实验一 液体饱和蒸气压的测定

物理化学实验教案(钟爱国) 1

实验一 液体饱和蒸气压的测定

【目的要求】

1. 掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。

2. 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(Clausius- Clapeyron)方程式的意义。

3 . 了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及精密数字压力计的使用及注意事项。 【实验原理】

通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为1atm（101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示：

dlnp?vapHm (1) ?dTRT2式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；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：

lnp???vapHm1??C (2) RT?vapHmR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。

，

测定通常有静态法和动态法，静态法：把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下，蒸气压与外压相等时直接测定外压；或在不同外压下测定液体的沸点。动态法：常用的

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有饱和气流法，即通过一定体积的已被待测物质所饱和的气流，用某物质完全吸收。然后称量吸收物质增加的质量，求出蒸汽的分压力即为该物质的饱和蒸气压。

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2-3-1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。

【仪器试剂】

恒温水浴；平衡管；精密数字压力计；真空泵及缓冲储气罐。 无水乙醇(A.R)

图2-3-1 液体饱和蒸气压测定装置图

1.平衡管；2.搅拌器；3.温度计；4.缓冲瓶；5.恒温水浴；6.三通活塞；7.直通活塞；8.精密数字压力计

【实验步骤】

1. 装样

从加样口注入乙醇，关闭平衡阀1，打开进气阀。启动油泵，抽至气泡成串上窜，可关闭

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进气阀，打开平衡阀1漏入空气，使乙醇充满试样球体积的三分之二和U型管双臂的大部分。

2. 检漏，系统气密性检查

接通冷凝水，关闭平衡阀1，打开进气阀使真空油泵与缓冲储气罐相通。启动油泵，使压力表读数为某一数值（可60，70kPa左右），关闭进气阀，停止抽气，检查有无漏气（看压力表示数在3～5min内是否变化），若无漏气即可进行测定。（注意：在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。）

3. 饱和蒸气压的测定

调节恒温水浴温度30℃，开动油泵缓缓抽气，使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出。如发现气泡成串上窜，可关闭进气阀，缓缓打开平衡阀1漏入空气使沸腾缓和。如此慢沸3～5min，可认为试样球中的空气排除干净，关闭平衡阀2。小心开启平衡阀1缓缓漏入空气，直至U型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。

调节恒温水浴温度33℃，小心开启平衡阀1缓缓漏入空气，直至U型管两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。依次测定36℃，39℃，42℃，45℃，48℃，51℃时乙醇的蒸汽压。

测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。

如升温过程中U型管内液体发生暴沸，可开启平衡阀1漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。

实验结束后，慢慢打开进气阀，使压力表恢复零位。关闭冷却水，关闭压力表、恒温控制仪、恒温水浴电源，并拔下电源插头。

附缓冲储气罐的使用说明：

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、1．安装：

用橡胶管或塑料管分别将进气阀与气泵、装置l接口，装置2接口与数字压力表连接。安装时应注意连接管插入接口的深度要≥15mm，并扣紧，否则会影响气密性。 2．首次使用或长期未使用而重新启用时，应先作整体气密性检查

(1)将进气阀、平衡阀2打开，平衡阀1关闭(二阀均为顺时针关闭，逆时针开启)。启动油泵加压（或抽气）至100KPa～200KPa，数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。 (2)关闭进气阀，停止抽气，检查平衡阀2是否开启，平衡阀l是否完全关闭。观察数字压力表，若显示数字降值在标准范围内(小于0.01Kpa／秒)，说明整体气密性良好。否则需查找并清除漏气原因直至合格。

(3)再作微调部分的气密性检查：

关闭平衡阀1，开启平衡阀2调整微调部分的压力，使之低于压力罐中压力的1/2，观察数字压力表，其变化值在标准范围内(小于±0.01Kpa／4秒)，说明气密性良好。若压力值上升超过标准，说明平衡阀2泄漏；若压力值降超过标准，说明平衡阀1泄漏。 3．与被测系统连接进行测试：

(1)用橡胶管将装置2接口与被测系统连接、装置1接口与数宁压力计连接。打开进气阀与平衡阀2，关闭平衡阀1，启动气泵，加压(或抽气)，从数字压力计即可读出压力罐中的压力值。

(2)测试过程中需调整压力值时，使压力表显示的压力略高于所需压力值，然后关闭进气

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阀，停止气泵工作，关闭平衡阀2，调节平衡阀1使压力值至所需值。采用此方法可得到所需的不同压力值。

4．测试完毕，打开进气阀、平衡阀均可释放储气管中的压力，使系统处于常压下备用。 5．操作注意事项

阀的开启不能用力过强，以防损坏影响气密性。

由于阀的阀芯未设防脱装置，关闭阀门时严禁将阀上阀体旋至脱离状态，以免阀在压力下造成安全事故。

维修阀必须先将压力罐的压力释放后，再进行拆卸。连接各接口时，用力要适度，避免造成人为的损坏。

压力罐的压力使用范围为-100KPa～250Kpa，为了保证安全，加压时不能超出此范围。 使用过程中调节平衡阀1、平衡阀2时压力表所示的压力值有时跳动属正常现象，待压力稳定后方可作实验。

【注意事项】

? 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。

? 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。 ? 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。

? 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。

? 在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。 ? 平衡阀2容易出现问题，一直保持打开状态，不用再调节。

思 考 题

1. 试分析引起本实验误差的因素有哪些？

答：空气排除不干净；温度的波动；不能绝对调平。

2. 为什么AB弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？

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答：为了保证A球上方全是乙醇的蒸气，测定的是乙醇的饱和蒸汽压，所以AB弯管中的空气要排干净。开动油泵抽气，使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出，沸腾后慢沸3～5min，可认为试样球中的空气排除干净。测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以防止空气倒灌。

3. 本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸汽压？为什么？

答：分情况，测定过程中溶液的浓度会发生变化的不能测，但是对于难溶物的饱和溶液或者恒沸物例外可以测定。

4. 试说明压力计中所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压？

答：不是，实验当时的大气压对于压力计来说为零，所以压力计中所读数值为大气压与该温度下的饱和蒸汽压之差。

5. 为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？

答：在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。 【讨论】

降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压

接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa(约100mm汞柱)，加热水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯管内的空气。

停止加热，控制水浴冷却速度在1℃/min内，此时液体的蒸气压(即B管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100摄氏度）和压力计之压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压10kPa(约80mm汞柱)并继续降温，待B、C两管液面再次平齐时，记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次（注意实验中每次递减的压力要逐渐减小），分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温度和压力。在降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即抽气减压，防止空气倒灌。

若发生倒灌现象，必须重新排净AB弯管内之空气。

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答：为了保证A球上方全是乙醇的蒸气，测定的是乙醇的饱和蒸汽压，所以AB弯管中的空气要排干净。开动油泵抽气，使试样球与U型管之间空间内的空气呈气泡状通过U型管中的液体而逸出，沸腾后慢沸3～5min，可认为试样球中的空气排除干净。测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以防止空气倒灌。

3. 本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸汽压？为什么？

答：分情况，测定过程中溶液的浓度会发生变化的不能测，但是对于难溶物的饱和溶液或者恒沸物例外可以测定。

4. 试说明压力计中所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压？

答：不是，实验当时的大气压对于压力计来说为零，所以压力计中所读数值为大气压与该温度下的饱和蒸汽压之差。

5. 为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？

答：在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。 【讨论】

降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压

接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa(约100mm汞柱)，加热水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯管内的空气。

停止加热，控制水浴冷却速度在1℃/min内，此时液体的蒸气压(即B管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100摄氏度）和压力计之压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压10kPa(约80mm汞柱)并继续降温，待B、C两管液面再次平齐时，记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次（注意实验中每次递减的压力要逐渐减小），分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温度和压力。在降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即抽气减压，防止空气倒灌。

若发生倒灌现象，必须重新排净AB弯管内之空气。

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