液体饱和蒸气压的测定综述.docx
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液体饱和蒸气压的测定综述
液体饱和蒸汽压的测定
（静态法）
【教学目的】
1.用静态法测定异丙醇在不同温度下的饱和蒸汽压，了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。
2.明确液体饱和蒸汽压的定义，了解纯液体饱和蒸汽压与温度的关系。
克劳修斯-克拉贝龙（Clausius-Clapeyron）方程式的意义。
3.学会用图解法求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。
【教学重点】
1．通过不同温度下异丙醇饱和蒸汽压的测定，使学生了解用静态法测饱和蒸气压的方法，并初步掌握低真空实验技术。
2．使学生学会用图解法求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。
【教学内容】
一、实验原理
在一定的温度下，真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡，即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。
此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。
液体的饱和蒸汽压与温度有关：
温度升高，分子运动加速，因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加，蒸汽压升高。
蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙—克劳修斯方程式来表示：
式中P为液体在温度T时的饱和蒸汽压（Pa），T为热力学温度（K），△Hm为液体摩尔气化热（J·mol－1），R为气体常数。
如果温度变化的范围不大，△Hm可视为常数，将上式积分可得：
＝－
＋C
式中C为积分常数，此数与压力P的单位有关。
由上式可见，若在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸汽压，以
对
作图，可得一直线，直线的斜率为－
，而由斜率可求出实验温度范围内液体的平均摩尔气化热△Hm。
（或者
，直线的斜率（B）与异丙醇的摩尔气化热的关系由克劳修斯——克拉贝龙方程式给出为：
）
当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体便沸腾，外压不同，液体的沸点也不同，我们把液体的蒸汽压等于101.325KPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。
从图中也可求得该液体的正常沸点。
测量饱和蒸汽压的方法主要有三种：
1、动态法：
当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体就会沸腾，沸腾时的温度就是液体的沸点。
即与沸点所对应的外界压力就是液体的蒸汽压。
若在不同的外压下，测定液体的沸点，从而得到液体在不同温度下的饱和蒸汽压，这种方法叫做动态法。
该法装置较简单，只需将一个带冷凝管的烧瓶与压力计及抽气系统连接起来即可。
实验时，先将体系抽气至一定的真空度，测定此压力下液体的沸点，然后逐次往系统放进空气，增加外界压力，并测定其相应的沸点。
只要仪器能承受一定的正压而不冲出，动态法也可用以在101.325KPa以上压力下的实验。
动态法较适用于高沸点液体蒸汽压的测定。
2、饱和气流法：
在一定的温度和压力下，让一定体积的空气或惰性气体以缓慢的速率通过一个易挥发的待测液体，使气体被待测液体的蒸汽所饱和。
分析混合气体中各组分的量以及总压，再按道尔顿分压定律求算混合气体中蒸汽的分压，即是该液体在此温度下的蒸汽压。
此法一般适用于蒸汽比较小的液体。
该法的缺点是：
不易获得真正的饱和状态，导致实验值偏低。
3、静态法：
把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下直接测量蒸汽压，它要求体系内无杂质气体。
此法适用于固体加热分解平衡压力的测量和易挥发液体饱和蒸汽压的测量，准确性较高。
通常是用平衡管（又称等位计）进行测定的。
平衡管由一个球管与一个U形管连接而成（如图1所示），待测物质置于球管内，U形管中放置被测液体，将平衡管和抽气系统、压力计连接，在一定温度下，当U形管中的液面在同一水平时，表明U形管两臂液面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。
可见，利用平衡管可以获得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽，U形管中的液体起液封和平衡指示作用。
本实验采用静态法测定异丙醇的饱和蒸汽压。
实验装置简图
图1玻璃恒温水浴系统装置图
1.连冷凝管的平衡管（又称等压计）；2.搅拌器；3.温度计；A为球管；B为U形管
二、仪器与试剂
SYP型玻璃恒温水浴1套平衡管（带冷凝管）1支
SWQ-IA智能数字恒温控制器1台DP-A精密数字压力计1台
缓冲储气罐1台异丙醇（A.R）
2XZ-1型旋片真空泵及附件1套
三、实验步骤
1.装样
将平衡管（又称等位计、等压计）内装入适量待测液体异丙醇。
A球管约2/3体积，U形管两边各1/2体积，然后按图装好各部分。
如图1所示。
（各个接头处用短而厚的橡皮管连接，然后再用石蜡密封好，此步骤实验室已装好）。
2．压力计采零
关闭绶冲罐的平衡闭2，打开平衡闭1，此时DP-A精密数字压力计所测压力即为当前大气压，按下压力计面板上的采零键，显示值将为00.00数值（大气压被视为零值看待）。
2.系统气密性检查
旋转三通活塞使系统与真空泵连通，开动真空泵，打开进气阀和平衡阀2，关闭平衡阀1，抽气减压至压力计显示一定负压值时，关闭三通活塞，使系统与真空泵、大气皆不相通。
观察压力计的示数，如果压力计的示数能在3～5min内维持不变，或显示数字下降值<0.01Kpa/秒，则表明系统不漏气，否则应逐段检查，消除漏气原因。
3.排除球管上方空间内的空气
开启搅拌器匀速搅拌，其目的是使等压计内外温度平衡，抽气减压气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地冲出至液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸汽经C管逸出，如此沸腾3～5min，可认为空气被排除干净。
4.饱和蒸汽压的测定
当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转直通活塞7缓缓放入空气，直至B、C管中液面平齐，关闭直通活塞7，记录温度与压力。
然后，将恒温槽温度升高3℃，当待测液体再次沸腾，体系温度恒定后，放入空气使B、C管液面再次平齐，记录温度和压力。
依次测定，共测8个值。
升高温度间隔为3～5K
实验完毕后，关闭所有电源，将体系放入空气，整理好仪器装置，但不要拆装置。
另外，也可以沿温度降低方向测定。
温度降低，异丙醇饱和蒸汽压减小。
为了防止空气倒灌，必须在测定过程中始终开启真空泵以使系统减压。
降温的方法可用在烧杯中加冷水的方法来达到。
其它操作与上面相同。
四、数据记录及数据处理
次数
T（℃）
△p（Kpa）
1
2
3
4
5
6
7
8
1.绘制
～
图，求出液体的平均摩尔气化热及正常沸点。
2.异丙醇的正常沸点为80.75℃，气化热为32.76KJ.mol-1，计算实验的相对误差。
3.求出液体蒸汽压与温度关系式（
=
）中的A、B值。
附：
异丙醇饱和蒸汽压理论值，按下式计算:
异丙醇：
A=8.11778B=1580.92C=219.61（使用温度范围1—101℃）
表一不同温度下异丙醇饱和蒸汽压的理论值
T（℃）
Log（p）
1000/T
p
△p
15
3.5042
3.470
3192.99
98132.01
16
3.5328
3.458
3410.34
97914.66
17
3.56116
3.446
3640.46
97684.54
18
3.58928
3.435
3883.97
97441.03
19
3.61716
3.423
4141.53
97183.47
20
3.6448
3.411
4413.59
96911.41
21
3.6722
3.400
4701.25
96623.75
22
3.6994
3.388
5005.04
96319.96
23
3.7264
3.377
5325.72
95999.28
24
3.7531
3.365
5664.05
95660.95
25
3.7797
3.354
6020.84
95304.16
26
3.8060
3.343
6396.93
94928.07
27
3.8321
3.332
6793.16
94531.84
28
3.8580
3.321
7210.45
94114.55
29
3.8836
3.310
7649.69
93675.31
30
3.9091
3.299
8111.85
93213.15
31
3.9344
3.288
8597.90
92727.10
32
3.9595
3.277
9108.86
92216.14
33
3.9843
3.266
9645.77
91679.23
34
4.0090
3.256
10209.73
91115.27
35
4.0335
3.245
10801.83
90523.17
36
4.0578
3.235
11423.23
89901.77
37
4.0819
3.224
12075.11
89249.89
38
4.1058
3.214
12758.70
88566.30
39
4.1295
3.204
13475.24
87849.76
40
4.1531
3.193
14226.04
87098.96
41
4.1765
3.183
15012.42
86312.58
42
4.1996
3.173
15835.76
85489.24
43
4.2227
3.163
16697.46
84627.54
44
4.2455
3.153
17598.97
83726.03
45
4.2682
3.143
18541.78
82783.22
46
4.2906
3.133
19527.43
81797.57
47
4.3130
3.124
20557.48
80767.52
50
4.3790
3.095
23930.45
77394.55
五、基本仪器操作：
恒温水槽温度设定：
1.打开SWQ智能数字温控器,设定温度：
“回差”选择合适的回差值，依次调整“设定温度值”，设置完后转换到工作状态（“工作”指示灯亮）。
当介质温度≤设定温度，加热器处于加热状态；
当介质温度≥设定温度，加热器停止加热；
当系统温度达到“设定温度”时，工作指示灯自动转换到“恒温”状态。
按“复位”键，仪器返回开机时的状态，可重复设定温度。
2．根据所需控温温度和加热速率选择水浴前面板“开”“关”“快”“慢”“强”“弱”等开关，加热系统进入加热准备状态。
由智能恒温控制器进行控温。
开始加热时，为使加热速度尽可能快，将加热器置于“强”，但当温度接近所设温度前1—2℃时，将加热器置于“弱”，以减慢升温速度，防止温度过冲。
3.关机，首先关断智能控温器电源，再关闭水浴电源。
缓冲罐操作：
1.检查气密性：
打开进气阀和平衡阀2，关闭平衡阀1，启动气泵抽气，然后关闭进气阀，从数字压力表读出压力罐中压力值。
若显示数字下降值<0.01Kpa/秒，说明气密性良好。
2.继续打开进气阀抽气，直至压力计上真空度之值基本无变化，关闭进气阀，调节液体两臂高度相等，记下压力计读数。
3.重复2中操作，比较两次读数，如果读数无差别，则可关闭进气阀，真空泵可停止工作，开始实验操作。
【注意事项】
1．等压计A球液面上空气必须排除干净，因为若混有空气，则测定结果便是异丙醇与空气混合气体的总压力而不是异丙醇的饱和蒸汽压。
检查方法，连续两次排空气压平操作后的U型管压力计的读数一致或者<0.5mmHg。
2．进空气压平操作时，若两臂不等高，但是差别不大的情况下，不影响读数。
因为两种液体密度相差很大。
如果两臂差别1cm，则U型压力计读数差别为。
3．体系有一定负压后再次开启真空泵时，必须先关闭活塞2，让真空泵先将接头处的空气抽走，防止空气进入体系引起侧流。
停止实验时，应先打开活塞2，让真空泵通大气后在关闭真空泵电源，以防止泵油倒灌。
要仿制被测液体过热，以免对测定饱和蒸汽压带来影响，因此不要加热太快，以免液体蒸发太快而来不及冷凝，冲到冷凝观上端T型管处。
4．用动态法测定时，液体不断冷却时，要主意开动真空泵并仿制空气倒灌进入A球中，以免实验失败。
当升温时，需随时调节活塞使等压计两臂保持等高，不发生沸腾，液不能使液体倒灌入A球。
【课后作业】
1.实验要想得到准确的实验结果，其关键操作是哪一步？
关键一步是排空气，一定要把空气排尽。
2.怎样判断球管液面上空的空气被排净？
若未被驱除干净，对实验结果有何影响？
3.如何防止U形管中的液体倒灌入球管A中？
若倒灌时带入空气，实验结果有何变化？
4.试分析引起本实验误差的因素有哪些？
5.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？
6、本实验方法是否用于测定溶液的蒸汽压？
不能，因为静态法它要求体系内无杂质气体。
7.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？
【教学讨论】
用降温法测定不同温度下纯液体（以水为例）饱和蒸汽压的方法如下
接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa，加热水浴至沸腾，此时A管中的待测液体部分气化，其蒸汽夹带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-1内，此时待测液体的蒸汽压（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0.01℃）和压力计的压力，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，为什么？
），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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