物理化学实验备课材料

实验4  液体饱和蒸气压的测定

一、基本介绍

压力是体系的一个重要参数，许多物质的物理化学性质，如熔点、沸点，以及吸附、溶解、扩散、化学平衡移动等物理化学过程都与压力有着密切的关系。压力测量是物理化学实验的主要操作技术之一，因此，体系压力的测量具有实用价值。

在一定温度下，与液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下，被测液体处于密闭真空容器中，液体分子从表面逃速成蒸气，同时蒸气分子因碰撞而凝结成浓相。当两者的速率相等时，就达到了动态平衡，此时气相中蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。测定液体饱和蒸气压，可深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系——克劳馅斯—克拉贝龙方程式，求算被被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。。

二、实验目的

1、明确液体饱和蒸气压的定义及气液平衡的概念，了解饱和蒸气压与温度的关系－即克－克方程。

2、测定水在不同外压下的沸点，计算测定温度范围内水的平均摩尔气化热及常压下的沸点。

3、掌握气压计的构造和使用方法。

三、实验原理

在一定温度下，液体与其蒸气达到气液平衡时蒸气的压力，称为液体的饱和蒸气压或称蒸气压。当温度升高时，液体的蒸气压也增大，当蒸气压等于外压时，液体就沸腾，此时的温度就是该压力下液体的沸点。

液体的蒸气压随热力学温度的变化关系可用克拉贝龙方程表示：

dP/dT = △Hv / [T（V_g - V_l）]

式中：△Hv：摩尔汽化热；

      V_g：蒸气的摩尔体积；

      V_l：液体的摩尔体积。

积分后可得：

lgp = A/T + B dT = △Hv / [T（V_g - V_l）]

式中：A = -△Hv/2.303R;B为积分常数。

由实验测定液体的一系列不同温度下的蒸气压数据，然后用lgp对1/T（或1000/T）作图，求出斜率A，再由A求出△Hv。

四．实验仪器及试剂

蒸气压测定装置一套；真空泵1台；气压计一个，调压变压器1台。

五、实验步骤

1、如图装好装置：

2、记录室内大气压，开启冷凝水。

3、检查系统是否漏气。

4、在60～80℃温度范围内测量纯苯的p-T数值：

打开恒温式电磁搅拌器，接触温度计调至60℃，接上外加热器加热。当接近60℃时，断开外加热器，使升温速度尽可能减慢，约每分钟不超过1℃，令同压器内液体苯与水浴温度尽可能接近平衡。

开启活塞E，关闭放空活塞F及开真空泵抽气，减压一段时间，让A球内液面上的空气被排干净。关闭活塞E，打开放空活塞F，停泵。这时A球内的蒸气通过U型管由C向B缓慢地冒泡，U型管液面B比C高。注意调节水浴温度使温度波动很小，并使温度转为稍有下降的趋势，仔渐调节D阀，放入少量空气，使由B管排出的气泡刚好停止放出，但U型管B端的液面仍比C端稍高。注意观察，待温度稍下降，使B端液面与C端齐高时，立即记录温度读数及水银压力计读数（温度读数要迅速，压力计读数可稍慢）。

再把温度升高，使浴温基本上稳定在第二个较高（约高3℃）的温度点上。重复上述操作，记录第二个温度、压力数据，直至苯在常压下的正常沸点为止，相隔约3℃测一个点，共约8～10个点数据。

六、数据记录

七、实验注意事项

1、真空泵在开泵前，必须观察袖标宙中油面的高低。若油面低于袖标直径的四分之三，不可启动。

2、开泵前，必须用手将主轮按箭头方向旋转数困，以排出泵中的存油，否则将喷泊闯车。   

3、在开泵前，首先将三通活塞慢慢与系统接通，抽气的速度以气泡一个个逸出为宜，这样可以避免等位计内液体沸腾过剧，致使8管内的液体抽尽(完)。   

4、等位计中液面间的空气必须排除干净 。

5、液体蒸气压与温度有关，故测定过程控温精度须在土O．1一土0．2K。    6

6、在升温时需随时注意调节活塞H使等位计月管液面保持等位，不发生沸腾，也不能使液体倒灌入4球内。   

7、在停止实验时，应缓设地先将三通活塞打开．使系统通大气，再使油气泵通大气(防止系中的油倒灌)，然后切断电源，最后关闭冷却水，使实验装置复原。

    8、整个实验过程中，要严防空气倒灌，否则．实验要重做。为了防止空气倒灌，在每次读取平衡温度和平衡压力数据前，应先关闭活塞G．然后缓慢城压，使空气缓缓进入测量系统。   

八、思考题： 

1、  △Hv为什么是实验温度范围内的平均值？

在克拉贝龙方程dP/dT = △Hv / [T（V_g - V_l）]中，△Hv被认为是一个常数，所以积分后求出来的△Hv必然是在实验温度范围内的平均值，不然它在克拉贝龙方程中就不能算是一常数。

2、  △vapHm随温度升高而减小，试解释之。根据下式：

d（△vapHm）= [δ(△vapHm)/δT]_pdT + [δ(△vapHm)/δP]_TdP

   推导出单组分系统两相平衡的相变焓（△vapHm）随温度变化的关系式,即Planck方程：

d（△vapHm）/dT = △Cp + △vapHm/T - △vapHm[δln△V/δT]p

    （1）∵lgp = A/T + B = -△vapHm/2.303RT +B

         ∴△vapHm = -（lgp – B）*2.303RT

         ∴T↑，△vapHm↓

    （2）∵d（△vapHm）= [δ(△vapHm)/δT]_pdT + [δ(△vapHm)/δP]_TdP

         ∴d（△vapHm）/dT = [δ(△vapHm)/δT]_p + [δ(△vapHm)/δP]_TdP/dT

                           = △Cp + [δ(△vapHm)/δP]_T*△vapHm / [T△V]

                           = △Cp + △vapHm/T - △vapHm[δln△V/δT]p

九、预备实验数据处理：

Linear Regression  Y = 7.88156-2.18714 X

直线斜率A＝-△Hv/2.303R, △Hv=41.86 kJ/mol