实验5 液体饱和蒸汽压的测定 教案

河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 1 页 第 次课 4 学时

本次课题（或教材章节题目）：实验5 饱和蒸汽压的测定 教学要求： 明确纯液体饱和蒸汽压的定义及气液两相平衡的概念以及纯液体饱和蒸汽压与温度的关系—克劳修斯-克拉贝龙方程式；掌握静态法测定饱和蒸汽压的实验方法和真空泵的使用；学会用图解法求所测液体的平均摩尔汽化热与正常沸点，正确地进行数据记录、处理与绘图，得出合理的结论。

重 点： 液体饱和蒸汽压的概念及其测定，克-克方程 难 点： 气液平衡压力与温度的测定 教学手段及教具：演示讲授，实际操作。 讲授内容及时间分配：

演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理 0.5h 实验操作 3.5h

课后作业 对实验数据进行处理，完成实验报告各项内容。 参考资料 河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学出版社，2005 北京大学化学系物理化学教研室，物理化学实验(第3 版)，北京大学出版社，1995 清华大学化学系物理化学编写组，物理化学实验，清华大学出版社，1991 复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，1993 "液体饱和蒸气压测定"实验新装置. 李慎新. 大学化学, 1995,2,40. "液体饱和蒸气压测定"实验装置的改进.张华等.化学教育, 1985,5, 38. 河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 2 页 实验5 液体饱和蒸汽压的测定 一、实验目的 1. 明确纯液体饱和蒸汽压的定义及气液两相平衡的概念，了解纯液体饱和蒸汽压与温度的关系—克劳修斯－克拉贝龙方程式。 2. 采用静态法测定CCl4在不同温度下的饱和蒸汽压，掌握真空泵的使用。 3. 学会用图解法求所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 饱和蒸汽压是指一定温度下与纯液体相平衡时的蒸汽压力。它是物质的特性参数。纯液体的蒸汽压是随温度变化而改变的，温度升高，蒸汽压增大；温度降低时，则蒸汽压减小。当蒸汽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，通常把外压为101325Pa时沸腾温度定义为液体的正常沸点。 液体饱和蒸汽压与温度的关系可用克-克方程式表示： CRTHpmV*ln

由式可知，在一定外压时，测定不同温度下的饱和蒸汽压，以ln*p对1/T作图，可得一直线，由直线的斜率可求得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热mVH。当外压为Pa101325，液体的蒸汽压与外压相等时，可从图中求得其正常沸点。 饱和蒸汽压的测定方法有两类： 1. 动态法：其中常用的有饱和气流法，即通过一定体积的己被待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的质量，求出蒸汽的分压力。 2. 静态法：把待测物质放在一封闭系统中，在不同温度下直接测量蒸汽压，或在不同外压下测液体的沸点，本实验采用静态法。 本实验采用静态法，通过测定在不同外压下液体的沸点，得到其蒸汽压与温度间的关系。所采用的装置如图所示。 实验采用压力平衡管测定蒸汽压。其原理：平衡管由三个相连的玻璃管a、b和c组成，a管中储存液体，b和c管中液体在底部相通。当a和c管上部纯粹是待测液体的蒸汽，b和c管的液体在同一水平时，则加在b管液面上的压力与加在c管液面上的蒸汽压相等，该压力就等于大气压减去汞高差，此时液体温度即系统的气液平衡温度。 河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 3 页 三、实验步骤 1. 仪器安装 平衡管的液体装入方法是：将干净的平衡管放入烘箱中或在酒精喷灯上烘热，赶走管内部分空气，将液体从b管的管口灌入。管a冷却后，部分液体可以经c管流入a管。,然后将平衡管接在装置上。抽气减压，使a管中压力为mm400~300汞柱，借大气压力可将液体压入a管，反复3~2次，使液体灌至a管高度的三分之二为宜。 2. 系统检漏 首先关闭二通旋塞，旋转缓冲瓶上的三通旋塞使之与大气接通而与真空泵不通，然后开启真空泵，旋转三通旋塞使之与大气不通而与真空泵相通，而后缓慢旋转二通旋塞，使体系中压力减少至U型压差计压差达到mm400Hg柱，关闭二通旋塞。隔5分钟后观察水银柱压力计压差是否有变化，以检查实验系统是否漏气。确认不漏气后，旋转缓冲瓶上的三通旋塞使之与大气接通而与真空泵不通，待缓冲瓶恢复常压后，缓慢旋转二通旋塞，使系统恢复常压，进行下一步实验，若漏气，则需堵漏后，再检验气密性。 3. 测定大气压下的沸点 使系统与大气相通后，开启搅拌，将水浴加热(注意一定要使平衡管全部没入水中)，平衡管中有气泡产生，空气开始被排出。直至水浴温度达80℃左右，恒温3～4min，赶净平衡管中的空气。然后停止加热（注意：不停搅拌），此时要特别注意观察平衡管液面变化，c管液面上升，同时b管液面下降。当两管的液面达到同一水平面时，立即记下此时的温度(即沸点)和大气压数值。重复测定大气压下的沸点，至少两次结果在测量允许误差范围内即外压一定时沸点读数误差在0.1℃以内，可认为已将平衡管内空气赶干净，才可以进行下面的实验。为什么？因为对纯液体，外压一定，沸点一定。若系统混有空气，则沸点读数会偏低。 4. 测定不同外压下纯液体的沸点 在大气压下的液体沸点测定完后，为防止空气倒入a管，应立即关闭二通旋塞，旋转三通旋塞接通真空泵，并缓慢旋转二通旋塞使系统慢慢减压至压差约mm40汞柱，此时b管液面高于c管液面，关闭二通旋塞，在搅拌下让水浴继续冷却。当b和c管的液面如上述达到同一水平时，记录温度和压力计两臂之水银柱高度。再次转动二通旋塞，缓慢减压约mm40汞柱，再冷却至b、c管液面平齐，读取数据；重复这一操作直至水浴温度下降至50℃左右（压差约400mm汞柱）时，停止实验，再次读取大气压力。 5. 后处理 旋转缓冲瓶上的三通旋塞使之与大气接通而与真空泵不通，待缓冲瓶恢复常压后缓慢旋转二通旋塞，使系统恢复常压。然后使真空泵与大气相通，最后令真空泵停止工作。

四、实验注意事项 1．本实验的各个步骤都要求快速准确，因此应首先熟悉仪器尤其是三通旋塞的使用后再进行实验，而且各组同学要做好分工，看液面、看温度、读压差，各负其责； 河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 4 页 2．先检漏再加热，两者不可同时进行。同时要练习缓慢均匀减压约40mm汞柱的操作； 3．大气压下的沸点，至少两次结果在测量允许误差范围内，才可以进行下面的实验。 4．在大气压下的沸点测完后，必须赶快进行减压操作（应在10～15s内完成），同时监控b、c管液面，防止空气倒灌。一旦发现气泡由b管进入c管，即空气倒入，需重新加热，赶走空气。

五、数据记录与处理 被测液体__CCl4__，室温___27.3____℃ 实验开始时大气压计读数__101.30 _kPa 校正值_______Pa 实验结束时大气压计读数__101.26 kPa， 校正值_______pa 校正后之大气压平均值___101.28___kPa。

1. 将温度压力数据列表，计算出不同温度下的饱和蒸汽压。 实验数据记录与处理 温 度 U形压力计读数/mmHg U形压力计压差/mmHg CCl4饱和蒸汽压

t/ºC T/K 103(K/T) 左支 右支 *p/mmHg *p/Pa ln(*p/Pa) 74.51 72.49 70.50 68.55 66.45 64.60 62.42 60.61 58.16 55.05 347.66 345.64 343.65 341.70 339.60 337.75 335.57 333.76 331.31 328.20 2.8764 2.8932 2.9099 2.9265 2.9446 2.9608 2.9800 2.9962 3.0183 3.0469 275 258 233 221 200 181 162 148 128 108 322 346 362 382 403 422 441 455 471 495 47 88 129 161 203 241 279 307 343 387 6266.2 11732.4 17198.6 21464.9 27064.4 32130.7 37196.9 40930.0 45729.6 51595.8 95013.8 89547.6 84081.4 79815.1 74215.6 69149.3 64083.1 60350.0 55550.4 49684.2 11.46 11.40 11.34 11.29 11.21 11.14 11.07 11.01 10.93 10.81

2. 绘制*lnp对T1的直线图，由直线斜率计算出被测液体在实验温度区间内的平均摩尔汽化热。 由图可知直线斜率为-3832.9K，则

31.87kJ/molVmHmR 河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 5 页 y = -3.8329x + 22.494R2 = 0.9994

10.7010.8010.9011.0011.1011.2011.30

11.40

11.5011.60

2.852.902.953.003.053.101000K/T

lnp

3. 由曲线求得样品的正常沸点。 ln1013253832.9/22.494KT 解得：T=349.46K，即76.31℃ 六、思考题 1. 为什么平衡管a和c中的空气要赶净? 怎样判断空气己被赶净? 为什么大气压下的实验要做三次？ 实验中为什么要防止空气倒灌?

答：因为测定纯液体的饱和蒸汽压要求平衡共存的气体为纯蒸汽，因此要把空气赶干净。因为对纯液体，外压一定，沸点一定，可通过沸点的差异判断，若系统混有空气，则沸点读数会偏低。若两次沸点测定结果在误差允许范围内，可认为空气已经赶干净。在整个实验过程中防止空气倒灌同样是由于要保证纯蒸汽的原因。

2. 你所用的每个测量仪器的精确度是多少? 估计最后所得到的汽化热应有几位有效数字?

答：精密温度计0.1℃，U型压差计0.1mm。最后所得到的汽化热应有4位有效数字。