液体饱和蒸气压的测定

-- -- 实验一 液体饱和蒸气压的测定 【目的要求】 １. 掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。 学会由图解法求其平均摩尔气化 热和正常沸点。 2. 了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯－克拉贝龙(Cｌａusius- Ｃ lapeyron)方程式的意义。 ３ . 了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及精密数字压力计的使用及注意事项。 【实验原理】 通常温度下(距离临界温度较远时）,纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体 的饱和蒸气压,简称为蒸气压。 蒸发 1ｍoｌ液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。 液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时,蒸气压增大;温度降低时，蒸气压降低，这主要与分 子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时 , 液体沸点将相应改变,当外压为 1atm(101.325kPa)时,液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: 2 mvap d lnd RT H T p   (1) 式中,R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度;ΔｖaｐＨm为在温度Ｔ时纯液体的摩尔气化热。 假定 ΔvapHm与温度无关，或因温度范围较小,ΔvapＨm可以近似作为常数，积分上式,得： C TR H p   1 ln mvap (2) 其中C为积分常数。 由此式可以看出,以lnp对1/Ｔ作图， 应为一直线,直线的斜率为 R H mvap   ， 由斜率可求算液体的 ΔvaｐHｍ。 测定通常有静态法和动态法，静态法:把待测物质放在一个封闭体系中,在不同的温度下， 蒸气压与外压相等时直接测定外压；或在不同外压下测定液体的沸点。动态法：常用的有饱 和气流法,即通过一定体积的已被待测物质所饱和的气流,用某物质完全吸收。然后称量吸收物 -- -- 质增加的质量,求出蒸汽的分压力即为该物质的饱和蒸气压。 静态法测定液体饱和蒸气压，是指在某一温度下,直接测量饱和蒸气压,此法一般适用于蒸 气压比较大的液体。静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压,有升温法和降温法二种。本次 实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压,所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置, 如图 2-3-1 所示： 平衡管由 A 球和Ｕ型管 B、C 组成。平衡管上接一冷凝管,以橡皮管与压力计相连。A 内 装待测液体,当 A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气,而Ｂ管与 C 管的液面处于同一水平时， 则 表示 B 管液面上的(即 A 球液面上的蒸气压)与加在Ｃ管液面上的外压相等。 此时， 体系气液两 相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。 【仪器试剂】 恒温水浴;平衡管；精密数字压力计；真空泵及缓冲储气罐。 无水乙醇（A．R) 图２－3-1 液体饱和蒸气压测定装置图 １.平衡管;２.搅拌器;3.温度计；4.缓冲瓶；5.恒温水浴;6.三通活塞；７.直通活塞；8．精密数字压力计 【实验步骤】 1． 装样 从加样口注入乙醇，关闭平衡阀 1,打开进气阀。启动油泵,抽至气泡成串上窜,可关闭进气 阀，打开平衡阀１漏入空气，使乙醇充满试样球体积的三分之二和 U 型管双臂的大部分。 -- -- ２. 检漏,系统气密性检查 接通冷凝水，关闭平衡阀１,打开进气阀使真空油泵与缓冲储气罐相通。启动油泵,使压力 表读数为某一数值(可６0,70ｋPa 左右)，关闭进气阀,停止抽气，检查有无漏气(看压力表示数 在 3～５min 内是否变化） ，若无漏气即可进行测定。(注意：在停止抽气前，应先把真空泵与 大气相通,否则会造成泵油倒吸,造成事故。) 3． 饱和蒸气压的测定 调节恒温水浴温度 30℃， 开动油泵缓缓抽气,使试样球与 U 型管之间空间内的空气呈气泡 状通过 U 型管中的液体而逸出。如发现气泡成串上窜,可关闭进气阀，缓缓打开平衡阀 1 漏入 空气使沸腾缓和。如此慢沸 3～5ｍin,可认为试样球中的空气排除干净，关闭平衡阀 2。小心 开启平衡阀 1 缓缓漏入空气，直至 U 型管两臂的液面等高为止,在压力表上读出压力值。 调节恒温水浴温度 33℃，小心开启平衡阀１缓缓漏入空气，直至 U 型管两臂的液面等高 为止,在压力表上读出压力值。依次测定 36℃，39℃,４2℃,45℃,48℃，51℃时乙醇的蒸汽压。 测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球,则需重新抽真空后方可继续测定。 如升温过程中 U 型管内液体发生暴沸，可开启平衡阀１漏入少量空气，以防止管内液体 大量挥发而影响实验进行。 实验结束后,慢慢打开进气阀,使压力表恢复零位。关闭冷却水，关闭压力表、恒温控制仪、 恒温水浴电源,并拔下电源插头。 附缓冲储气罐的使用说明: -- -- 1.安装: 用橡胶管或塑料管分别将进气阀与气泵、装置ｌ接口,装置２接口与数字压力表连接。安 装时应注意连接管插入接口的深度要≥15mｍ,并扣紧，否则会影响气密性。 2.首次使用或长期未使用而重新启用时，应先作整体气密性检查 （1)将进气阀、平衡阀 2 打开，平衡阀 1 关闭(二阀均为顺时针关闭,逆时针开启） 。启动油 泵加压(或抽气）至１0０KPa～200ＫPa,数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。 （２)关闭进气阀,停止抽气，检查平衡阀２是否开启,平衡阀 l 是否完全关闭。观察数字 压力表,若显示数字降值在标准范围内(小于 0.01Kpa/秒)，说明整体气密性良好。否则需查找并 清除漏气原因直至合格。 (3)再作微调部分的气密性检查: 关闭平衡阀１，开启平衡阀２调整微调部分的压力，使之低于压力罐中压力的 1/2，观察 数字压力表,其变化值在标准范围内(小于±０．0１Kpａ／4 秒)，说明气密性良好。若压力值 上升超过标准,说明平衡阀 2 泄漏；若压力值降超过标准，说明平衡阀 1 泄漏。 3.与被测系统连接进行测试： （１)用橡胶管将装置 2 接口与被测系统连接、装置 1 接口与数宁压力计连接。打开进气 阀与平衡阀 2，关闭平衡阀 1，启动气泵，加压(或抽气)，从数字压力计即可读出压力罐中的 压力值。 -- -- (2)测试过程中需调整压力值时， 使压力表显示的压力略高于所需压力值,然后关闭进气阀， 停止气泵工作，关闭平衡阀２，调节平衡阀 1 使压力值至所需值。采用此方法可得到所需的 不同压力值。 4．测试完毕,打开进气阀、平衡阀均可释放储气管中的压力，使系统处于常压下备用。 5．操作注意事项 阀的开启不能用力过强,以防损坏影响气密性。 由于阀的阀芯未设防脱装置，关闭阀门时严禁将阀上阀体旋至脱离状态,以免阀在压力下 造成安全事故。 维修阀必须先将压力罐的压力释放后,再进行拆卸。 连接各接口时,用力要适度,避免造成人 为的损坏。 压力罐的压力使用范围为-100KPa～２５０Ｋpa,为了保证安全,加压时不能超出此范围。 使用过程中调节平衡阀１、平衡阀 2 时压力表所示的压力值有时跳动属正常现象，待压 力稳定后方可作实验。 【注意事项】  减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。  抽气速度要合适,必须防止平衡管内液体沸腾过剧,致使 B 管内液体快