物化实验二液体饱和蒸气压的测定.docx

1、物化实验二液体饱和蒸气压的测定 液体饱和蒸气压的测定 周鋆玲 PB07206109 中国科学技术大学化学物理系摘要 本实验中 通过对液体饱和蒸气压与温度的关系的研究，根据克拉贝隆克劳修斯方程的简化建立起来的经验方程式，求出液体的平均摩尔汽化热。关键词 饱和蒸气压 平均摩尔汽化热 克拉贝隆克劳修斯方程 动态法1. 前言在封闭体系中，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。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。液体饱和

2、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。2.实验部分（一）实验原理液体饱和蒸气压和平均摩尔汽化热的关系可用克拉贝龙克劳修斯方程表示： (21)H：摩尔汽化热(Jmol-1) 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(实

3、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)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2 L/S;极限真空210-2 Pa;转速1430 r/min;功率0.37 KW） 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40 cm;精度1mm;误差 0.5 mm） 水银温度

4、计一支（测温上限102；精度0.1；误差 0.05） 玻璃烧杯一只（容量5000 mL）（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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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lnP1/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

10、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。

11、（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）Measure of the Standard Vapor Pressure of Liquid Zhou J

12、unling PB07206109Department of Chemical Physics of USTCAbstract Dynamic method has been used to measure the standard vapor pressure of pure water at different temperatures. Also, Clapeyron-Clausius equation is used to calculate the molar heat of vaporization of pure water. Experiments show that the

13、standard vapor pressure decreases with the increasing temperature and lnP has a perfect linear relation with 1/T. The results are in good agreement with Clapeyron-Clausius equation. Key words saturation vapor tension gasification heat Clapeyron-Clausius equation dynamic method【附录】 原始数据记录与处理1、第一组数据室温

14、：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 Hg=13523.79Kg/m3合肥当地的重力加速度为 g=9.7933m/s2大气压 Pa始=752.50mmHg Pa终=752.30mmHg实验过程中的大气压为Pa=752.40mmHg由P=Hggh， Pv=Pa-（h右-h左） mmHg（1）作PT曲线得到下表： T/K右刻度/mm左刻度/cm刻度差/cmH/mm P/KPa371.97-3.50-3.5

15、00.00753.499.7822369.45-1.20-6.004.20705.493.42496368.451.50-8.209.70656.486.93528366.833.45-10.6514.10612.481.10781365.654.80-12.0016.80585.477.53186364.046.50-13.7020.20551.473.02881362.338.75-15.2524.00513.467.996359.7810.70-17.9028.60467.461.90364357.2113.00-20.1033.10422.455.94373354.7315.05-22

16、.1537.20381.450.51358作PT曲线有：可以得到曲线拟合方程：Y = A + B1*X + B2*X2Parameter Value ErrorA 7252.25058 1682.43133B1 -42.42061 9.2647B2 0.06236 0.01275R-Square(COD) SD N P0.9966 1.06265 10 0.0001（2）做lnP1/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/K1/T 10-3K-1P/ KPaLnP(Pa)356.152.8078

17、154.0687410.89801357.152.7999456.1295210.93542358.152.7921358.3150210.97361359.152.7843560.6252311.01247360.152.7766263.0601711.05184361.152.7689365.6198311.09163362.152.7612968.3042111.13173363.152.7536871.1133111.17203364.152.7461274.0471211.21246365.152.738677.1056611.25293得到lnP1/T曲线为：线性拟合得到LnP1/

18、T关系为： Y=25.32876 5.14094XB=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=372.01K2、第二组数据室温：T始=29.38 T终=29.50 实验过程中的平均温度为 T=29.44在该温度下汞的密度 Hg=13523.79Kg/m3合肥当地的重力加速度为 g=9.7933m/s2大气压 Pa始=752.30mmHg Pa终=7

19、52.35mmHg实验过程中的大气压为Pa=752.325mmHg由P=Hggh， Pv=Pa-（h右-h左） mmHgT/K右刻度/mm左刻度/cm刻度差/cmH/mm P/KPa371.68-3.50-3.500.00752.32599.63983370.65-1.40-5.904.50707.32593.67991368.950.95-8.059.00662.32587.72367.542.55-9.7012.25629.82583.41562366.333.95-11.1015.05601.82579.70723364.356.10-13.1519.25559.82574.144643

20、61.638.95-16.1025.05501.82566.46297359.5310.95-18.1529.10461.32561.09905357.9512.20-19.5031.70435.32557.65555356.213.75-20.9534.70405.32553.68227作P-T图：在得到的光滑曲线Y=8966.20364-51.77632X+0.07513X2KPa均匀地取10个点，作lnP1/T曲线，得到T/K1/T 10-3K-1P/ KPaLnP(Pa)356.152.8078155.7685310.92896357.152.7999457.5824410.96097

21、358.152.7921359.546610.99451359.152.7843561.6610311.02941360.152.7766263.9257211.06548361.152.7689366.3406711.10256362.152.7612968.9058811.1405363.152.7536871.6213511.17915364.152.7461274.4870811.21838365.152.738677.5030711.25807得到lnP1/T曲线：由上图得到B=4.7731*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

22、*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=372.49K3、第三组数据室温：T始=29.50 T终=29.51 实验过程中的平均温度为 T=29.505在该温度下汞的密度 Hg=13523.79Kg/m3合肥当地的重力加速度为 g=9.7933m/s2大气压 Pa始=752.35mmHg Pa终=752.30mmHg实验过程中的大气压为Pa=752.325mmHg由P=Hggh， Pv=Pa-（h右-h左） mmHg得到下表T/K右刻度/mm左刻度/

23、cm刻度差/cmH/mm P/KPa371.83-3.50-3.500.00752.32599.63983370.83-1.65-5.503.85713.82594.54079368.451.40-8.559.95652.82586.4618366.853.25-10.5013.75614.82581.42898365.155.20-12.4517.65575.82576.26372363.876.45-13.7520.20550.32572.88644362.318.20-15.4023.60516.32568.38339360.3210.05-17.2027.25479.82563.549

24、24357.3812.75-20.0532.80424.32556.19868355.5314.25-21.2535.50397.32552.62273作PT图：在光滑曲线上Y=6445.80107 - 37.88416X + 0.05598X2均匀取10个点，作lnP1/T图：T/K1/T 10-3K-1P/ KPaLnP(Pa)356.152.8078154.0186910.89709357.152.7999456.0650610.93427358.152.7921358.223410.97204359.152.7843560.4936911.01029360.152.7766262.87

25、59511.04892361.152.7689365.3701611.08782362.152.7612967.9763311.12691363.152.7536870.6944711.16612364.152.7461273.5245611.20537365.152.738676.4666211.24461作ln（P）1/T曲线：得到B=5.03186*103所以在试验温度范围内液体的平均摩尔汽化热为vapHm =R*B=2.303*8.3145*5.03186=41.84KJ/mol由Lnp= 25.02243 - 5.03186 /T得知P=Pa时，即P=752.325mmHg=99.64KPa时，液体的沸点为Tb0=372.36K4、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%