乙醇饱和蒸汽压的测定

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1、液体饱和蒸气压的测定1. 实验目的(要求)(1) 掌握等压管测定液体饱和蒸气压的原理和方法。(2) 了解蒸气压的概念和影响因素。(3) 学会应用克克方程，求得乙醇的摩尔气化热(4) 学会温度计露出校正方法。2. 实验原理(概要)在一定温度下，纯液体与其蒸气达到相平衡状态时的压力，称为该液体在此温 度下的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与液体的本性及温度等因素有关，纯液体饱 和蒸气压随温度上升而增加。根据热力学理论可以导出饱和蒸气压与温度的关系式 此式称克拉贝龙克劳修斯方程，简称克克方程。其微分式如下：S20-1)din p A H= vap mdT RT 2式中p为纯液体饱和蒸气压，T为绝对温度，

2、 H为液体的摩尔气化热，R vapm 为通用气体常数。当上述各物理量用SI制单位时，R = 8.314 Jomol-ioK-io在一定外压下，纯液体与其蒸气达到气液平衡时的温度称为沸点。因此，克-克 方程也表示纯液体的外压p与沸点T的关系。在101325 Pa的外压下，纯液体的沸 点称为正常沸点。纯液体的气化热随温度上升而降低。通常温度下，气化热随温度变化较小，在 临界温度附近，气化热急剧下降。在临界温度时，纯物质气化热为零。当远离临界温度，而且温度变化较小时，气化热 H可视为常数。对式(S20 vapm -1)不定积分，得：A H 1in p = -p m -+ C(S20-2)RT式中，C

3、为不定积分常数。由此式可知，inp与1/T成直线关系。以1np与1/T的实 验值作图，应得直线，若直线斜率为m,贝y：S20-3) H = - mRvap m H为实验温度范围内的平均摩尔气化热。 vap m根据热力学推导，液体气化热与温度的关系式为：SA H (vap m)= C (g) 一 C (1)(S20-4)STp,mp,m式中，C(g)及C(1)分别为纯物质饱和蒸气及饱和液体的恒压摩尔热p,mp,m容。如果此热容差与温度成直线关系，C(g)C(1) = a + bT，则p,p,代入式(S20-4),可积分得气化热与温度的关系式如下：A H = AH + AaT +T 2(S205)

4、vap02式中 H0，a及Ab均为常数。将式(S205)代入式(S201)进行不定积分,得：AH 1 AaAbln p = A 0 + ln T + T(S206)R TR2 R式中 A 为不定积分常数，合并常数得：1n p = A + BT 1 + C1nT + DT(S207)根据实验测得不同温度T时的饱和蒸气压p,按最小二乘法可求出式(S207)中各常数A、B、C、D。根据式(S206)中各常数与式(S207)中各常数的对应关系可求得气化热与温度关系式为： H = - BR + CRT + DRTvap m热容差与温度的关系式为：C (g) C (1) = CR + 2DRTp,m p,

5、m本实验采用等压管法测定乙醇的蒸气压。等压管如 图S201所示。在管a处装有乙醇，其上方为乙醇蒸气 和空气。如在管 b 中气相为纯乙醇蒸气，具有实验温度 下的饱和蒸气压，液体乙醇与管a相通。当改变图S20 1中P外使管a、b中的液面相平时，乙醇的饱和蒸 外气压p*和等压管外的压力P外相等，p* = P外。如用 外外水银压差计测量P外，则外P = P PK外大气hA78君密度计O 0 2S.in、图S201等压管乔育图式中ph为压差计上左右水银柱的高度差所代表的压力差，p大气为外界的大气压力。 所以：p*=P 大气Ph（S20-10）3. 实验操作过程概述1. 将洗净烘干的等压管 a、b 处各装

6、入适量的无水乙醇。将管 b 放入管 a 中，注 意勿使空气进入管 b。2. 装好等压管，打开通入冷凝器3 的冷却水。检查好管线后启动真空泵，转动 考克10，使真空泵接通装置。当U型压差计上汞高差达600 mm左右时，转动考克 10，使真空泵接通大气并隔绝装置，停止真空泵。检查系统真空度是否稳定。若一 分钟内水银面变化小于1 mm，可认为系统不漏气，可进行实验。如果真空度下降较 快，说明系统漏气。要检查系统的漏气位置，进行处理后，重新试漏。3. 启动真空泵，接通装置，使等压管a内不断有气泡冒出（此时压差计上水银 柱差为700 mm左右）。转动考克10,切断系统，把真空泵通大气，然后停泵。管b 内

7、乙醇仍不断气化，乙醇蒸气带着b管中的空气冒出。排气35分钟，管b处的空 气基本排净。上述赶空气过程需在水浴温度为25 r左右时进行。温度太低，可先升 温至此温度。4. 启动恒温槽搅拌器、电子继电器及电加热器，调节恒温槽温度至30.0C。此 步可与上步试漏同时进行。把手指堵在进气口上，打开考克 9，慢慢放入空气，使 管b液面逐渐下降，当等压管b和a内液面相平时，记下精密温度计读数T和辅助 温度计读数T及压差计读数，同时记下精密温度计水银柱露出水面部分温度示值ns（不作温度计露出校正时，可不记T及n）s5. 升高恒温槽温度，每隔5C重复步骤4,测定蒸气压。测完70.0C蒸气压后， 再测乙醇在常压下

8、的沸点（即饱和蒸气压等于实验时大气压力的温度）。在实验过程 中，随水浴温度升高，要移动辅助温度计，使其水银球位于精密温度计露出水面的 水银柱中部。实验过程中要保持等压管全部浸没于水浴中。实验开始和结束时各读 取大气压一次（大气压力计使用方法见第三章大气压力计部分），取平均值。实验完毕，切断电源，关闭冷却水。实验过程记录1. 实验仪器及试剂（包括试剂等级，仪器、装置型号及编号）仪器：饱和蒸汽压测定装置药品：无水乙醇（AR）。2. 实验过程记录及处理结果室温21C大气压101.63kPa温度计浸入部分温度读数050: -4.250100:46实验结果记录：实验结果处理作图T/CTs/C DP/kP

9、a DT/CT+DT p*/kPa1/(T/C) l/(T+DT)/C)lnp*/kPa21.1020.00-92.180.00445321.109.45 0.0033980.003398 2.24601521.0019.00-94.310.00806421.017.320.00340.0034 1.9906125.0019.50-92.670.02569625.038.960.0033540.003354 2.1927731.0120.00-89.230.06202631.0712.400.0032880.0032872.51769634.3020.00-87.550.08808834.39

10、14.080.0032530.0032522.64475538.4220.00-84.410.1256138.5517.22 0.003210.003208 2.84607145.4020.00-77.600.20157445.6024.030.0031390.0031373.17930348.3520.00-73.880.23836748.5927.75 0.003110.0031083.32323654.4027.00-64.210.03682654.4437.420.0030530.003053 3.62220559.6226.00-55.060.07326559.6946.57 0.0

11、030050.003004 3.84095762.5025.00-49.500.09962.6052.13 0.0029790.0029783.95374166.7524.50-36.940.1402766.8964.690.0029420.002941 4.16960772.2024.00-20.120.20205472.4081.51 0.0028960.0028944.40072673.7024.00-17.700.2202773.9283.930.0028830.002881 4.42998377.5425.00-2.730.26513877.8198.900.0028520.0028

12、494.59410977.9524.500.000.27323678.22101.630.0028480.0028464.621339120.00100.0080.0060.0040.0020.00000020.0040.0060.0080.00100.001X温度/c乙醇汽化焓测定1Xy = -4792.5x + 18.253)noltarDnac retf pv?1XR2 = 0.9995)noltarDnac er Qt pv?-4780.1X + 18.209R2 = 0.99942.12.0- 未校正温度温度计校正1.50.0028 0.0029 0.1.6003 0.0031 0.

13、0032 0.0033 0.0034 0.00351/(T/K)实验结果：DH/Jmo2-1 DE/DH校正温度前39844.85-6.45%校正温度后39741.75-6.69%理论值 42590思考题及建议1. 如果要判断等压管 b 处空气是否排净，应如何检查?在初次测量时，重复测量两次蒸汽压，两次相差较小可认为系统中无空气。2. 在实验过程中为什么要防止管b中进入空气？若有空气进入则测得结果将有 什么样的变化?在改造的系统中，已经解决了空气倒灌的问题。实验过程的任何操作不可能导 致空气进入系统。3. 对恒温槽的温度涨落有什么要求？ 在实验操作中放空气、读数据时应如何适 应此涨落？液体在气

14、化室吸热，会导致系统温度下降，放入空气后等待片刻可以保证系统 达到平衡，在改造的系统中，实际上不必等待系统传热平衡，直接读取温度及平衡 压力即可。4. 由于气候条件不同，在不同大气压力下测出的液体蒸气压数据相同吗？ 实验 过程中大气压力的变化对实验结果有影响吗？液体的饱和蒸汽压不会随着气候改变，若测量系统与环境压差，则环境压力改 变会导致蒸汽压计算结果改变，若测定绝压（以真空定压力零点），则气压变化对结 果无影响。5. 大气压力计铜标尺的零点在何处？ 水银柱上方空间含有一定气体，将对大气 压力测定产生怎样的误差？系统已经改变，不再采用水银压力计。6. 在本实验中大气压力计读数是否要作温度校正？水银压差计的压差读数是 否也要进行温度校正？本实验采用电子压力计，无需作温度校正。7. 结合溶液、相平衡知识，试分析当乙醇不纯，若含有甲醇、凡士林或水时， 对测得蒸气压数据会引入正的还是负的误差？根据 Henry 定律，甲醇将对蒸汽压产生正偏差，凡士林或水对蒸汽压产生负偏差。试做说明1、实验装置泄漏严重，实验时真空泵处于开启状态。2、温度计及压力计均未作定值校正，结果可靠性不高。