1、基础化学实验基础化学实验一、实验目的一、实验目的1.1. 用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。2. 2. 了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系。克劳修斯了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系。克劳修斯克拉贝龙克拉贝龙（Clausius-ClapeyronClausius-Clapeyron）方程的意义，并学会由图解法求平均摩方程的意义，并学会由图解法求平均摩尔气化热和正常沸点。尔气化热和正常沸点。实验一 液体饱和蒸气压的测定二、预习要求1. 了确液体饱和蒸气压的定义及气、液两相平衡的概念。2. 掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。3. 了解真空泵、恒
2、温槽、气压计的使用及注意事项。4. 掌握水银温度计的露茎校正方法。 实验一 液体饱和蒸气压的测定三、实验原理三、实验原理 液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯克拉克拉贝龙方程式表示：贝龙方程式表示：2lnRTHdTpdmvapCTRHpmvap 1ln 假定与温度无关，或因温度范围较小，可近似作为常数，积假定与温度无关，或因温度范围较小，可近似作为常数，积分上式，得：分上式，得： 实验一 液体饱和蒸气压的测定RHmvap 为为以以lnp 1/T 作图，得到一条直线，直线的斜率作图，得到一条直线，直线的斜率由斜率可求算液体的由斜率可求算液体的 vapH
3、m。实验一 液体饱和蒸气压的测定四、仪器与药品四、仪器与药品1. 1. 仪器仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置纯液体饱和蒸气压测定装置1 1套。套。2.2.药品药品 蒸馏水。蒸馏水。 实验一 液体饱和蒸气压的测定五、实验步骤五、实验步骤将待测液体装入平衡管中，将待测液体装入平衡管中，A管、管、B管和管和C管各为管各为 体积（如图示）体积（如图示）实验一 液体饱和蒸气压的测定实验一 液体饱和蒸气压的测定 旋转三通活塞旋转三通活塞6 6使系统与真空泵连通，抽气减压至使系统与真空泵连通，抽气减压至压差压差 400mmHg400mmHg时，关闭活塞，使系统与真空泵、大气时，关闭活塞，使系统与真空泵、大气皆
4、不通。观察皆不通。观察2323分钟，若压差能在数分钟内保持不变，分钟，若压差能在数分钟内保持不变，则表明系统不漏气；否则应逐段检查装置，并消除漏则表明系统不漏气；否则应逐段检查装置，并消除漏气原因气原因 。 实验一 液体饱和蒸气压的测定 测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证B B管液面上的压力为液体的蒸气压。排除方法为：接管液面上的压力为液体的蒸气压。排除方法为：接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时弯管内通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时弯管内的空气不断随蒸气经的空气不断随蒸气经C C管逸出，如此沸腾约管逸出，如此沸腾约1010分钟，分钟，可
5、认为弯管内空气被排除干净。可认为弯管内空气被排除干净。实验一 液体饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，打开活塞当空气被排除干净，打开活塞6 6缓缓放入空气缓缓放入空气（切不可太快，如果发生空气倒灌，则须关闭系统并（切不可太快，如果发生空气倒灌，则须关闭系统并重复重复1.2.3.41.2.3.4），直至），直至B B管、管、C C管中液面平齐，关闭活管中液面平齐，关闭活塞，立即记录压差（如果放入空气过多，塞，立即记录压差（如果放入空气过多，C C管中液面低管中液面低于于B B管的液面，须抽气，重新调平齐）。管的液面，须抽气，重新调平齐）。 然后，恒温槽温度依次每升高然后，恒温槽温度依次每升高35
6、35测定一次压测定一次压差，共测差，共测8 8个值。个值。 实验一 液体饱和蒸气压的测定六、注意事项六、注意事项1. 1. 减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。2.2. 必须充分排除净弯管中全部空气，使必须充分排除净弯管中全部空气，使B B管液面上空只含蒸气管液面上空只含蒸气分子。分子。3. 3. 升温法测定中，打开进空气活塞升温法测定中，打开进空气活塞6 6时，切不可太快，以免空时，切不可太快，以免空气倒灌入弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新操作气倒灌入弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新操作. .。 实验一 液体
7、饱和蒸气压的测定七、数据处理七、数据处理1. 1. 绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系数数 d dp/p/d dT T 。2. 2. 以以lnlnp p 对对1/T1/T作图，求出直线的斜率，并由斜率算出作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内水的平均摩尔气化热此温度间隔内水的平均摩尔气化热vapvapH Hm m ，通过图求通过图求算出纯水的正常沸点。算出纯水的正常沸点。 实验一 液体饱和蒸气压的测定八、思考题八、思考题1.1. 为什么弯管中的空气要排除干净，怎样操作，怎样防为什么弯管中的空气要排除干净，怎样操作，怎样防止空
8、气倒灌？止空气倒灌？2.2. 何时读取何时读取U U型压力计两臂的压差值，所读数值是否是型压力计两臂的压差值，所读数值是否是纯水的饱和蒸气压？纯水的饱和蒸气压？3. 3. 引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计？引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计？ 实验一 液体饱和蒸气压的测定一、实验目的一、实验目的 绘制常压下环己烷绘制常压下环己烷- -乙醇双液系的乙醇双液系的T-x T-x 图，并找出恒图，并找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。掌握阿贝折射仪的使用沸点混合物的组成和最低恒沸点。掌握阿贝折射仪的使用方法。方法。 实验二 完全互溶双液系的平衡相图二、实验原理二、实验原理 常
9、温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两液体能按任意比例相互溶解，则称完全互溶双液体系；若只能液体能按任意比例相互溶解，则称完全互溶双液体系；若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。双液体系的沸点不仅与外部分互溶，则称部分互溶双液体系。双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。恒压下将完全互溶双液体压有关，还与双液体系的组成有关。恒压下将完全互溶双液体系蒸馏，测定馏出物系蒸馏，测定馏出物( (气相气相) )和蒸馏液和蒸馏液( (液相液相) )的组成，就能找出的组成，就能找出平衡时气、液两相的成分并绘出平衡时气、液两相的成分
10、并绘出T-xT-x图。如图图。如图1 1所示：所示：实验二 完全互溶双液系的平衡相图 图中纵轴是温度图中纵轴是温度( (沸点沸点)T)T，横轴是液体横轴是液体B B的摩尔分数的摩尔分数xBxB( (或或质量百分组成质量百分组成) )。上面一条是气相线，下面一条是液相线，对。上面一条是气相线，下面一条是液相线，对于某一沸点温度所对应的二曲线上的两个点，就是该温度下气于某一沸点温度所对应的二曲线上的两个点，就是该温度下气液平衡时的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得，液平衡时的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得，即即x x、y y。 图图1 1 完全互溶双液系的相图完全互溶双液系的相
11、图实验二 完全互溶双液系的平衡相图 本实验采用回流冷凝的方法绘制环己烷本实验采用回流冷凝的方法绘制环己烷-乙醇体系的乙醇体系的T-x图。其方法是用阿贝折射仪测定不同组分的体系在沸点温图。其方法是用阿贝折射仪测定不同组分的体系在沸点温度时气相、液相的折射率，再从折射率度时气相、液相的折射率，再从折射率-组成工作曲线上查组成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制得相应的组成，然后绘制T-x 图。图。 实验二 完全互溶双液系的平衡相图三、仪器与试剂三、仪器与试剂沸点仪沸点仪1 1套；套；恒温槽恒温槽1 1台；台；阿贝折射仪阿贝折射仪 1 1台；台；移液管移液管(1mL(1mL，2 2支、支、10mL10
12、mL，2 2支支) )；具塞小试管具塞小试管9 9支。支。环己烷环己烷(A.R.)(A.R.)；无水乙醇无水乙醇(A.R.)(A.R.)。实验二 完全互溶双液系的平衡相图 调节恒温槽温度比室温高调节恒温槽温度比室温高5，通恒温水于阿贝折，通恒温水于阿贝折射仪中。射仪中。 图图2 恒温槽和电接点温度计恒温槽和电接点温度计1.磁性螺旋调节器；磁性螺旋调节器；2.电极引出线；电极引出线； 3.指示螺母；指示螺母；4.可调电极；可调电极；5.上标尺；上标尺； 6.下标尺下标尺 四、实验实验步骤骤 实验二 完全互溶双液系的平衡相图 测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线测定折射率与组成的关系，绘制工作曲线
13、 将将9 9支小试管编号，依次移入支小试管编号，依次移入0.100mL0.100mL、0.200m0.200mL L、0.900mL0.900mL的环己烷，然后依次移入的环己烷，然后依次移入0.90.900mL00mL、0.800mL0.800mL、0.100mL0.100mL的无水乙醇，的无水乙醇，轻轻摇动，混合均匀，配成轻轻摇动，混合均匀，配成9 9份已知浓度的溶份已知浓度的溶液。用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及液。用阿贝折射仪测定每份溶液的折射率及纯环己烷和纯无水乙醇的折射率。纯环己烷和纯无水乙醇的折射率。以折射率对浓度作图以折射率对浓度作图( (按纯样品的密度，换算成质量百分度按纯样
14、品的密度，换算成质量百分度) )，即得工作曲线。即得工作曲线。实验二 完全互溶双液系的平衡相图 测定环己烷测定环己烷- -乙醇体系的沸点与乙醇体系的沸点与组成的关系组成的关系 按照图按照图2 2所示，安装好沸点仪，所示，安装好沸点仪，打开冷却水，加热使沸点仪中溶液沸打开冷却水，加热使沸点仪中溶液沸腾。最初冷凝管下端袋状部的冷凝液腾。最初冷凝管下端袋状部的冷凝液不能代表平衡时的气相组成。将袋状不能代表平衡时的气相组成。将袋状部的最初冷凝液体倾回蒸馏器，并反部的最初冷凝液体倾回蒸馏器，并反复复2323次，待溶液沸腾且回流正常，次，待溶液沸腾且回流正常，温度读数恒定后，记录溶液沸点。温度读数恒定后，
15、记录溶液沸点。图图3 3 沸点仪沸点仪1-1-温度计，温度计，2-2-进样口，进样口，3-3-加热丝，加热丝，4-4-气相冷凝液取样口，气相冷凝液取样口，5-5-气相冷凝液气相冷凝液 实验二 完全互溶双液系的平衡相图用毛细滴管从气相冷凝用毛细滴管从气相冷凝液取样口吸取气相样品，液取样口吸取气相样品，把所取的样品迅速滴入把所取的样品迅速滴入阿贝折射仪中，测其折阿贝折射仪中，测其折射率射率ng。再用另一支滴再用另一支滴管吸取沸点仪中的溶液，管吸取沸点仪中的溶液，测其折射率测其折射率nl。 加样加样阿贝折射仪阿贝折射仪实验二 完全互溶双液系的平衡相图 本实验是以恒沸点为界，把相图分成左右两半支，分两
16、本实验是以恒沸点为界，把相图分成左右两半支，分两次来绘制相图。具体方法如下：次来绘制相图。具体方法如下：(1) 右半支沸点右半支沸点-组成关系的测定组成关系的测定 取取20mL无水乙醇加入沸点仪中，然后依次加入环己烷无水乙醇加入沸点仪中，然后依次加入环己烷0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、4.0mL、14.0mL。用前述用前述方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率ng、液相组分折射液相组分折射率率nl。 实验完毕，将溶液倒入回收瓶中实验完毕，将溶液倒入回收瓶中。实验二 完全互溶双液系的平衡相图(2) (2) 左半支沸点左半支沸点- -组成关系的测
17、定组成关系的测定 取取25mL环己烷加入沸点仪中，然后依次加入无水乙醇环己烷加入沸点仪中，然后依次加入无水乙醇0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、1.0mL、5.0mL。用前述用前述方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率方法分别测定溶液沸点及气相组分折射率ng、液相组分折射液相组分折射率率nl。 实验二 完全互溶双液系的平衡相图由于整个体系并非绝对恒温，气、液两相的温度会有少由于整个体系并非绝对恒温，气、液两相的温度会有少许差别，因此沸点仪中，温度计水银球的位置应一半浸许差别，因此沸点仪中，温度计水银球的位置应一半浸在溶液中，一半露在蒸气中。并随着溶液量的增加要不在溶液中，一半露在蒸
18、气中。并随着溶液量的增加要不断调节水银球的位置。断调节水银球的位置。实验中可调节加热电压来控制回流速度的快慢，电压不实验中可调节加热电压来控制回流速度的快慢，电压不可过大，能使待测液体沸腾即可。加热丝不能露出液面，可过大，能使待测液体沸腾即可。加热丝不能露出液面，一定要被待测液体浸没一定要被待测液体浸没。 五、注意事项项实验二 完全互溶双液系的平衡相图在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成 分分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较大时，变化更为明显。为此溶液中两种组
19、成的量相差较大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流1 12min2min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。后，即可取样测定，不宜等待时间过长。每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。 实验二 完全互溶双液系的平衡相图1.将测得的折射率将测得的折射率-组成数据列表，并绘制成工作曲线。组成数据列表，并绘制成工作曲线。2.将实验中测得的沸点将实验中测得的沸点-折射率数据列表，并从工作曲线上查
20、得相应的组折射率数据列表，并从工作曲线上查得相应的组成，获得沸点与组成的关系。成，获得沸点与组成的关系。数数据处处理浓度浓度纯环己烷纯环己烷1.4266折折射射率率纯乙醇纯乙醇1.3614查得相应的查得相应的组成组成实验二 完全互溶双液系的平衡相图3.绘制环己烷绘制环己烷-乙醇体系的乙醇体系的T-x图，并标明最低恒沸点和组成。图，并标明最低恒沸点和组成。4.在精确的测定中，要对温度计的外露水银柱进行露茎校正。在精确的测定中，要对温度计的外露水银柱进行露茎校正。 环己烷环己烷温温度度t乙醇乙醇65708075实验二 完全互溶双液系的平衡相图1.1.该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为什么？时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为什么？2.2.过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？3.3.在连续测定法实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什在连续测定法实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什么？么？ 七、思考题题实验二 完全互溶双液系的平衡相图
