液体饱和蒸汽压的测定

1 液体饱和蒸气压的测定 、实验目的 ① 了解用静态法测定异丙醇在不同温度下蒸气压的原理。 ② 学会用图解法求解其所在测温度范围内的平均摩尔蒸发热 ③ 了解真空泵、包温槽及气压计的构造并掌握其使用方法。 、实验原理 在一定温度下，液体与其蒸气达到平衡时蒸气的压力， 称为这种液体在该温 度下的饱和蒸气压(简称蒸气压)。 液体的蒸气压的大小与液体的种类及温度有关，它与温度的关系可以用克劳 修斯一克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程来表示： d ln P ： vap H m ---- - = ----- (1) 2 dT RT 式中： P为液体在温度 T时的饱和蒸汽压；T为热力学温度；AapHm为温度 T时液体的摩尔蒸发焰；R为摩尔气体常数。 在温度变化区间不大时， AapHm可视为常数，称为平均摩尔蒸发焰。将 ⑴ 式积分得： 一 vap m , 、 lg p = ------------------- + C (2) 2.303 RT 式中：C为积分常数。由(2)式可知以lg p对1/T作图的一直线，由直线斜率 可以求得 所测温度范围内的平均摩尔蒸发焰 A/apH m。 当外压为101.325kPa时，液体的蒸气压与外压相等时的温度成为液体的正 常沸点。 异丙醇的正常沸点为 测量蒸汽压的方法主要有三种： 1. 静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸气的压力。 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，调节气流的速度，使之能被 液体的 蒸气所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸气压。 本实验采用静态法测量异丙醇在不同温度下的蒸汽压。静态法是在一定的温 度下，调 节外压以平衡液体的蒸汽压，求出外压就能直接得到该温度下的饱和蒸 汽压。实验装置如 下图所示： 2 上图中8所示等压计具体结构如右图所示。实验时等压计 中A球中盛有被测样品异 丙醇，U形部分B中也装有异丙醇， 作为封闭液。实验初始时，A球液面上方充满混合气 体（空气 与异丙醇蒸气），当对系统抽气时，A球液面上方的混合气体通 过封闭液被不断 抽走，而 A球内液态异丙醇不断蒸发补充，使 得液面上方混合气体中空气的相对含量越来 越少，直至其中的 空气被全部驱尽，A球液面上的气体压力就是异丙醇的蒸气压 力。当B 得两管液面处丁同一水平■面时，记下压力测量仪上的 压差值E,则用大气压力p0减去E 值就等丁该温度下异丙醇的 蒸汽压p,即p=p0-E。 调节等压计的水浴温度及减压系统的压力，可以测得不同 温度时异丙醇的蒸气压。 三、仪器与试剂 1. 仪器 包温装置（SYP-ni玻璃包温水浴）、真空泵及其附件、DP-AF（真空）精密数 字压 力计、等压计。 2. 试剂 异丙醇（A.R.）。 四、实验步骤 1. 安装仪器 按照原理中的实验装置图来安装仪器 实验前仪器已连接完毕，此步骤略过。 2. 装样品 3 从等压计的加液口 R处注入异丙醇液体，使 A球内装有2/3的液体，并使 适量的异 丙醇在B的两管问形成封闭液。 实验前异丙醇液体已适量加入完毕，此步骤略过。 3. 检查漏气 将仪器装置好后，接通冷凝水，再关闭进气活塞，旋转三通活塞，使真空泵 只与大气 相通，开动真空泵。在真空泵正常运转后，旋转三通活塞，使真空泵只 与系统相通，抽出 系统中的气体。当压力测量仪现实的压差值为 -90kpa左右时， 旋转三通活塞，使真空泵只与大气相通。注意观察压力测量仪的数字变化，若 5min内无变 化，则证明系统的气密性已达到本实验的要求。若有变化，说明漏 气，应仔细逐段检查， 设法消除，直至不漏气为止。 实验时所用仪器示意图如原理中所示，和实验书中有所区别。实验中所用真 空泵不会 倒吸，故可一直运行。先开启真空泵打开抽气阀，关闭与大气相通的进 气阀平衡阀1,打开 平衡阀2,待显示的压差值到90kPa以后，关闭平衡阀3即 可开始检验气密性。实验时压差 值只能保证 1min左右，所以下面读数要迅速， 以免进气十扰实验。 4. 测定不同温度下异丙醇的蒸汽压 ① 调节恒温槽的温度为25C也.01C （比 室温高5C左右）。开动真空泵，缓 慢旋转三通活塞至适当位置，使真空泵与系统相连， 缓缓抽气，使 A、B问气体 呈气泡状一个一个通过封闭液。随着系统真空度越来越高，A 球内急封闭液的异 丙醇蒸发的越来越快，应当及时调整三通活塞减慢真空泵对系统的抽气 速度。至 压力测量仪上显示压差值为-96kpa左右时停止抽气。微微调节进气活塞使等压计 B管内液面等高，记下压差仪上的压力值。旋转活塞抽气数分钟，同上法在测量 一次。若 连续两次测得的压差值相等，则可认为 A、B问管内的空气已驱尽。记 下此时压力测量仪上的压差值 E,同时从气压计上读取并记下室温和大气压 po, 则可得到28C时异丙醇的蒸汽压p, p=p0-E。 调节抽气速率不需要调节抽气阀，只需要调节平衡阀3即可控制抽气快慢以 及液面高 度，停止抽气后发现等压计 U型管内的液体在沸腾。抽气时切忌抽气 太快，调节B管内 液面等高时也要谨防空气倒灌。实验时照此方法测了三次数 据。 ② 不需抽气， 直接 调节恒温槽温度为 30C也.01C, A球液面上方的异丙醇 蒸气由于温度升高而体积增大，不 4 断有气泡通过封闭液溢出。由于 A球内液体 不断蒸发成气体溢出，A球内液体逐渐减少，溢出的异丙醇蒸气乂被冷凝回流， B中封闭 液逐渐增多。此时，可以微微调节缓冲瓶进气活塞，使溢出的封闭液重 新进入A球内，以 保证实验的顺利进行。调节平衡阀 3使B部分两管内液面等 高，记下30C时压力测量仪 上的差值 E。 实验时为了把B中多余的液体冲回A中，要迅速打开进气阀，所以不可避 免地会有 空气重新进入 A中。所以需要重新按照 ①中步骤抽气测量3次饱和蒸 气压，才能记录数 据。 ③用上述方法沿温度升高方向测定 35C、40C、45C、50C、55C时的压 差值E。实 验完毕，再记下室内大气压 p0。 五、注意事项 1. 测定系统不漏气是本实验成 功的前提条件之一， 实验装置所有阀门都要气 密 性良好，用于连接的橡胶管都应完好不漏气，且无老化现象。 2. 等压计装异丙醇液体时， 等压计A球必须装至其容积的2/3,或略多于2/3, 否则可能 不够实验过程中的蒸发需要；等压计 U型管问的封闭液要尽量多装些， 否则液体太少极有 可能因迅速蒸发不够需要而导致实验难以进行。 3. 抽气的速度要合适，必须防止等压计内液体沸腾过于剧烈，致使B管内液 体被抽 尽。 4. 开通真空泵前必须先接通冷凝水，以保证已蒸发的异丙醇冷凝回流至封闭 液处。 六、数据记录与处理 1. 设 计表格用于计算大气压值p0以及不同温度时压力测量仪上的压差值 E, 5 并根据公式p=p0-E计算不同温度时异丙醇的饱和蒸气压 p。 室温17.9 开始气压=102.46kPa结束气压=102.54kPa采零气压=102.46kPa P表示饱和蒸气压，要对P进行采零校正 水温(c ) 气压 P0(kpa) 压力差E (kpa) P(kpa) P 采零校正(kpa) P 平均(kpa) 25.00 0.01 102.46 96.30