等压计进行测量。
U型管等压计如图所示,I 球内储存液体,Ⅱ、Ⅲ管之间由U型管相连通。
当II、Ⅲ间U型管中的液体在同一水平时,表示 I、III管间空间的液体蒸气压恰与管II上方的体系压力相等;记下此时的温度和压力值,即为该温度下的蒸气压。
三、仪器设备精密数字压力计:于台;玻璃U型等压计:一支;不锈钢稳压包:一只;真空泵:一台;玻璃水浴:一套。
四、仪器的安装及调试1.如图连接实验装置。
2.精密数字压力计的使用:(1)预热:按下开关,通电预热半小时后方可进行实验,否则将影响实验精度。
实验四 纯液体饱和蒸汽压的测定一、实验目的1. 掌握用静态法测定乙醇在不同温度下的饱和蒸汽压。
2. 学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热与正常沸点。
二、实验原理在一定温度下,与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力,称为饱和蒸气压这里的平衡状态是指动态平衡。
在某一温度下,被测液体处于密闭真空容器中,液体分子从表面逃逸而成蒸气,蒸气分子又会因碰撞而凝结成液相,当两者的速率相同时,就达到了动态平衡,此时气相中的蒸气密度不再改变,因而具有一定的饱和蒸气压。
当液体处于沸腾状态时,其上方的压力即为其饱和蒸气压。
温度不同,分子从液体逃逸的速度不同,因此饱和蒸气压不同。
饱和蒸气压与温度的关系可用克-克方程来表示:2ln{p }vap m H d dT RT *∆= (2-1) 式中 p *——液体在温度T 时的饱和蒸气压,Pa ;T ——热力学温度,K ; Δvap H m ——液体的摩尔汽化热,J ·mol -1;R ——摩尔气体常,8.314 K -1·mol -1。
如果温度的变化范围不大,Δvap H m 视为常数,可当作平均摩尔汽化热。
对式(2-1)进行积分得:ln vap mH p C RT *-∆=+ (2-2)式中c 为积分常数,此数与压力p *的单位有关。
此式表示在一定温度范围内,液体饱和蒸气压的对数值与温度的倒数成正比。
如果测定出液体在各温度下的饱和蒸气压,以 lnp * 对 1/T 作图,可得一条直线,根据直线斜率可求出液体的平均摩尔汽化热。
当外压为101.325kPa 时,液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正常沸点。
在图中,将该直线外推到压力为常压时的温度,即为液体的正常沸点。
测定液体饱和蒸气压的方法有三种,分别为动态法、静态法和饱和气流法。
动态法是指在连续改变体系压力的同时测定随之改变的沸点;静态法是指在密闭体系中改变温度而直接测定液体上方气相的压力;饱和气流法是在一定的液体温度下,采用惰性气体流过液体,使气体被液体所饱和,测定流出的气体所带的液体物质的量而求出其饱和蒸气压。
液体饱和蒸气压的测定-静态法液体饱和蒸气压的测定是化学和物理领域中非常重要的实验方法之一,其对于工业生产、气体吸收和分离等领域具有至关重要的意义。
静态法是一种常用的测定液体饱和蒸气压的方法,其主要原理是通过测量液体在不同压力下的沸点来计算其蒸气压。
以下是关于静态法测定液体饱和蒸气压的详细介绍。
一、实验原理静态法是一种通过对比液体在不同压力下的沸点来计算其饱和蒸气压的方法。
在一定的温度下,液体会产生蒸气,随着压力的增加,液体的沸点会升高,而蒸气压则会降低。
因此,通过测量液体在不同压力下的沸点,可以确定其饱和蒸气压。
二、实验步骤1.准备实验器材和试剂。
需要准备的器材包括恒温水浴、压力计、温度计、接收瓶、搅拌器、胶管、注射器等。
试剂需要根据实验的需要而定,一般需要使用待测液体、惰性溶剂(如苯)以及连接胶管和注射器的硅酮橡胶密封件。
2.将恒温水浴加热到待测液体预计的沸点以上,同时将压力计和温度计连接到接收瓶上,并将其放置在恒温水浴中。
3.使用注射器抽取待测液体,并将其注入到惰性溶剂中。
在注入过程中,需要控制注射器的速度,以便使液体能够缓慢地释放到溶剂中。
4.将硅酮橡胶密封件安装在连接胶管和注射器的接口上,然后将接口连接到接收瓶上。
此时,需要确保接口处不漏气。
5.开启搅拌器,使待测液体和溶剂充分混合。
然后,将压力调整到预定值,并开始记录温度。
6.当温度达到预定值时,记录压力计和温度计的读数。
然后,将温度调整到下一个预定值,并重复上述步骤,直到获得足够的数据点。
7.将获得的数据点绘制成沸点与压力的关系图。
该图可以用来确定液体的饱和蒸气压。
三、实验注意事项1.在实验过程中,需要确保恒温水浴的温度稳定,并且压力计和温度计的读数准确可靠。
2.在注入待测液体的过程中,需要注意控制注射器的速度,以便使液体能够缓慢地释放到溶剂中。
3.在连接硅酮橡胶密封件时,需要确保其安装正确,并且接口处不漏气。
4.在绘制沸点与压力的关系图时,需要使用正确的数学模型来拟合数据点,并确定液体的饱和蒸气压。
液体饱和蒸汽压的测定-实验报告液体饱和蒸汽压的测定实验报告一、实验目的1、明确液体饱和蒸汽压的定义及其实用意义。
2、掌握静态法测定液体饱和蒸汽压的原理和方法。
3、学会使用气压计和恒温槽等实验仪器。
4、通过实验数据处理,求得所测液体在不同温度下的饱和蒸汽压,并绘制出蒸气压温度曲线,计算出液体的平均摩尔汽化热。
二、实验原理在一定温度下,液体与其蒸汽达到平衡时的压力称为该温度下液体的饱和蒸汽压。
当液体的蒸汽压与外界压力相等时,液体便沸腾。
静态法测定液体饱和蒸汽压是在一定温度下,直接测量处于平衡状态时的蒸汽压力。
假设被测量液体的蒸汽压为 p,实验装置中所加的外压为 p 外,当 p = p 外时,液体发生沸腾。
此时,外压 p 外的大小就等于液体的饱和蒸汽压 p。
克劳修斯克拉贝龙方程表示了液体饱和蒸汽压与温度的关系:ln(p/p) =ΔvapHm/(R·T) + C其中,p 为液体在温度 T 时的饱和蒸汽压,p为标准大气压,ΔvapHm 为液体的摩尔汽化热,R 为摩尔气体常数,T 为热力学温度,C 为积分常数。
通过测定不同温度下液体的饱和蒸汽压,并以 ln(p/p) 对 1/T 作图,可得一直线,其斜率为ΔvapHm/(R),从而可求得液体的摩尔汽化热ΔvapHm。
三、实验仪器与试剂1、仪器饱和蒸汽压测定装置一套,包括等压计、稳压瓶、温度计、恒温槽、气压计。
真空泵及附件。
2、试剂无水乙醇(分析纯)。
四、实验步骤1、装置安装将等压计、稳压瓶、温度计等按实验装置图连接好。
检查装置的气密性,确保系统无漏气现象。
2、装样洗净等压计,烘干后在等压计的 U 形管内加入适量的无水乙醇。
3、排除系统内的空气打开真空泵,抽气至等压计内的液体沸腾 3 5 分钟,以排除系统内的空气。
关闭真空泵,观察等压计内的液面,若液面在数分钟内保持不变,则表明系统内的空气已排尽。
4、测定不同温度下的饱和蒸汽压开启恒温槽,调节温度至某一设定值,并保持恒温。
姓名: 班级: 学号: 实验日期:课程名称:物理化学实验实验题目:液体饱和蒸汽压的测定一、实验目的①了解用静态法测定异丙醇在不同温度下蒸气压的原理。
②学会用图解法求解其所在测温度范围内的平均摩尔蒸发热。
③了解真空泵、恒温槽及气压计的构造并掌握其使用方法。
二、实验原理一定温度下,在一真空的密闭容器中,液体很快与其蒸气建立动态平衡,即蒸汽分子向液面凝结和液体分子从表面上逃逸的速度相等,此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度是的饱和蒸汽压液体与其蒸气达到平衡时蒸气的压力,称为这种液体在该温度时的饱和蒸气压。
饱和蒸汽压与温度的关系可用克劳修斯—克拉贝龙方程式来表示。
2ln RT H dTpd m vap ∆=式中Δvap H m 是该液体的摩尔蒸发热,在温度变化范围不大时,它可以作为常数。
积分上式得:为横坐标作图可得一直线,此直线的斜率即为 饱和蒸气压。
测量方法是调节外压与液体蒸汽压相等,此法一般用于蒸汽压比较大的液体。
动态法是在不同外界压力下,测定液体的沸点。
本实验采用静态法测定乙醇的饱和蒸汽压与温度的关系,实验装置见图3.1.通常一套真空体系装置由四部分构成:一是机械泵、缓冲储气罐部分,用以生产真空;二是正空的测量部分,包括DP-A 精密数字压力计;三是蒸馏瓶部分;四是温度测量部分,包括SWQ 智能数字恒温控制器、SYP 玻璃恒温水浴。
三、仪器与试剂1.仪器DP-A 型精密数字压力计一台;SWQ 型智能数字恒温控制器一台;缓冲储气罐一台;SYP 型玻璃恒温水浴一台;U 型等压计一个、球形冷凝管一支。
实验装置如图3.1所示。
2.试剂无水乙醇。
四、实验步骤(一)缓冲储气罐的气密性检查及使用方法1.缓冲储气罐的气密性检查2.缓冲储气罐的使用方法(二)精密数字压力计的气密性检查及使用方法1.预压及气密性的检查2.采零3.测试4.关机(三)实验仪器的链接(四)静态法测乙醇的饱和蒸汽压1.装样2.检漏3.测定五、注意事项1.先开启冷却水,然后才能抽气。
《物理化学基础实验》纯液体饱和蒸汽压的测定实验一、实验目的明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念,深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系——克劳修斯-克拉贝龙方程式;用精密数字压力计测定不同温度下乙醇的饱和气压。
初步掌握真空实验技术;学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。
二、实验原理在一定温度下,与纯液体处于平衡态时的蒸气压力,称为该温度下的饱和蒸气压。
这里的平衡状态是指动态平衡。
在某一温度下,被测液体处于密闭真空容器中,液体分子中表面逃逸成蒸气,同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相,当两者的速率相等时,就达到了动态平衡,此时气相中的蒸气密度不再改变,因而具有一定的饱和蒸气压。
纯液体的蒸气压是随温度变化而变化的,它们之间的关系可用克劳修斯—克拉贝龙(Clausius—Clapeyron)方程来表示:dLnp*/dT=△vap H m/RT2 (1)式中p*为纯液体温度T时的饱和蒸气压;T为热力学温度;△vap H m为液体摩尔气化热;R 为气体常数。
如果温度变化的范围不大,△vap H m视为常数,可当作平均摩尔气化热。
将(1)式积分得:Lnp*=-△vap H m/RT + c (2)式中c为积分常数,此数与压力p*有关。
由(2)式可知,在一定温度范围内,测定不同温度下的饱和蒸气压,以Lnp*对1/T作图,可得一条直线。
由该直线的斜率可求得实验范围内液体的平均摩尔气化热。
当外压为101.325 Kpa时,液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正常沸点。
从图中也可求得其正常沸点。
测定饱和蒸气压常用的方法有动态法、静态法、和饱和气流法等。
本实验采用静态法,既被测物质放在一个密闭的体系中,在不同温度下直接测量其饱和蒸气压,在不同外压下测量相应的沸点。
此法适用于蒸气压比较大的液体。
三、仪器和试剂仪器:数字压力计、缓冲储气罐、真空泵、U 型等压计、电热套、冷凝器、搅拌器。
液体饱和蒸气压的测定——静态法1.1实验目的及要求1.掌握用静态法(亦称等位法)测定纯液体在不同温度下蒸气压的原理,进一步理解纯液体饱和蒸气压与温度的关系。
2.学会测定不同温度下四绿化碳的饱和蒸汽压,并掌握真空泵、恒温槽及气压计的使用。
3.学会用图解法求所测温度范围内4CCl 的平均摩尔汽化热及正常沸点。
1.2实验原理一定温度下,于一真空的密闭容器中放入纯液体,液体很快和它的蒸气建立动态平衡。
按气体分子运动论,动能较大的分子从液相逸出至气相,动能较小的分子会由气相撞击进入液相。
当两者速度相等时,便达气液平衡。
此时的气相压力称为饱和蒸汽压。
液体的饱和蒸汽压是温度的函数,且为正相关。
即温度升高,蒸气分子向液面逸出的分子数增多,蒸气压增大。
反之,温度降低时,则蒸气压减小。
当蒸气压与外界压力相等时,液体便沸腾;外压不同时,液体的沸点也不同。
便把外压为101325Pa 时的沸腾温度称为液体的正常沸点。
液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯—克拉贝龙(Clauslus-Clapeyron)方程式来表示:2/ln RTvapH dT p p d ma ∆= (1) 式中p 为液体在温度T 时的饱和蒸气压(Pa),T 为热力学温度(K),m vapH ∆为液体摩尔汽化热(J.mol -1),R 为气体常数。
在温度变化较小的范围内,则可把m vapH ∆视为常数(当作平均摩尔汽化热)。
可将上式积分得:B RTvapH p m+∆-=lg (2)式中B 为积分常数。
与压力p 的单位有关。
由(2)式可知,在一定温度范围内,测定不同温度下的饱和蒸气压,以lgp 对1/T 作图,可得一直线,而由直线的斜率(RvapH m m∆-=)可以求出实验温度范围内液体平均摩尔汽化热m vapH ∆。
1.3实验装置图测定纯液体饱和蒸汽压有三种方法:静态法、动态法与气体饱和法。
静态法是将待测液体放在一封闭系统中,以等压管直接测量不同温度下液体的饱和蒸汽压。
精选全文完整版可编辑修改华南师范大学实验报告纯液体饱和蒸汽压的测定——静态法一、实验目的(1)理解克劳修斯-克拉贝龙方程,掌握饱和蒸汽压的概念,清楚纯液体饱和蒸汽压与温度的关系。
(2)学会用静态法测定纯液体饱和蒸汽压,掌握其原理和方法,并懂得用图解法求纯液体的平均摩尔汽化热和正常沸点。
(3)学会使用数字式真空测定仪和气压计。
二、实验原理2.1饱和蒸汽压与温度的关系纯液体的饱和蒸汽压指的是在一定的温度条件下,纯液体与其自身的蒸汽达到平衡时的蒸汽压力。
我们将蒸汽看做理想气体,则可用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示饱和蒸汽压与温度的关系:①式中,T为热力学温度,单位为K;p为纯液体在温度T时的饱和蒸汽压,单位为Pa;Δvap H m为纯液体在温度T时的摩尔汽化热,单位为J/mol;R为摩尔气体常数,其值为8.314J/(mol·K)。
在40℃~70℃范围内,我们可以把Δvap H m看做常数,将①式积分可得用lnp对1/T作图,得到一条直线,斜率为则可得Δvap H m= -Rm ④因此当测得一组不同温度下纯液体的饱和蒸汽压值时,可求得该温度范围内该纯液体的平均摩尔汽化热Δvap H m。
2.2正常沸点当液体的饱和蒸汽压等于外界压力时,液体沸腾,此时的温度即为该液体的沸点。
当外压为1atm(101325Pa)时,液体的沸点称为正常沸点。
2.3静态法测定纯水的饱和蒸汽压原理如图1的实验装置图所示所示,等压计由三个相连的玻璃管A、B、C组成,A中贮存的是本次实验的待测液体纯水,B管和C管则用U形管连通。
B、C管内也装有纯水。
测量时,当U形管两边的液面在同一水平面时,表示U形管两边上方的气体压力相等。
A管中纯水的饱和蒸汽压即等于C管上面所加的外压,此时要迅速记录下温度和压力。
图1.液体饱和蒸汽压测定装置图在测量前,我们在大气压条件下对仪器实施了置零操作,在测量时测压仪所显示的示数为相对大气压的差值。
因此,我们要用大气压值加上测压仪的示数,才可以得到对应温度下的实际饱和蒸汽压值。
华南师范大学实验报告纯液体饱和蒸汽压的测定——静态法一、实验目的(1)理解克劳修斯-克拉贝龙方程,掌握饱和蒸汽压的概念,清楚纯液体饱和蒸汽压与温度的关系。
(2)学会用静态法测定纯液体饱和蒸汽压,掌握其原理和方法,并懂得用图解法求纯液体的平均摩尔汽化热和正常沸点。
(3)学会使用数字式真空测定仪和气压计。
二、实验原理2.1饱和蒸汽压与温度的关系纯液体的饱和蒸汽压指的是在一定的温度条件下,纯液体与其自身的蒸汽达到平衡时的蒸汽压力。
我们将蒸汽看做理想气体,则可用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示饱和蒸汽压与温度的关系:①式中,T为热力学温度,单位为K;p为纯液体在温度T时的饱和蒸汽压,单位为Pa;Δvap H m为纯液体在温度T时的摩尔汽化热,单位为J/mol;R为摩尔气体常数,其值为8.314J/(mol·K)。
在40℃~70℃范围内,我们可以把Δvap H m看做常数,将①式积分可得用lnp对1/T作图,得到一条直线,斜率为则可得Δvap H m= -Rm ④因此当测得一组不同温度下纯液体的饱和蒸汽压值时,可求得该温度范围内该纯液体的平均摩尔汽化热Δvap H m。
2.2正常沸点当液体的饱和蒸汽压等于外界压力时,液体沸腾,此时的温度即为该液体的沸点。
当外压为1atm(101325Pa)时,液体的沸点称为正常沸点。
2.3静态法测定纯水的饱和蒸汽压原理如图1的实验装置图所示所示,等压计由三个相连的玻璃管A、B、C组成,A中贮存的是本次实验的待测液体纯水,B管和C管则用U形管连通。
B、C管内也装有纯水。
测量时,当U形管两边的液面在同一水平面时,表示U形管两边上方的气体压力相等。
A管中纯水的饱和蒸汽压即等于C管上面所加的外压,此时要迅速记录下温度和压力。
图1.液体饱和蒸汽压测定装置图在测量前,我们在大气压条件下对仪器实施了置零操作,在测量时测压仪所显示的示数为相对大气压的差值。
因此,我们要用大气压值加上测压仪的示数,才可以得到对应温度下的实际饱和蒸汽压值。
三、仪器与试剂3.1实验仪器液体蒸汽压测定装置1套真空泵1台100℃水银玻璃温度计1根3.2实验试剂纯水四、实验步骤4.1读取大气压和室温在实验前记录实验室的室温与大气压,完成实验后再读一次大气压,并做好记录。
4.2装置仪器卸下等压计,倒入少量纯水,并使睡由管C流经U形管。
管B、最后到达管A。
不断调整,知道管A中装入2/3体积的纯水为止。
接着把等压计竖直,想管C 倒入纯水,使U形管两边水面向平。
把等压计安装好,检查所有接口处要严密不漏气,启动精密数字式压力计,以mmHg作为测量单位,在大气压力下重置仪器的零点。
4.3检漏关闭直通活塞,隔绝大气,启动真空泵,慢慢旋转三通活塞使系统与真空泵连通。
抽气减压至压力计示数为-400mmHg时,关闭三通活塞,使系统与真空泵、大气均不连通。
此时观察压力计示数,若压力机在3-5分钟内维持不变,则系统的气密性良好。
若示数变化,则说明系统漏气,要找出漏气原因,排除故障。
4.4排空气打开直通活塞,连通大气,关闭三通活塞,接通回流水,并开始水浴加热和搅拌。
设置水浴温度升为40℃,达到既定温度后,慢慢打开三通活塞,使测压仪示数为-720mmHg左右。
此时A、B管内的空气会随着气泡逸出。
持续3—5分钟后可认为排气完全,随即关闭三通活塞。
4.5不同温度下纯水饱和蒸汽压的测定排气操作后,由于管A内的蒸汽经B、C逸出,导致U形管的水面左边高右边低。
旋转直通活塞,调节液面相平,迅速记下此时的压力和温度。
设置水浴温度为45℃,达到既定温度后,调节U形管页面。
液面相平时迅速记录温度和压力。
重复上述操作,每隔5℃测量一组数据,直至水温升至70℃。
最后打开直通活塞,关闭三通活塞,整理实验仪器,关闭会流水、真空泵和电源。
五、实验数据及数据处理5.1压力校正大气压的温度影响校正公式为表1.相关参数说明物理量p t αβp0 p大,较物理意义气压计读数室温水银柱在0~35℃间的膨胀系数黄铜的线膨胀系数读数校正到0℃时的气压值经温度校正后的大气压值数值实验前为102.44KPa实验后102.32KPa20.09℃0.0001818 0.0000184实验前为102.10KPa实验后101.99KPa102.05KPa5.2不同温度下纯水饱和蒸汽压记录表2.不同温度下纯水饱和蒸汽压值次序温度t/℃温度T/K 1/T / K-1 测压仪测压仪蒸汽压lnp示数示数/Pa p/Pa/mmHg1 40.00 313.150.003193-705.4 -94045.38004.6618.9882 45.00 318.150.003143-689.0 -91858.910191.149.2293 49.99 323.140.003095-668.8 -89165.812884.259.4644 55.00 328.150.003047-643.7 -85819.416230.639.6955 59.98 333.130.003002-612.5 -81659.720390.289.9236 65.00 338.150.002957-574.3 -76566.825483.1810.1467 69.98 343.130.002914-528.1 -70407.331642.6510.362(1mmHg=133.322Pa)5.3作lnp-1/T图,求纯水的正常沸点标准压力下,纯水的饱和蒸汽压等于标准压力,pθ=p饱和=101.325KPa,根据=373.58K直线方程,求得T=373.58K。
即纯水的正常沸点T正常5.4求平均摩尔汽化热Δvap H m根据图2.所得的lnp-1/T曲线图,直线的斜率m=-4.9264,根据式③求得纯水在实验温度区内的平均摩尔汽化热Δvap H m=40.96KJ/mol5.5误差分析=373.58K,与文献值T=373.15K相比,相对实验所得纯水的正常沸点为T正常误差为0.12%。
实验求得纯水在实验温度区内的平均摩尔汽化热Δvap H m=40.96KJ/mol,与文献值40.63KJ/mol相比,相对误差为0.81%。
从以上数据来看,本次实验所得的数据准确度较高。
本实验的误差来源很多,包括测压仪和水浴装置的精密度、系统气密性、当地大气压、判断液面是否相平的标准、液面相平时温度和压力数据的采集情况等。
为了尽可能地减少误差,首先我们采用了精密数字压力计和数字式温度计,使用精密度较高的仪器,以及用读数显示输出来代替人工读数,很大程度上增加了实验的准确性。
第二,我们对系统的气密性进行了检查,确保仪器正常无故障才开始实验。
第三,我们在实验前和实验后一共读取了两次大气压值,并且根据实际温度进行校正,取平均值。
第四,至于判断液面相平和读数,整个实验过程中均由同一位同学负责,避免个体读数差异。
把握读数时间,在液面相平时,及时记下温度和压力。
六、讨论与思考6.1实验改进思考实验过程中,需要反复调节直通活塞和三通活塞来调节U形管的液面相平,此操作在实验中耗费时间较多。
实验过程中就遇到因调节不慎,空气倒灌的情况,导致实验失败。
在调节液面过程中,系统尚未充分恒温并达到气液平衡就匆忙读数记录实验数据。
我们可以考虑在U形管上标上刻度,方便判断液面是否平衡。
或者直接读出U形管两液面的高度,通过计算的方法求得饱和蒸汽压。
计算公式为p饱和=p压力计+ρg(h B-h c)参考相关文献,有研究者提出使用单液管装置,通过管内液体高度修正数字压力表读数得到纯水的饱和蒸汽压。
6.2实验思考题(1)什么是液体的饱和蒸汽压?什么叫正常沸点?液体的沸点与外压有何关系?在一定温度下,纯液体与其自身的蒸汽达到气压平衡时,蒸汽的压力成为该温度下的该液体的饱和蒸汽压。
而当液体的饱和蒸汽压等于外界压力时,液体沸腾,此时的温度即为该液体的沸点。
当外压为1atm(101325Pa)时,液体的沸点称为正常沸点。
液体的沸点跟外部压强有关。
当液体所受的压强增大时,它的沸点升高;压强减小时;沸点降低。
(2)本实验方法能否用于测定溶液的蒸汽压?为什么?本实验方法只能用于测定纯液体的蒸汽压,纯液体有恒定的沸点,实验过程中容易判断是否达到沸腾状态。
而溶液为混合物,不一定有恒定的沸点,难以测定出溶液的蒸汽压。
(3)等压计U形管中的液体起到什么作用?冷凝器起什么作用?U型管液面相平时,表示两侧压力相等。
U形管两侧分别连接待测液体(纯水)以及压力计,那么我们通过压力计的读数就可以求得某一温度下对应的饱和蒸汽压。
冷凝器起到了冷凝回流的作用。
U形管内的水并不多,该实验又必须在水沸腾的状态下进行,如果不将蒸发的水蒸气冷凝回U形管,里面的水很快就会完全蒸发,实验难以进行。
(4)怎样从数字式低真空测压仪的示数得到纯液体的饱和蒸汽压?在测量前,我们在大气压条件下对仪器实施了置零操作,在测量时测压仪所显示的示数为相对大气压的差值。
因此,我们要用大气压值加上测压仪的示数,才可以得到对应温度下的实际饱和蒸汽压值。
(5)能否在加热情况下检查是否漏气?我们是在使系统与真空泵和大气均不相通的情况下,观察压力计的示数是否变化,如果在3~5min内示数稳定,则系统气密性良好。
但温度的改变,会导致纯水表面上的蒸汽压的改变,此时测压仪的示数将有变化。
(6)实验过程中为什么要防止空气倒灌?我们的目的是要测量纯液体的饱和蒸汽压,即要保证纯水表面的空间全部被液体蒸汽所充满。
假若空气倒灌,空气混在液体蒸汽里头,所测出来的数值就不是液体的蒸汽压。
(7)实验时抽气和漏入空气的速度应如何控制?为什么?抽气和漏入空气的速度一定不能够过快,稍微旋开活塞即可。
假若抽气过快,可能导致U形管里面的水被抽走;假若漏入空气过快,则可能导致空气倒灌。
(8)实验时大烧杯中的水为什么一定要淹没等压计球A和球B间的U形管?U形管内的水是跟本次测定的纯液体相连通的,要保证他们在同一个系统里面,保持温度相同,才可以保证实验数据的准确性。
七、参考文献[1]何广平,南俊民等.物理化学实验[M].北京:化学工业出版社,2008,85-89.[2]汪永涛,刘卉等. 利用Excel软件处理饱和蒸汽压数据[J]. 安徽大学学报,1999,23(1):91-95.[3]周蔚,段和平等. 纯液体饱和蒸汽压测定实验改进[J]. 洛阳师范学院学报,2005:118-120.[4]林敬东,闫石等. 液体饱和蒸汽压测定实验改进[J]. 实验室研究与探索,2012,31(3):19-20.。