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1、南京大学化学化工学院物理化学试验教案邱金恒液体饱和蒸气压的测定静态法1 试验目的1.1 了解用静态法亦称等位法测定异丙醇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。1.2 把握真空泵、恒温槽及气压计的使用。1.3 学会用图解法求所测温度范围内的平均摩尔汽化热及正常沸点。2 试验原理肯定温度下，在一真空的密闭容器中，液体很快和它的蒸气建立动态平衡，即蒸气 分子向液面分散和液体分子从外表逃逸的速度相等，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，液体的蒸气压与温度有肯定关系，温度上升，分子运动加剧， 因而单位时间内从液面逸出的分子数增多，蒸气压增大。反之，温度降低时
2、，则蒸气压 见小。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。我们把外压为 101325Pa 时沸腾温度定为液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程来表示1d ln p =DH1dTRT 2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， DH为液m体摩尔汽化热，R 为气体常数。在温度变化较小的范围内，则可把DH视为常数，当m作平均摩尔汽化热，将上式积分得：lg p = -DHm+ A22.303RT式中A 为积分常数，与压力p 的单位有关。由2式可知，在肯定范围内，测定不同温度下的
3、饱和蒸气压，以lg p 对 1 作图，可得始终线，而由直线得斜率可以求出T试验温度范围的液体平均摩尔汽化热DH。m静态法测蒸气压的方法是调整外压以平衡液体的蒸气压，求出外压就能直接得到该温度下的饱和蒸气压。3 仪器与药品恒温装置 1 套；真空泵及附件 1 套；气压计 1 台，等位计 1 支；数字式低真空测压仪 1 台。异丙醇A.R.南京大学化学化工学院物理化学试验教案邱金恒试验装置图：图 11等位计；2. 搅拌器；3. 温度计；4.冷阱图 2 等位计构造泵 5. 低真空测压仪；6. 稳压瓶；7. 接真空泵4 试验步骤4.1 初次使用前洗净等位计和冷凝管并烘干。4.2 从等位计磨口处参加肯定量的
4、液样，塞上磨口塞。手握等位计调整其位置，用排气的方法使液样流入样品球，至球内装有约 2/3 的样品，同时使等位计 U 型管内的样品根本装至两等位球的一半左右。4.3 在磨口处将四球等位计和冷凝管接上、旋紧，套上橡皮筋或弹簧。磨口处不宜涂凡士林或真空脂，以免污染试样。4.4 检漏 等位计与真空装置连接,接上冷凝水管并翻开冷却水，关闭活塞H，G。翻开真空泵抽气系统，翻开活塞 G，使低真空测压仪上显示压差为 4000Pa5300Pa(300mmHg 400mmHg)。关闭活塞G，留意观看压力测量仪的数字的变化。假设系统漏气，则压差测量仪显示数确定值渐渐变小。这时细致分段检查，查找漏气部位，设法消退。
5、4.5 调整恒温槽至所需温度后，翻开活塞G 缓缓抽气，使A 球中液体内溶解的空气和A、B 空间内的空气呈气泡壮通过 B 管中液体排出。抽气至等位段中的样品沸腾，即关闭活塞并调整 H，使空气缓慢浸入测量系统，使沸腾停顿并调至 B 管中双臂液面等高，从压力测量仪上读出压力差。同法再次抽气，再调整 B 管中双臂液面等高，从压力测量仪上读出压力2南京大学化学化工学院物理化学试验教案邱金恒差。，直至两次的压力差读数相差无几，则表示A 球液面上的空间已全被异丙醇布满，登记压差测量仪上的读数。4.6 第一个温度测定后，逐一转变温度，直接调等位登记压差测量仪上的读数,直至测测完 8 个不同温度时的压差数据每个
6、温度间隔为4K。在试验开头时，从气压计读数取当天的大气压。4 试验数据处理4.6 数据记录表 1 试验时系统温度和气压记录表12345678T/K301.0305.0309.0313.0317.0321.0325.0329.0P/KPa-95.30-93.71-91.57-88.81-85.40-81.00-76.21-71.20P/KPa6.588.1710.3113.0716.4820.8825.6730.68lgP3.8183.9124.0134.1164.2174.3204.4094.4871/T10-33.3223.2793.2363.1953.1553.1153.0773.040表
7、 2 试验前后环境的气压和温度记录表试验开头时试验完毕时平均值p/KPa101.91101.84101.88T/17.9818.2218.104.7 数据处理3图 3 lg P1/T 直线4.8 由上图得，直线的斜率为2333由此算得：DHvap= 2333DHvapm2.303R= 44.67 KJ / mol将点3.030 e-3，4.485代入后算得 A=11.55lgPa 将标准大气压 101325Pa 代入，求得T 为：lg101325 = -2333 1 +11.55TT=356.5K所以t= 356.5 - 273.15 = 83.35 b5 思考题5.1 本试验方法能否用于测定
8、溶液的蒸气压，为什么？答：本试验不能测溶液的蒸气压。考虑一下静态法测蒸汽压的原理。假设是溶液，则溶质和溶剂的蒸气压不同，试验过程不断抽气及转变温度会转变待测溶液的组成，所测量出的蒸气压值无意义恒沸物体系除外。5.2 温度越高测出的蒸气压误差越大，为什么？ 答：由于蒸气压与温度是指数函数关系，p-t图aPK 2040353025/P1510500102030T/405060由图可看出PT 曲线是双曲线，温度越高，斜率越大，一样T 对应的P 也越大，因此，温度越高蒸气压测定误差越大。6 争论6.1 测定液体饱和蒸气压的三种方法：6.1.1 饱和气流法：肯定温度压力下，通过肯定体积已被待测液体所饱和
9、的气流，用某物质完全吸取，然后称量吸取物质增加的质量，便可计算处蒸气的分压，这个分压即为该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体及溶液蒸气压的测定。6.1.2 静态法：在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压， 此法一般适用于蒸气压较大的液体。6.1.3 动态法：利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同外压时的沸点，就可求出不同温度下的蒸气压。6.2 测定方法比较这些方法中，静态法的准确度较高，即便蒸气压只有1333Pa10mmHg左右也能测定。静 态法以等位计的两臂液面等高来观看平衡教灵敏，被测液体所吸取或溶解的气体和比被测液
10、 体更大挥发性的杂志能大局部被去除。但对较高温度下的蒸气压的测定，由于温度难以掌握 而准确性教差。动态法的优点是对温度的掌握要求不高，一半对于沸点低于100的液体， 如四氯化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可到达肯定的准确度。而饱和气流法不仅可以测液体的饱和蒸气压，亦可测定固体易挥发物质，如碘的蒸气压。它的缺点是通常不易达 到真正的饱和状态，因此实测值偏低。故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的降低。6.3 试验中应留意的问题6.3.1 先开启冷却水,然后才能抽气。6.3.2 试验系统必需密闭,肯定要认真检漏。6.3.3 必需在等位仪等位管中的样液沸腾时即可进展测定。6.3.4 升温过程可预放入
11、少许空气,以防止等位管中液体暴沸。6.3.5 液体的蒸气压与温度有关,所以测定过程中须严格掌握温度。6.3.6 放入空气必需缓慢,否则 U 等位管中的液体将反压入试样球中。6.3.7 开、停真空泵时必需严格按操作规程进展,且与系统接通时要缓慢,以防止因压力骤变而损坏压力表。6.3.8 空气倒灌入试样球中,则需重抽气前方可进展测定。6.3.9 试验完毕后,使压差测量仪复零,关闭冷却水,拔去全部电源插头6.4 试验关键6.4.1 空气要抽干净，但又不能过多抽去等位短内的样品。6.4.2 调等位时，无论是抽气或放气都必需尽可能缓慢，特别要避开将样品倒压回样品球内。6.4.3 另一个关键问题就是要等气
12、液到达平衡后才能测定。不宜温度一到，马上调整液面读数。由于温度显示虽到设定值，但气液两相的平衡还没到达，会略微滞后。所以在试验中温度显示到设定值后要略为等待再调等位读数。6.4.4 停泵前肯定要将三通活塞接通大气。6.5 Hm 的误差传递表达式DH2.303RTT=1 2lg( p2/ p )1mT - T21d (DH)dTdTd (lg( p/ p )d (T- T )则DH m=1 +2 +TTlg( p21/ p )+21-TT即D(DHm12)DTDTDp212Dp1DT + DTmDH=m1 +2TT12+2.303 p11lg( p2+/ p )2.303 p122lg( p2+21/ p )T - T1211假定T1T2= 298.2 0.1K , p1= 308.2 0.1K , p2= 95.792 0.001KPa= 91.326 0.001KPa将数据代入式1得mD(DH)DH= 0.00034 + 0.00032 + 0.00023 + 0.00022 + 0.02 2%m试验最大相对误差为 2%。由计算可看出，误差主要来源于温度的测量，因此要严格留意控温顺测温。
南京大学物化实验系列液体饱和蒸气压的测定——静态法
