1、德州学院化学系 化化学学基基础实验础实验物理化物理化学学部分部分纯液体饱和蒸气压的测定纯液体饱和蒸气压的测定德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验目的实验目的1. 明确纯液体饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系-克劳修斯-克拉贝龙方程式。2. 学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的 平均摩尔汽化热和正常沸点。3. 用数字式真空计测定乙醇在不同温度下的饱和 蒸气压，初步掌握低真空实验技术。 德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验原理实验原理 1. 饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念始态始态: 只有液体只有液体平衡态平
2、衡态:液体和饱和蒸气液体和饱和蒸气 如果将某纯液体放在一个密闭的真空容器内，这时液体不断蒸发为蒸汽，然后蒸汽也开始凝聚为液体，在一定温度下，当蒸发与凝聚的速率相等时，这种动态平衡称为气液平衡。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分时间时间在测量温度在测量温度下的蒸气压下的蒸气压始态始态: 只有液体只有液体平衡态平衡态:液体和饱和蒸气液体和饱和蒸气 这时的液体称为饱和液体，蒸汽称为饱和蒸汽，蒸汽的压力称为该液体的饱和蒸汽压。 实验原理实验原理 饱和蒸汽压是首先由物质的本性决定的，任何物质在任何条件下，都具有饱和蒸汽压。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 给处于开口
3、容器内的液体加热，饱和蒸汽压会随着温度的升高而增大，当蒸汽的压力增加到与外界的大气压力相等时，液体就沸腾，这时的温度称为液体的正常沸点。 纯物质的饱和蒸气压除与物质本性有关外，主要受温度的影响，温度越高相应的饱和蒸汽压越大。实验原理实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验原理实验原理2. 克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙方程式克拉贝龙方程式 设有1 mol物质，气-液平衡的Clapeyron方程为vapmvapmddHpTTV 说明了蒸汽压随温度的变化率（单组分相图上两相平衡线的斜率）受焓变和体积变化的影响。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验原理实验原理
4、 对于气-液两相平衡，并假设气体为理想气体，将液体体积忽略不计，则vapmdd(g)HpTTVvapm2dlndHpTRTvap(/)HT nRTp2. 克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙方程式克拉贝龙方程式德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验原理实验原理 式中: R为摩尔气体常数，T为热力学温度 p为液体在温度T时的饱和蒸气压 vapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热（J.mol-1）(1) ln2RTHdTpdmvap 克劳修斯-克拉贝龙方程式表示纯液体的饱和蒸气压与温度的关系: 2. 克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙方程式克拉贝龙方程式德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化
5、学部分在温度较小的变化范围内， vapHm可视为常数，积分（1）式可得：（2）BTRHpmvap1ln实验原理实验原理(1) ln2RTHdTpdmvap德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分3. 图解法求被测液体的平均摩尔汽化热和正常沸点。或用lnP对1/T作图 ，得一直线，斜率为RHmvap 由斜率可求算液体的平均摩尔汽化热vapHm，由直线图可求正常沸点。实验原理实验原理BTRHpmvap1ln德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 在一定温度和压力下，用某物质完全吸收已被待测液体所饱和的气流，然后称量吸收物质增加的重量。 1饱和气流法饱和气流法实验原理实验原
6、理 可以计算蒸气的分压，这个分压就是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。4. 测定液体饱和蒸汽压的主要方法。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 3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比较大的液体。实验原理实验原理2动态法 利用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。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 饱和气流法的优点是可测液体的饱和蒸气压，亦可测定固态易挥发物质，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
7、测值偏低。 动态法的优点是对温度的控制要求不高，对于沸点低于100的液体，如四氮化碳、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸等亦可达到一定的精确度。 这些方法中以静态法准确性较高，静态法以等位计的两臂液面等高来观察平衡，较灵敏。缺点是对较高温度下的蒸气压测定，由于温度难以控制而准确度较差。 实验原理实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分仪器药品仪器药品1. 仪器：纯液体饱和蒸气压测定装置1套（平衡管） DP-AF精密数字压力计 SYP玻璃恒温水浴装置1套 缓冲储气罐(或真空稳压包)1个 旋片式真空泵1个 福廷式气压计1个 乳胶管 橡皮管2. 药品：无水乙醇德州学院化学系德州学院化学系
8、化学基础实验物理化学部分准备： 利用旋片式真空泵将缓冲储气罐（或真空稳压包）减压至真空度达-90kPa以上)。实验步骤实验步骤-静态法静态法旋片式真空泵缓冲储气罐德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分1.装置仪器：按图装各部分实验步骤实验步骤-静态法静态法德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分2. 系统气密性检查 实验步骤实验步骤-静态法静态法关闭储气罐的平衡阀 l，打开进气阀和平衡阀2，当数字压力表的示数为-50 - 60kPa时，关闭进气阀。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分观察数字压力表的读数，若读数不变，则系统不漏气；若读数下降，则系统漏气
9、，应逐段检查，找到系统漏气原因。2. 系统气密性检查 实验步骤实验步骤-静态法静态法德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分3. 向平衡管中加药品 在平衡管的A管中装入2/3体积的乙醇，在B、C管中也装入少量乙醇， B、C管中不可装太多，否则既不利于观察液面，也易于发生空气倒灌。ABC3221无水乙醇无水乙醇无水乙醇无水乙醇水浴水浴平衡管平衡管(u型等位计型等位计)实验步骤实验步骤-静态法静态法德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分4.排除平衡管AB弯管空间内的空气 实验步骤实验步骤-静态法静态法将恒温槽温度调至一般比室温高2左右，接通冷凝水，打开平衡阀2 使系统降压
10、，至液体轻微沸腾。此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。CBA德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分5.饱和蒸气压的测定 实验步骤实验步骤-静态法静态法当空气被排除干净且体系温度恒定后，慢慢打开平衡阀1，B管中的气泡将逐渐减少直至消失，B管液面上升，而C管液面下降，当B、C管两液面相平时，立即关闭平衡阀1 ，读取数字压力计的读数。CBA德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分如果放入空气过多，C管液面低于B管的液面发生空气倒灌，须重新实验。5.饱和蒸气压的测定 实验步骤实验步骤-静态法静态法依次将恒温槽温度升高恒温至30、35
11、、40、45、50、55等，分别测其温度下的饱和蒸气压。CB德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分6. 实验结束实验结束 慢慢打开平衡阀慢慢打开平衡阀1，使压力表恢复零位，使压力表恢复零位; 将进气阀旋至与大气相通将进气阀旋至与大气相通; 关闭冷却水关闭冷却水; 拔去所有电源插头拔去所有电源插头; 整理好仪器装置。整理好仪器装置。 实验步骤实验步骤-静态法静态法德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分数据处理数据处理1.数据记录表：数据记录表： 将温度、压力数据列表，算出不同温度的饱和蒸气压。 大气压= kPa 室温 温度温度T水浴水浴 /K1/T （ K-1）真空度
12、真空度/kPa蒸汽压蒸汽压P/kPalnpP P（蒸汽压）（蒸汽压）= =大气压大气压 + + 数字压力表的读数（负值）数字压力表的读数（负值）德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分数据处理数据处理3.通过图求算出乙醇的正常沸点，与文献值比较，分析误差及其产生的原因。2.以lnp对 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内乙醇的平均摩尔气化热vapHm；与文献值比较，分析误差及其产生的原因。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分思考题思考题1. 如何判断平衡管中空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？怎样防止空气倒灌?2. 升温时如液体急剧气化，应作何处理？3. 每次测定前是否需要重新抽气？4. 根据恒温装置的灵敏度，分析该恒温装置的温度对数据误差的影响。
