纯液体饱和蒸汽压的测定Word文档下载推荐.doc
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(1)
式中,T为热力学温度,R为摩尔气体常数,P为纯液体在温度T时的饱和蒸气压;
ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。
假定ΔvapHm与温度无关,或因温度范围较小,ΔvapHm可以近似作为常数,积分上式,得:
(2)
其中C为积分常数。
由此式可以看出,以lnp对1/T作图,应为一直线,直线的斜率为,由斜率可求算液体的ΔvapHm。
当蒸气压与外界压力相等时液体便沸腾。
因此在各沸腾温度下的外界压力就是相应温度下液体的饱和蒸气压。
外压为101.325kPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。
2.静态法、低压技术:
静态法测定液体饱和蒸气压,是指在某一温度下,直接测量饱和蒸气压,此法一般适用于蒸气压比较大的液体。
静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压,有升温法和降温法二种。
本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压,所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置,如图1所示:
平衡管由A球和U型管B、C组成。
平衡管上接一冷凝管,以橡皮管与压力计相连。
A内装待测液体,当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气,而B管与C管的液面处于同一水平时,则表示B管液面上的(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。
此时,体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。
图1.液体饱和蒸气压测定装置图
1.恒温槽;
2.冷凝管;
3.压力计;
4.缓冲瓶平衡阀;
5.平衡阀2(通大气用);
6.平衡阀1(抽真空用);
8平衡管
【仪器与试剂】
精密数字压力计,玻璃恒温水浴,液体饱和蒸气压测定装置,旋片式真空泵,纯水
【实验步骤】
1、装置仪器:
将待测液体装入平衡管A球约2/3体积,U形管中液面以平衡后接近B球和C球底部为佳,然后按装置图装妥各部分,所有接口处要严密。
将精密数字压力计的电源接通并打开,单位选择mmHg一档,并在大气压条件下置零。
2、系统气密性检查:
关闭直通活塞,旋转三通活塞使系统与真空泵连通,开动真空泵,抽气减压至压力计显示压差为400mmHg时,关闭三通活塞停止抽气,观察压力计示数,如果压力计的示数在3-5min内保持不变,则表明系统不漏气。
否则应逐段检查,消除漏气原因。
3、排除空气:
检查不漏气后,接通冷凝水,开启搅拌装置,将恒温槽调至40℃左右,继续抽气降压接近730mmHg,此时AB弯管内的空气不断随蒸气从C管逸出,如此沸腾3-5min后,可认为空气被排除干净。
4、不同温度下水的饱和蒸汽压的测量:
当空气被排除干净,且体系温度恒定后,旋转直通活塞慢慢放入空气,直至BC管中液面平齐,关闭直通活塞,记录温度与压力。
然后用同样地方法,将恒温槽温度每升高5℃测量,记录各个温度和对应的压力。
从低温到高温依次测定,共测6-8组。
5、最后打开直通活塞,关闭回流水、真空泵、电源。
【数据记录与处理】
1、数据记录:
室温:
25.5℃气压计读数:
102.43kPa经温度校正后的大气压值(P大,校):
102.005kPa
温度t/℃
温度T/K
1/T/K-1
测压仪的示数/mmHg
测压仪的示数/Pa
蒸气压p/Pa
lnp
40
313.13
0.003194
-710
-94657.2
7347.8
8.902156
45
318.13
0.003143
-694.9
-92644.1
9360.932
9.1443
50
323.13
0.003095
-674.3
-89897.7
12107.32
9.401566
54.99
328.12
0.003048
-649.1
-86538
15466.99
9.646463
60
333.13
0.003002
-618.5
-82458.4
19546.58
9.880556
65
338.13
0.002957
-581.2
-77485.6
24519.42
10.10722
69.89
343.02
0.002915
-536.7
-71552.8
30452.16
10.32391
2、作lnp-1/T图得:
当压力为1atm(101.325Pa时),lnp=4.618333,代入上述公式可得1/T=0.00268,可算得纯水的正常沸点为T正常=373.1302K。
3、△vapHm=-Rm=42667.4J/mol=42.667KJ/mol
4、计算相对误差:
查阅文献知纯水沸点为373.13K,水的摩尔汽化热为40.8KJ/mol
T正常相对误差Et=(373.1302-373.15)/373.15×
100%=-0.0053%
△vapHm相对误差Et=(42.667-40.8)/40.8×
100%=4.57%
【结果与讨论】
1、作lnp-1/T图直线相关性较高,线性较好,适宜用于进行平均摩尔汽化热△vapHm与正常沸点T正常的代入计算。
2、根据计算结果与文献值比较,纯水沸点的测定误差很小,为-0.0053%,主要是进气旋塞控制得好,没有出现回气的情况,且加热过程中也较为平稳。
但温度较高的时候较易出现误差,还没到达预设温度水就沸腾了,测得的水的摩尔汽化热比文献值略高,这也可能与恒温水浴装置灵敏度不高等问题相关。
【实验注意事项】
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。
2、抽气速度要合适,必须防止平衡管内液体沸腾过剧,致使B管内液体快速蒸发。
3、实验过程中,必须充分排除净AB弯管空间中全部空气,使B管液面上空只含液体的蒸气分子。
AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下,否则其温度与水浴温度不同。
4、测定中,打开进空气活塞时,切不可太快,以免空气倒灌入AB弯管的空间中。
如果发生倒灌,则必须重新排除空气。
【思考题】
1、什么是液体的饱和蒸汽压?
什么叫正常沸点?
液体的沸点与外压有何关系?
答:
液体沸点随外压增大而增大。
2、本实验方法能否用于测定其它溶液的蒸汽压?
为什么?
不可以。
因为溶液浓度随着溶剂的蒸发而增大,蒸汽压也因此变化,故难以测量准确。
3、等压计U形管液体有什么作用?
冷凝器有什么作用?
U型管的作用是封闭气体,防止空气进入AB管内,保证液面上的压力为液体的蒸汽压,同时用于观察U型管两端液面是否相平,以判断两端压力是否相等。
冷凝器的作用是冷凝U型管内的蒸汽,防止蒸干。
4、能否在加热情况下检查是否漏气?
不能。
加热过程中温度不能恒定,气-液两相不能达到平衡,压力也不恒定
5、实验中为什么要防止空气倒灌?
若发生倒灌则管内不再是纯液体的蒸汽,测量的将不是纯液体蒸汽压。
6、实验时抽气和漏入空气的速度应如何控制?
不论抽气还是漏入空气都应该尽可能地慢,防止气压变化过大在管中变化过于明显,导致出现倒灌或者爆沸的现象
7、实验时大烧杯中的水为什么一定要淹没等压计的U形管?
保证整个体系处于同一恒温状态,使得U形管左右两边温度相等,才能用外压等效处理为U形管内饱和蒸汽压强。
【参考文献】
[1]何广平南俊民等物理化学实验.北京:
化学工业出版社,2008
[2]付献彩、沈文霞、姚天扬,《物理化学》,第四版,上册
6
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- 液体 饱和 蒸汽 测定
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