实验四 液体饱和蒸汽压的测定

液体饱与蒸汽压的测定实验报告

液体饱与蒸汽压的测定

一、实验目的

1、明确液体饱与蒸汽压的意义,熟悉纯液体的饱与蒸汽压与温度的关系以及克劳休斯-克拉贝农方程。

2、了解静态法测定液体饱与蒸汽压的原理。

3、学习用图解法求解被测液体在试验温度范围内的平均摩尔蒸发焓与正常沸点。

二、实验原理

1、热力学原理

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与蒸气压,简称为蒸气压。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,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101、325kPa时,液体的沸点称为该液体的正常沸点。

液体的饱与蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:

2mvapdlndRTHTp (1)

式中,R为摩尔气体常数;T为热力学温度;ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。

假定ΔvapHm与温度无关,或因温度范围较小,ΔvapHm可以近似作为常数,积分上式,得:

CTRHp1lnmvap (2)

其中C为积分常数。由此式可以瞧出,以lnp对1/T作图,应为一直线,直线的斜率为 RHmvap,由斜率可求算液体的ΔvapHm。

2、实验方法

静态法测定液体饱与蒸气压,就是指在某一温度下,直接测量饱与蒸气压,此法一般适用于蒸气压比较大的液体。静态法测量不同温度下纯液体饱与蒸气压,有升温法与降温法二种。本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱与蒸气压,所用仪器就是纯液体饱与蒸气压测定装置。

平衡管由A球与U型管B、C组成。平衡管上接一冷凝管,以橡皮管与压力计相连。A内装待测液体,当A球的液面上纯粹就是待测液体的蒸气,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。可见,利用平衡管可以获得并保持系统中为纯试样时的饱与蒸汽,U形管中的液体起液封与平衡指示作用。

实验4 液体饱和蒸气压的测定

一、目的要求

1．用动态法测定不同温度下乙醇的饱和蒸气压，进一步掌握克劳修斯-克拉贝龙方程式。

2．了解真空体系的设计、安装和操作的基本方法。

二、原理

在一定温度下，在一真空的密闭容器中，液体很快与其蒸气建立动态平衡，即蒸气分子向液面凝结和液体分子从表面上逃逸的速度相等，此时液面上的蒸气压力就是液体在此温度时的饱和蒸气压。饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程式来表示：

2lnRTHdTpdmvap (4-1)

式中mvapH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：

CTRHpmvap1ln (4-2)

C为积分常数，如果以lnp为纵坐标，1/T为横坐标作图可得一直线，此直线的斜率即为

ΔvapHm/R一项，由此斜率可求出乙醇的摩尔蒸发热。测定饱和蒸气压的方法主要有三种：

静态法：在某一温度下，直接测量饱和蒸气压。测量方法是调节外压与液体蒸气压相等，此法一般用于蒸气压比较大的液体。

动态法：在不同外界压力下，测定液体的沸点。

饱和气流法：将已饱和的待测液体的蒸气通入某种物质中，使蒸气被完全吸收，测量吸收物质重量的增加，求出蒸气的分压。 本实验用动态法测定乙醇的饱和蒸气压与温度的关系，实验装置见图4-1。通常一套真空体系装置由三部分构成：一是机械泵、安全瓶部分，用以产生真空；二是真空的测量，包括U形压力计部分；三是蒸馏瓶部分，被测液体处于真空瓶内，自身的蒸气压达饱和。

图4-1 动态法测蒸气压的装置

三、仪器和试剂

蒸气压测定装置一套；无水乙醇(分析纯)。

四、实验步骤

1．于蒸馏瓶内装入约150ml的无水乙醇，加入几粒沸石。

2．检查体系是否漏气，旋开放空活塞A，使缓冲瓶与大气相通，分别旋转三通活塞B与C，使体系、安全瓶与机械泵相通，接通机械泵的电源，待机械泵正常运转后，关闭活塞使体系内抽空，此时压力计两臂水银面产生一高度差约30-40cm即可。旋转三通活塞B，保持体系与缓冲瓶相通，断开缓冲瓶与机械泵的通路，观察U形管压力计，如果在5分钟内两水银面高度差没有变化，则表明体系不漏气，此时旋转安全瓶上的活塞C与大气相通，断开机械泵的电源。

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}vapmHddTRT （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；

ΔvapHm——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，ΔvapHm视为常数，可当作平均摩尔汽化热。对式（2-1）进行积分得：

lnvapmHpCRT （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。

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液体饱和蒸汽压测量

一、 实验目的

1、测定去离子水在不同温度下的饱和蒸气压。

2、求出所测温度范围内去离子水的平均摩尔气化焓。

二、实验原理

在一定温度下，纯物质气液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：

dln(p/Pa)dT=∆vapHmRT2

如果温度范围变化小∆vapHm可近似看做常数，对上式积分得：

ln⁡(p/pa)=-∆vapHmRT+C

由上式可知，ln⁡（p/Pa）与1T为直线关系：由实验测出p、T值，以ln⁡（p/Pa）

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

图二 纯液体饱和蒸气压测量示意图

四、实验步骤

图一 等压计 2

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，