1、環(huán)己烷飽和蒸汽壓的測(cè)定Gfanqi Pb142070*中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 安徽合肥摘要：本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用動(dòng)態(tài)法測(cè)量環(huán)己烷的飽和蒸汽壓，建立起飽和蒸汽壓溫度的經(jīng)驗(yàn)方程式，并求算環(huán)己烷的平均摩爾汽化熱。關(guān)鍵詞：飽和蒸汽壓、沸點(diǎn)、真空泵、動(dòng)態(tài)法測(cè)定蒸汽壓、克拉貝龍-克勞修斯方程。序言：飽和蒸汽壓是物質(zhì)的一個(gè)重要物理參數(shù)，對(duì)特定物質(zhì)的飽和蒸汽壓進(jìn)行測(cè)定，對(duì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐均有重要的指導(dǎo)作用。液體飽和蒸汽壓的測(cè)量方法主要有三種：1、靜態(tài)法：在某一固定溫度下直接測(cè)量飽和蒸汽的壓力。2、動(dòng)態(tài)法：在不同外部壓力下測(cè)定液體的沸點(diǎn)。 3、飽和氣流法：在液體表面上通過(guò)干燥的氣流，調(diào)節(jié)氣流速度，使之能被液體的蒸汽所飽和

2、，然后進(jìn)行氣體分析，計(jì)算液體的蒸汽壓。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，用第二種方法來(lái)測(cè)定環(huán)己烷的飽和蒸汽壓。實(shí)驗(yàn)部分一、 儀器與試劑試劑：分析純環(huán)己烷，儀器：抽氣泵 1臺(tái) 1/10C溫度計(jì) 2支福廷式壓力計(jì) 1支 加熱電爐 1個(gè)攪拌馬達(dá) 1臺(tái) 二、 實(shí)驗(yàn)原理在封閉體系中，液體很快和它的蒸汽達(dá)到平衡。這時(shí)的蒸汽的壓力稱為液體的飽和蒸汽壓。蒸發(fā)一摩爾液體需要吸收的熱量，即為該溫度下液體的摩爾汽化熱。它們的關(guān)系可用克拉貝龍克勞修斯方程表示： (41)DH：摩爾汽化熱(Jmol-1) R：氣體常數(shù)(8.314Jmol-1K-1)若溫度改變的區(qū)間不大，DH可視為為常數(shù)(實(shí)際上DH與溫度有關(guān))。積分上式得： (42)

3、或 (43)常數(shù)，。 (3)式表明與有線性關(guān)系。作圖可得一直線，斜率為B。因此可得實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱DH。 (44)當(dāng)外壓為101.325kPa(760mmHg)時(shí)，液體的蒸汽壓與外壓相等時(shí)的溫度稱為液體的正常沸點(diǎn)。在圖上，也可以求出液體的正常沸點(diǎn)。三、 裝置簡(jiǎn)介圖4-1中，平衡管由三個(gè)相連通的玻璃球構(gòu)成，頂部與冷凝管相連。冷凝管與U形壓力計(jì)6和緩沖瓶7相接。在緩沖瓶7和安全瓶11之間，接一活塞9，用來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)量體系的壓力。安全瓶中的負(fù)壓通過(guò)真空泵抽真空來(lái)實(shí)現(xiàn)。安全瓶和真空泵之間有一三通閥，通過(guò)它可以正確地操作真空泵的啟動(dòng)和關(guān)閉。A球中裝待測(cè)液體，當(dāng)A球的液面上純粹是待測(cè)液體的蒸

4、汽，并且當(dāng)B管與C管的液面處于同一水平時(shí)，表示B管液面上的蒸汽壓(即A球面上的蒸汽壓)與加在C管液面上的外壓相等。此時(shí)體系汽液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點(diǎn)。用當(dāng)時(shí)讀得的大氣壓減去壓差計(jì)兩水銀柱的高度差，即為該溫度下液體的飽和蒸汽壓。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，掌握真空泵的正確使用，了解系統(tǒng)各部分及活塞的作用，讀當(dāng)日大氣壓。 2、取下平衡管4，洗凈、烘干，裝入待測(cè)液。使A球內(nèi)有2/3體積的液體。并在B，C管中也加入適量液體，將平衡管接在冷凝管的下端。平衡管中液體的裝法有兩種：一是把A管烘烤，趕走空氣，迅速在C管中加入液體，冷卻A管，把液體吸入。二是將C管中加入液體，將平衡管與一

5、水泵相連接，抽氣，并突然與水泵斷開(kāi)，讓C管的水流入A管。 3、系統(tǒng)檢漏：管閉活塞8和9，將三通活塞14旋轉(zhuǎn)至與大氣相通，關(guān)閉活塞10，插上真空泵電源，啟動(dòng)真空泵，將活塞14再轉(zhuǎn)至與安全瓶11相通，抽氣5分鐘，再將活塞14旋至與大氣相通，拔掉真空泵電源，停止抽氣。這樣做是為了防止真空泵油倒吸。用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的真空度，使U形壓力計(jì)兩臂水銀柱高低差為2040毫米，關(guān)閉活塞9。仔細(xì)觀察壓力計(jì)兩臂的高度，在10分鐘內(nèi)不變化，證明不漏氣，可開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。否則應(yīng)該認(rèn)真檢查各接口，直到不漏氣為止。 4、不同溫度下液體飽和蒸汽壓的測(cè)定： A、將平衡管浸入盛有蒸餾水的大燒杯中，并使其全部浸沒(méi)在液體中。插上電爐加

6、熱，同時(shí)開(kāi)冷卻水，開(kāi)啟攪拌馬達(dá)，使水浴中的水溫度均勻。 B、關(guān)閉活塞9，使活塞8與大氣相通。此時(shí)平衡管，壓力計(jì)，緩沖瓶處于開(kāi)放狀態(tài)。將活塞14通大氣，插真空泵電源抽氣，把活塞14旋轉(zhuǎn)至與安全瓶相通，抽5分鐘，再將活塞14通大氣。拔下電源，此時(shí)安全瓶?jī)?nèi)為負(fù)壓，待用。 C、隨著水浴中液體的溫度的不斷升高，A球上面的待測(cè)液體的蒸汽壓逐漸增加，使C管中逐漸有氣泡逸出。本實(shí)驗(yàn)所測(cè)的液體為純凈的水，所以待測(cè)水浴中的水沸騰后仍需繼續(xù)煮沸5-10分鐘，把A球中的空氣充分趕凈，使待測(cè)水上面全部為純液體的蒸汽。停止加熱，讓水浴溫度在攪拌中緩緩下降，C管中的氣泡逐漸減少直至消失，液面開(kāi)始下降，B管液面開(kāi)始上升，認(rèn)真

7、注視兩管液面，一旦處于同一水平，立即讀取此時(shí)的溫度。這個(gè)溫度便是實(shí)驗(yàn)大氣壓條件下液體的沸點(diǎn)。 D、關(guān)閉活塞8，用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶7中的真空度，從而降低平衡管上端的外壓，U形壓力計(jì)兩水銀柱相差約40mm左右，這時(shí)A管中的待測(cè)液又開(kāi)始沸騰，C管中的液面高于B管的液面，并有氣泡很快逸出，隨著溫度的不斷下降，氣泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C兩管液面相平時(shí)，說(shuō)明A、B之間的蒸汽壓與外壓相等。立即記下此時(shí)的溫度和U形壓力計(jì)上的讀數(shù)。此時(shí)的溫度即外壓為大氣壓減去兩汞柱差的情況下液體的沸點(diǎn)。繼續(xù)用活塞9調(diào)節(jié)緩沖瓶的壓力，體系產(chǎn)生新的沸騰，再次測(cè)量蒸汽壓與外壓平衡時(shí)的溫度，反復(fù)多次，約10個(gè)點(diǎn)。溫度控制

8、在80C以上，壓差計(jì)的水銀柱相差約400mm左右為止。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，可將緩沖瓶放空，重新加熱，按上述步驟繼續(xù)重復(fù)測(cè)量?jī)纱?。?shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，再讀取大氣壓，把兩次記錄的值取平均。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、測(cè)得的摩爾氣化熱平均33.17KJ/mol，比理論值32.76/mol略大，絕對(duì)誤差：0.41KJ/mol，相對(duì)誤差，1.25%。2、以第二實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖為例P-T圖Ln P 1/T圖由上圖知：P-T曲線較平滑，LnP1/T曲線成一條直線，與實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)一致，從而驗(yàn)證了克拉貝龍-克勞修斯方程。3、綜合三次測(cè)量結(jié)果，計(jì)算得一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下環(huán)己烷的沸點(diǎn)為80.78，文獻(xiàn)值為80.74攝氏度，絕對(duì)誤差為0.03，相

9、對(duì)誤差為0.037%。4、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與理論值存在一定偏差，盡管很小，分析可能是以下幾方面原因造成的:a) 隨機(jī)誤差。本實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行了三次，理論上隨機(jī)誤差不能完全的排除，增加做實(shí)驗(yàn)的次數(shù)可以最大程度的減少不確定因素帶來(lái)的隨機(jī)誤差。b) 儀器誤差：由于實(shí)驗(yàn)儀器的精度限制，溫度計(jì)的讀數(shù)不可能完全真實(shí)的反應(yīng)被測(cè)物質(zhì)的真實(shí)溫度，而是與實(shí)際值有一定的偏差。另外壓差測(cè)量計(jì)的汞的密度可能隨外界溫度以及氣壓的變化有一些微小的變化，加上合肥本地的重力加速度會(huì)因?yàn)楹０蔚挠绊懚c零海拔下的值有所偏差，使得氣壓計(jì)的讀數(shù)同樣不能完全真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際的壓差，綜合溫度計(jì)以及氣壓計(jì)的問(wèn)題，使得最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際

10、有所偏差。c) 體系溫差：實(shí)驗(yàn)中溫度計(jì)并沒(méi)有直接測(cè)量體系的溫度，而是通過(guò)水溫間接的反應(yīng)體系的溫度。這樣是假設(shè)每時(shí)每刻水溫與體系溫度的變化都是同步的，實(shí)際上這并不能做到，在一次加熱或降溫的過(guò)程中，各處水溫并不完全相等，而是在一定范圍內(nèi)有一定的偏差，因此體系的溫度也是有一定的范圍浮動(dòng)的。因此在測(cè)量一定大氣壓下環(huán)己烷的沸點(diǎn)的時(shí)候，讓整個(gè)體系與環(huán)境的溫度盡可能的慢是很有必要的。六、 結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)不同外壓下環(huán)己烷的沸點(diǎn)，從而得到了不同外壓下環(huán)己烷的飽和蒸汽壓，做出的Ln P 1/T曲線為直線，驗(yàn)證了克拉貝龍方克勞修斯方程，并由其斜率求得環(huán)己烷在所測(cè)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱為33.17KJ/mol

11、，比理論值稍稍高約0.41KJ/mol七、 參考資料物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 崔獻(xiàn)英等編 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社物理化學(xué) 傅獻(xiàn)彩 等編 高等教育出版社 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn) 查正根 等編 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社附錄數(shù)據(jù)處理部分：1、熱電偶水銀溫度計(jì)示數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系（數(shù)據(jù)取自第三組數(shù)據(jù)）:熱電偶溫度計(jì)示數(shù)79.1975.4268.9264.2658.68水銀溫度計(jì)示數(shù)79.275.669.2464.658.98兩種溫度計(jì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：ET=0.98606MT+1.19592注：實(shí)驗(yàn)時(shí)所讀示數(shù)為熱電偶溫度計(jì)的示數(shù)，由于熱電偶溫度計(jì)溫度測(cè)量值可能受到外界多種因素的影響，所以運(yùn)用上式進(jìn)行換算使其接近于水銀溫度計(jì)的讀數(shù)。2、第一

12、次數(shù)據(jù)處理。實(shí)測(cè)大氣壓強(qiáng)P（大氣）=101.85MB 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)P*=101.325MB飽和蒸汽壓計(jì)算公式P= P（大氣）-（上汞柱+下汞柱）/76p*T矯正（K）=0.98606MT+1.19592+273.15上汞柱（cm）下汞柱（cm）飽和蒸汽壓P（MB）ln（P）T實(shí)測(cè)（）T矯正（）T矯正（K）1/T(矯正)1.85 1.60 97.25 7.99 79.01 79.10 352.35 2.84E-033.70 3.30 92.52 7.97 77.38 77.50 350.76 2.85E-035.87 5.40 86.82 7.94 75.34 75.49 348.78 2.87

13、E-038.10 7.60 80.92 7.91 73.11 73.29 346.61 2.89E-039.80 9.30 76.39 7.88 71.37 71.57 344.92 2.90E-0311.01 11.68 71.60 7.85 69.25 69.48 342.86 2.92E-0313.90 13.25 65.65 7.82 66.65 66.92 340.33 2.94E-0315.98 15.20 60.28 7.78 64.25 64.55 338.00 2.96E-0317.80 17.00 55.45 7.74 61.74 62.08 335.56 2.98E-03

14、19.08 18.91 51.20 7.71 58.95 59.32 332.84 3.00E-03P-T圖Ln P 1/T圖由上圖知：Ln P=29.48433-3908.37（1/T） B=3908.37148vapHm=R(B)=32494.98kJ/mol將P=101.85 kPa 代入ln P=A-B/T，A=29.48433，B= 3908.37148得T=353.85K實(shí)驗(yàn)測(cè)得該大氣壓的沸點(diǎn)為 80.40+273.15=353.64K偏差:（353.85-353.64）/353.64=5.9410-43、第二組數(shù)據(jù)處理實(shí)測(cè)大氣壓強(qiáng)P（大氣）=101.81B 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)P*=10

15、1.325MB飽和蒸汽壓計(jì)算公式P= P（大氣）-（上汞柱+下汞柱）/76p*T矯正（K）=0.98606MT+1.19592+273.15上汞柱（cm）下汞柱（cm）飽和蒸汽壓P（Pa）ln（P）T實(shí)測(cè)（）T矯正（）T矯正（K）1/T(矯正)1.80 1.50 97410361.84 18.39 79.01 79.10 352.35 2.84E-034.15 3.78 91237536.18 18.33 77.20 77.32 350.59 2.85E-035.85 5.40 86811233.55 18.28 75.58 75.72 349.01 2.87E-037.82 7.30 816

16、51657.89 18.22 73.53 73.70 347.02 2.88E-039.80 9.20 76478750.00 18.15 71.44 71.64 344.99 2.90E-0312.10 11.45 70412582.24 18.07 68.85 69.09 342.47 2.92E-0314.11 13.41 65119684.21 17.99 66.84 67.10 340.51 2.94E-0315.88 15.10 60506730.26 17.92 64.53 64.83 338.27 2.96E-0317.99 17.12 55000516.45 17.82 61

17、.74 62.08 335.56 2.98E-0319.94 19.09 49774279.61 17.72 58.95 59.32 332.84 3.00E-03P-T圖Ln P 1/T圖由上圖知：Ln P=29.76629-4007.89283（1/T） B=4007.89283vapHm=R(B)=33322.42kJ/mol將P=101.81kPa 代入ln P=A-B/T，A=29.76629，B=4007.89283得T=353.81實(shí)驗(yàn)測(cè)得該大氣壓的沸點(diǎn)為 80.59 + 273.15 = 353.74 K偏差: （353.81-353.74）/353.74=1.9810-44、

18、第三組數(shù)據(jù)處理實(shí)測(cè)大氣壓強(qiáng)P（大氣）=101.86MB 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)P*=101.325MB飽和蒸汽壓計(jì)算公式P= P（大氣）-（上汞柱+下汞柱）/76p*T矯正（K）=0.98606MT+1.19592+273.15上汞柱（cm）下汞柱（cm）飽和蒸汽壓P（Pa）ln（P）T實(shí)測(cè)（）T矯正（）T矯正（K）1/T(矯正)1.81 1.81 97033730.26 18.39 79.19 79.28 352.52 2.84E-034.02 4.02 91140881.58 18.33 77.21 77.33 350.60 2.85E-035.91 5.91 86101296.05 18.27 75.42 75.56 348.86 2.87E-037.80 7.80 81061710.53 18.21 73.52 73.69 347.01 2.88E-0310.01 10.01 75168861.84 18.14 71.21 71.41 344.76 2.90E-0312.01 12.01 69835967.11 18.06 68.92 69.16 342.54 2.92E-0313.70 13.70 65329