环己烷饱和蒸汽压的测定.docx

1、环己烷饱和蒸汽压的测定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Measurement of Saturated Vapor Pressure of CyclohexaneXinghao Zhou(Department of Materials Science & Engineering, USTC)Abstract: I

2、n this experiment, the boiling point of cyclohexane is measured under a series of external pressure. Since saturated vapor pressure equals external pressure when liquid is boiling, the saturated vapor pressure of cyclohexane is known in different temperature. Then the graph of lnP-1/T is plotted and

3、 the slope of the curve is calculated with origin. So we obtain the molar enthalpy of vaporization of cyclohexane, which is . The normal boiling point could also be known from the curve, which is 353.45K. Key Words: Cyclohexane, Saturated Vapor Pressure, Boiling Point, Molar Enthalpy of Vaporization

4、 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12，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。

5、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： (21) H：摩尔汽化热(J/mol)R：气体常数(8.314Jmol-1K-1)若温度改变的区间不大， H可视为为常数

6、(实际上 H与温度有关)。积分上式得： (22)或 (23)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。 (24)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

7、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 1/10 C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

8、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

9、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

10、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2040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

11、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

12、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80 C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

13、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=76.280cmHgt=13.60实验后p=76.175cmHgt=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： 相关系数R= - 0.9997第二组：图2-4：第二组数据环己烷饱和蒸汽压-温度图图2-5：第二组数据环己烷lnP 1/T 曲线及其线性拟合曲线拟合曲线方程： 相关系数R=-0.99985第三

14、组：图2-6：第三组数据环己烷饱和蒸汽压-温度图图2-7：第三组数据环己烷lnP 1/T曲线及其线性拟合曲线拟合曲线方程： 相关系数R=-0.9991计算结果汇总：组别正常沸点 第一组80.21第二组80.08第三组80.60平均80.30表2-2 实验结果及正常沸点汇总 正常沸点 转换为开尔文温度：353.45K（详细计算过程见附件）2讨论1.由图2-2,2-4,2-6可以看出，环己烷的饱和蒸汽压随温度的降低而减小，也就是说，外压减小，环己烷的沸点降低，与事实相符。2.三组数据中，lnP-1/T曲线线性拟合的相关系数列表如下：组别相关系数第一组-0.9997第二组-0.9998第三组-0.9

15、991由此可见，在误差允许范围内，lnP与1/T呈线性关系，与理论相符。3.从本实验计算数据得到环己烷的正常沸点为，即为353.45K，从维基百科4中查到环己烷正常沸点为，即为353.89K. 相对误差：。比较接近。3误差主要来源实验结果所得正常沸点偏低，可能是有以下几个原因：1.实验是从下午两点开始做的，我们组做到将近6点，这是气温下降不少，将近1，因为V不变，pV=nRT，压强也降低了约0.1cmHg。实验过程中外界大气压在不断变化，这样无疑给实验引进了误差。2.实验仪器不是完全密封的，而且因为我们组只有两个人，不能做到在液面相平时，同时读取压强和温度数据，所以会有一个时间差，读取完温度的

16、数据之后，压强会有所改变，这样实验就有误差了。3.因为水银计U形管放置位置比较高，不能做到平视读取刻度，而且两边水银面高度不一样高，所以两边误差程度不一样，高液面的误差要比低液面的误差要大，所以造成高度差偏大。同时要指出的是，高度差增大，高液面误差增加，低液面误差减小，这种误差也就会增加。4.图2-3、2-7的lnP - 1/T 曲线各有一个偏离线性的点，这也会造成误差。偏离线性可能是当时环境不稳定等偶然因素造成的。5.在读压强差数据时，不是完全间隔40mm，而是有的间隔稍微多些，有的少些，这样可能在间隔多的区域偏离真实曲线多一些。6.正己烷上方的空气不可能完全排干净，所以会有误差。7.理论推

17、导带来的误差，在推导公式时，用到了各种近似，如液体体积忽略不计，蒸汽压近似为理想气体，摩尔蒸发焓近似不随温度变化等4实验的体会和认识1.通过本次实验，我掌握了一种测定饱和蒸汽压的方法，虽然原理简单，但很实用，误差也比较小。2.同时我也查阅了一些资料，了解了其它的测定饱和蒸汽压的方法，如拟静态法、knudsen隙透法、蒸发率法。3.本实验测定饱和蒸汽压的方法有一个不足之处，就是无法测定压强大于室压的饱和蒸汽压。如果要测的话，可能要用气泵往体系吹气，同时要选择沸点更低的实验材料。以免水浴温度达不到沸点。4.以上的不足之处可能会影响正常沸点的误差，因为正常沸点时的标准大气压强非常接近室压，所以要计算

18、的点会落在测量曲线的一头，而不是中间，显然是计算点落在曲线中间的误差是最小的。解决这个问题的方法之一就是测定压强大于室压的饱和蒸汽压。5.我还通过本次实验报告学会了用word写参考文献。如果把参考文献顺序换一换，word会重新编号。主要参考文献 马沛生. 化工数据M. 北京：中国石化出版社，2003依守志，王 强，马沛生. 饱和蒸汽压测定方法评述J. 天津轻工业学院学报，2001, 21(2): 1-4. 李艳红，王升宝，常丽萍. 饱和蒸汽压测定方法的评述J. 煤化工，2006, 5 http:/zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8E%AF%E5%B7%B1%E7%83%B75中国科学技术大学物理化学实验讲义 .