物化实验二液体饱和蒸气压的测定Word文档格式.docx

物化实验二液体饱和蒸气压的测定Word文档格式.docx

《物化实验二液体饱和蒸气压的测定Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物化实验二液体饱和蒸气压的测定Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（2－4）

在实验中只要测得不同外压下的沸点，也就测得这一温度下的饱和蒸气压。

（二）仪器与药品

2XZ-2B型旋片真空泵一台（上海真空泵厂;

抽速2L/S;

极限真空2³

10-2Pa;

转速1430r/min;

功率0.37KW）

D25-2电动搅拌器一台（杭州仪表电机厂;

转速4000r/min;

输出功率25W）

CL-150型电炉一台（上海产;

功率1500W）

U型压力计一支（测量范围±

40cm;

精度1mm;

误差0.5mm）

水银温度计一支（测温上限102℃；

精度0.1℃；

误差0.05℃）

玻璃烧杯一只（容量5000mL）

（三）实验内容

1、如下图为实验装置图:

图2-1纯液体饱和蒸汽压测定装置图

1-盛水大烧杯;

2-温度计（分度值为0.1°

）;

3-搅拌;

4-平衡管;

5-冷凝管;

6-开口U形水银压力计;

7-具有保护罩的缓冲瓶;

8-进气活塞;

9-抽气活塞;

10-放空活塞;

11-安全瓶;

12、13-橡皮管14-三通活塞

熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。

2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。

使A球内有2/3体积的液体。

并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。

平衡管中液体的装法有两种：

一是把A管烘烤，赶走空气，迅速在C管中加入液体，冷却A管，把液体吸入。

二是将C管中加入液体，将平衡管与一水泵相连接，抽气，并突然与水泵断开，让C管的水流入A管。

3、系统检漏：

管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。

这样做是为了防止真空泵油倒吸。

用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为20—40毫米，关闭活塞9。

仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。

否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。

4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定：

A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并使其全部浸没在液体中。

插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。

B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。

此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。

将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。

拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。

C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C管中逐渐有气泡逸出。

本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。

停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。

这个温度便是实验大气压条件下液体的沸点。

D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。

立即记下此时的温度和U形压力计上的读数。

此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。

E、继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度，反复多次，约10个点。

温度控制在80C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。

为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。

6、实验结束时，再读取大气压，把三次记录的值取平均。

（四）结果与讨论

4.1结果

从附录中的实验数据处理与误差分析可以得到：

实验测得的水的摩尔汽化热为△vapHm=41.42KJ/mol

与文献值40.88kJ/mo的相对误差为

|40.88-41.42|/41.42*100%=1.32%

实验测得的正常沸点实验值为Tb=372.29K

与文献值373.1的相对误差为

|373.15-372.29|/372.29*100%=0.23%

4.2误差分析与讨论

1、从附录中的实验分析数据以及lnP~1/T的很好的线性关系基本上验证了克拉贝隆-克劳修斯方程；

2、实验中所测得的平均摩尔汽化热叫理论值偏大，可能原因有：

（1）系统误差：

实验中用克拉贝隆-克劳修斯方程作为实验的基本原理，但是该方程本身就是一个近似方程，它做了三个近似：

忽略凝聚体的体积；

相变焓不随温度而改变；

假设气体为理想气体。

实验中水的汽化焓会随着温度的升高而增大。

（2）操作误差：

（a）实验处理中需要测量实验室中的大气压，而实验台离气压计较远，并不能及时观察数据，使得数据有误差，但是实验中采用实验前后测量的大气压的平均值作为实验数据，大大地减少了该误差；

（b）实验操作过程中十多个人一起合作，一个人观察管内的情况来报时，但是由于存在反应时间，所以读出来的温度以及两边的刻度数据都不是太精确，特别是温度，随时在变化中，这给实验带来的较大地不变。

而且实验中我们分别用两张紧贴在压强计左右两侧，以方便读数，在制作读数纸时，要注意将纸铺平，否则将引起较大的误差。

（c）由于反应体系的温度读取的是水浴的温度而不是真正的体系温度，利用水浴加热过程中，体系的温度比水浴的温度会滞后一些，所以与实际的气-液相平衡温度会有一定得偏差；

（d）实验过程中，体系中的液体也不是纯水，含有杂质，所以其沸点相对于纯水的沸点要低一些。

（3）实验条件与文献中得到该数值所用的条件不相同，文献中一般用的是标准大气压，而实验中虽然也是大气压，但是是实验室内部的大气压，与标准大气压还是有较大的偏差的。

4.结论

通过本实验初步验证了克拉贝隆-克劳修斯方程，并且利用动态法测量的水的平均摩尔热以及正常沸点与文献结果相近，而且误差很小。

但是如果可以简化一下读数过程，用机械的方式来完成人工读数过程，会是实验结果更精确。

参考文献

[1]崔献英等，物理化学实验，中国科学技术大学出版（2000）

[2]傅献彩等，物理化学，高等教育出版社（2002）

MeasureoftheStandardVaporPressureofLiquid

ZhouJunlingPB07206109

DepartmentofChemicalPhysicsofUSTC

AbstractDynamicmethodhasbeenusedtomeasurethestandardvaporpressureofpurewateratdifferenttemperatures.Also,Clapeyron-Clausiusequationisusedtocalculatethemolarheatofvaporizationofpurewater.ExperimentsshowthatthestandardvaporpressuredecreaseswiththeincreasingtemperatureandlnPhasaperfectlinearrelationwith1/T.TheresultsareingoodagreementwithClapeyron-Clausiusequation.

KeywordssaturationvaportensiongasificationheatClapeyron-Clausiusequationdynamicmethod

【附录】原始数据记录与处理

1、第一组数据

室温：

T始=29.41℃T终=29.38℃

实验过程中的平均温度为T=29.395℃

查文献可以知道，Hg的密度随压强和温度的改变而发生变化，但是它虽压强的波动较小，基本上可以忽略，所以其密度主要是温度的函数，查文献得知：

在该温度下汞的密度ρHg=13523.79Kg/m3

合肥当地的重力加速度为g=9.7933m/s2

大气压Pa始=752.50mmHgPa终=752.30mmHg

实验过程中的大气压为Pa=752.40mmHg

由P=ρHggh，Pv=Pa-（h右-h左）[mmHg]

（1）作P~T曲线

得到下表：

T/K

右刻度/mm

左刻度/cm

刻度差/cm

H/mm

P/KPa

371.97

-3.50

0.00

753.4

99.7822

369.45

-1.20

-6.00

4.20

705.4

93.42496

368.45

1.50

-8.20

9.70

656.4

86.93528

366.83

3.45

-10.65

14.10

612.4

81.10781

365.65

4.80

-12.00

16.80

585.4

77.53186

364.04

6.50

-13.70

20.20

551.4

73.02881

362.33

8.75

-15.25

24.00

513.4

67.996

359.78

10.70

-17.90

28.60

467.4

61.90364

357.21

13.00

-20.10

33.10

422.4

55.94373

354.73

15.05

-22.15

37.20

381.4

50.51358

作P—T曲线有：

可以得到曲线拟合方程：

Y=A+B1*X+B2*X^2

ParameterValueError

A7252.250581682.43133

B1-42.420619.2647

B20.062360.01275

R-Square（COD）SDNP

0.99661.0626510<

0.0001

（2）做lnP~1/T曲线

均匀取10个点，带入

（1）中的曲线方程

Y=7252.25058-42.42061X+0.06236X2

求得P，列出相应的表格有：

T/K

1/T10-3K-1

P/KPa

LnP（Pa）

356.15

2.80781

54.06874

10.89801

357.15

2.79994

56.12952

10.93542

358.15

2.79213

58.31502

10.97361

359.15

2.78435

60.62523

11.01247

360.15

2.77662

63.06017

11.05184

361.15

2.76893

65.61983

11.09163

362.15

2.76129

68.30421

11.13173

363.15

2.75368

71.11331

11.17203

364.15

2.74612

74.04712

11.21246

365.15

2.7386

77.10566

11.25293

得到lnP~1/T曲线为：

线性拟合得到LnP~1/T关系为：

Y=25.32876—5.14094X

B=5.14094*103

所以在试验温度范围内液体的平均摩尔汽化热为

△vapHm=2.303*R*B=2.303*8.3145*5.14094=42.74KJ/mol

由Lnp=25.32876—5.14094/T得知P=Pa时，

即P=752.40mmHg=99.6KPa时，液体的沸点为

Tb0=372.01K

2、第二组数据

T始=29.38℃T终=29.50℃

实验过程中的平均温度为T=29.44℃

大气压Pa始=752.30mmHgPa终=752.35mmHg

实验过程中的大气压为Pa=752.325mmHg

371.68

752.325

99.63983

370.65

-1.40

-5.90

4.50

707.325

93.67991

368.95

0.95

-8.05

9.00

662.325

87.72

367.54

2.55

-9.70

12.25

629.825

83.41562

366.33

3.95

-11.10

601.825

79.70723

364.35

6.10

-13.15

19.25

559.825

74.14464

361.63

8.95

-16.10

25.05

501.825

66.46297

359.53

10.95

-18.15

29.10

461.325

61.09905

357.95

12.20

-19.50

31.70

435.325

57.65555

356.2

13.75

-20.95

34.70

405.325

53.68227

作P-T图：

在得到的光滑曲线Y=8966.20364-51.77632X+0.07513X2[KPa]均匀地取10个点，作lnP~1/T曲线，得到

55.76853

10.92896

57.58244

10.96097

59.5466

10.99451

61.66103

11.02941

63.92572

11.06548

66.34067

11.10256

68.90588

11.1405

71.62135

11.17915

74.48708

11.21838

77.50307

11.25807

得到lnP~1/T曲线：

由上图得到B=4.7731*103

△vapHm=2.303*R*B=2.303*8.3145*4.7731=39.69KJ/mol

由Lnp=24.32334-4.7731/T得知P=Pa时，

即P=752.325mmHg=99.64KPa时，液体的沸点为

Tb0=372.49K

3、第三组数据

T始=29.50℃T终=29.51℃

实验过程中的平均温度为T=29.505℃

大气压Pa始=752.35mmHgPa终=752.30mmHg

得到下表

371.83

370.83

-1.65

-5.50

3.85

713.825

94.54079

1.40

-8.55

9.95

652.825

86.4618

366.85

3.25

-10.50

614.825

81.42898

5.20

-12.45

17.65

575.825

76.26372

363.87

6.45

-13.75

550.325

72.88644

362.31

8.20

-15.40

23.60

516.325

68.38339

360.32

10.05

-17.20

27.25

479.825

63.54924

357.38

12.75

-20.05

32.80

424.325

56.19868

355.53

14.25

-21.25

35.50

397.325

52.62273

作P~T图：

在光滑曲线上Y=6445.80107-37.88416X+0.05598X2均匀取10个点，作lnP~1/T图：

54.01869

10.89709

56.06506

10.93427

58.2234

10.97204

60.49369

11.01029

62.87595

11.04892

65.37016

11.08782

67.97633

11.12691

70.69447

11.16612

73.52456

11.20537

76.46662

11.24461

作ln（P）~1/T曲线：

得到B=5.03186*103

△vapHm=R*B=2.303*8.3145*5.03186=41.84KJ/mol

由Lnp=25.02243-5.03186/T得知P=Pa时，

Tb0=372.36K

4、误差计算

有上述三组数据可以得到平均摩尔汽化热为

△vapHm=（42.74+39.69+41.84）/3=41.42KJ/mol

查阅文献:

△vapHm标准值为40.88kJ/mol

相对误差为|40.88-41.42|/41.42*100%=1.32%

正常沸点实验值为Tb=（372.01+372.36+372.49）/3=372.29K

文献中正常沸点为Tb=373.15k

所以沸点的相对误差为|373.15-372.29|/372.29*100%=0.23%