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实验一静态法测定纯液体饱和蒸气压
一、实验目的
明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念,深入了解纯液体饱和蒸汽压和温度的关系—Clausius-Clapeyron(克劳修斯-克拉贝龙)方程式;
用等压计测定不同温度下乙醇饱和蒸气压,初步掌握真空实验技术;
学会用图解法来求解被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热与正常沸点。
二、基本原理
在一定温度下,与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力,称为该温度下的饱和蒸汽压。这里的平衡状态是指动态平衡。在某一温度下,被测液体处于密闭、真空容器,液体分子从液面逃逸成为蒸气,同时蒸气分子因与液面碰撞而凝结成液相。当两者的速度相等时,就达到了动态平衡,此时气相中蒸气的密度不再改变,因此就具有一定的饱和蒸气压。由相律f=C(1)-Φ(2)+2=1可知,纯液体的饱和蒸气压随温度改变而改变。当纯液体的蒸汽压与外界压力相等时,液体便沸腾,此时的温度称为沸点;,液体的沸点称正常沸点。纯液体饱和蒸气压与液体的本性(分子大小,结构、形状)、温度及外压等因素有关。
纯液体的饱和蒸汽压与温度的关系可以用Clausius-Clapeyron方程式来表示:
式中,p*为温度为T时纯液体的饱和蒸气压;T为热力学温度;∆vapHm液体摩尔气化热;R气体常数。
当温度的变化范围不大时,∆vapHm可视为常数,于是将(Ⅱ-1-1)式积分,有
式中,I为积分常数。
在一定温度范围内,测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压,以ln p*对1/T作图,可得到一条直线。由该直线的斜率可求得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热。
测定饱和蒸气压常用的方法有动态法、静态法、饱和气流法。本实验采用静态法,即将被测物质放在一个密闭体系中,在不同的温度下直接测量其饱和蒸气压,此方法适用于蒸气压比较大的液体。
三、仪器与试剂
DPCY-Π型饱和蒸汽压教学实验仪 1台 DPP-A精密数字压力计(分辨率10Pa)
SWC-Π数字贝克曼温度计(%)1台
平衡管 1只玻璃恒温槽 1套真空泵及附件等乙醇(分析纯)
四、实验步骤
(一) 仪器装置
实验装置简图见图Ⅱ-1-1。所有接口必须严密封闭。平衡管由a、b和c三根相连通的玻璃管组成,a管中储存待测测液体,b和c也装有相同的液体,在底部相连。当a、c管上部纯粹是待测液体的蒸气,b、c管中的液面在同一水平面时,c管液面上的蒸气压与b管液面上的外压相等,此时液体的温度即为体系的气液平衡温度,亦即沸点。
平衡管中液体的装入过程为:取下平衡管,洗净,烘干,然后烘烤(可用煤气灯)a管,赶走管内空气,迅速将液体自b管的管口灌入,冷却a管,液体被吸入a。反复二、三次,使液体灌至a管高度的2/3为宜,然后接在装置上。
图Ⅱ-1-1 纯液体饱和蒸气压测定装置示意图
(二)具体操作方法
开冷却水,磁力搅拌器。
室温下抽真空
打开系统抽气活塞、缓冲瓶调节活塞、放空活塞,将体系中的真空卸掉;
使真空表读数归零,单位调至“mmHg”;
关闭缓冲瓶调节活塞,略关闭系统抽气活塞,以防抽速过快将液封乙醇抽干;
打开真空泵开关,待真空泵正常运转4~5min后关闭放空活塞,然后缓慢地将系统抽气活塞关小;
当真空表读数为-670 mmHg时关闭系统抽气活塞(注意,液体要轻微沸腾3~5 min,否则不要关闭抽气活塞,继续抽气),打开放空活塞,关闭真空泵;
此时若真空表读数维持不变,则表明系统不漏气。
调节测量温度打开电子贝克曼温度计,调节水银接触温度计到预设温度(至少要比室温高3℃),开恒温槽加热元件开关(注意:水银接触温度计上的预设温度只是一个大体值,它主要用来控制加热系统,恒温槽实际温度由贝克曼温度计读取)。
饱和蒸气压的测量将真空表调至“kPa”,缓慢打开缓冲瓶调节活塞,节调液封两侧(U型管内或b、c管)液面相平,此时真空表的读数即为系统真空度。注意调节时不要将空气倒灌
到管a,否则需要对体系重新抽真空。
提高系统温度大约5℃,待系统温度稳定后重复步骤4,测量该温度下的饱和蒸气压,如此重复,直至系统温度为50℃左右。
实验完毕后,关闭电源,打开调节活塞,关闭冷却水;记录进行实验时的室温和大气压。
(三)注意事项
本实验从低温向高温测定,共测定六组数据,最高温度不要超过50℃。
调节U形管液面平衡时,不要将空气倒灌;否则,体系需要重新抽真空。
抽气速度要合适,谨防平衡管内液体剧烈体沸腾,致使U型管中的液体被抽干。
饱和蒸汽压与温度有关,℃左右。
(四)提问
1. 测定液体饱和蒸气压的装置中有一个缓冲瓶,其作用是什么?
2. 停止抽气之前为什么要先打开放空活塞,然后才关