环己烷饱和蒸汽压的测定.docx

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环己烷饱和蒸汽压的测定

【摘要】本实验测定了在不同外压下环己烷的沸点，沸腾时饱和蒸汽压与外压相等，也就测定了环己烷在不同温度时的饱和蒸汽压。

然后作lnP-1/T曲线图，并求出了曲线的斜率，由此计算出环己烷的摩尔蒸发热为

。

而且由曲线也可求出环己烷的正常沸点为353.45K

【关键字】环己烷、饱和蒸汽压、沸点、摩尔蒸发热

MeasurementofSaturatedVaporPressureofCyclohexane

XinghaoZhou

（DepartmentofMaterialsScience&Engineering,USTC）

Abstract:

Inthisexperiment,theboilingpointofcyclohexaneismeasuredunderaseriesofexternalpressure.Sincesaturatedvaporpressureequalsexternalpressurewhenliquidisboiling,thesaturatedvaporpressureofcyclohexaneisknownindifferenttemperature.ThenthegraphoflnP-1/Tisplottedandtheslopeofthecurveiscalculatedwithorigin.Soweobtainthemolarenthalpyofvaporizationofcyclohexane,whichis

.Thenormalboilingpointcouldalsobeknownfromthecurve,whichis353.45K.

KeyWords:

Cyclohexane,SaturatedVaporPressure,BoilingPoint,MolarEnthalpyofVaporization

1.前言：

液体饱和蒸汽压是液体的一个重要物理性质，液体的沸点、液体混合物的相对挥发度都和饱和蒸汽压相关。

液体饱和蒸汽压不仅在化学、化工领域，而且在无线电、电子、冶金、医药、环境工程乃至航天航空领域都具有重要的地位，因而在工程计算中是必不可少的数据[1][2]，所以测定液体的饱和蒸汽压是一个十分有意义的工作。

除了中国科学技术大学物理化学实验讲义介绍的静态法、动态法、饱和气流法可以测定饱和蒸汽压之外，还有拟静态法、knudsen隙透法、蒸发率法、雷德法、色谱法、热重法、差示扫描量热法等等[3]。

2.实验部分

1实验原理

液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：

1、静态法：

在某一固定温度下直接测量饱和蒸汽的压力。

2、动态法：

在不同外部压力下测定液体的沸点。

3、饱和气流法：

在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。

本实验利用第二种方法。

此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。

只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。

封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。

这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。

蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。

它们的关系可用克拉贝龙～克劳修斯方程表示：

（2－1）

H：

摩尔汽化热（J/mol）

R：

气体常数（8.314J·mol-1K-1）

若温度改变的区间不大，H可视为为常数（实际上H与温度有关）。

积分上式得：

（2－2）

或

（2－3）

常数

，

。

（3）式表明

与

有线性关系。

作图可得一直线，斜率为－B。

因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热H。

（2－4）

当外压为101.325kPa（760mmHg）时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。

在图上，也可以求出液体的正常沸点。

本实验使用的液体为环己烷，并通过作图求出平均摩尔汽化热和液体的正常沸点。

2实验仪器和药品

WYB-I型真空稳压包南京大学应用物理研究所监制（教学用）2台

SHB-III型循环水式多用真空泵郑州长城科工贸有限公司1台

DTC-2AI型控温仪南京南大万和有限公司1台

JJ-I增力电动搅拌器江苏省金坛市环宇科学仪器厂1台

BY型U型压力机江苏省常州市钢仪表厂1台

水浴锅1个

冷凝管1个

搅拌器1个

环己烷若干

加热电炉（有控温显示大概温度功能）1个

搅拌马达1台1/10C温度计2支

3装置简介：

图2--1中，平衡管由三个相连通的玻璃球构成，顶部与冷凝管相连。

冷凝管与U形压力计6和缓冲瓶7相接。

在缓冲瓶7和安全瓶11之间，接一活塞9，用来调节测量体系的压力。

安全瓶中的负压通过真空泵抽真空来实现。

安全瓶和真空泵之间有一三通阀，通过它可以正确地操作真空泵的启动和关闭。

A球中装待测液体，当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸汽，并且当B管与C管的液面处于同一水平时，表示B管液面上的蒸汽压（即A球面上的蒸汽压）与加在C管液面上的外压相等。

此时体系汽液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。

用当时读得的大气压减去压差计两水银柱的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸汽压。

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;9-三通活塞;10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管;14-抽气活塞

以上用的是简化模型，虽然实际上用的仪器形状上不一样，但是原理是一模一样的。

比如用更加安全的真空稳压包代替具有保护罩的缓冲瓶和安全瓶。

4实验步骤

1、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。

以上步骤均由实验老师完成。

3、系统检漏：

关闭活塞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，一直抽气。

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。

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。

实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。

5实验注意事项

1、平衡管A管和B管之间的空气必须赶净。

2、抽气和放气的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。

3、读数时应同时读取温度和压差。

4、读测完温度和压差的数据以后，赶快给体系加热，或减小环境的压力，以免环境的空气进入到体系中。

3.结果与讨论

1实验结果

温度、压强数据：

实验前

p=76.280cmHg

t=13.60℃

实验后

p=76.175cmHg

t=12.81℃

表2-1实验温度、压强记录

第一组：

图2-2：

第一组数据环己烷饱和蒸汽压-温度图

图2-3第一组数据环己烷lnP–1/T曲线及其线性拟合曲线

拟合曲线方程：