22(鐘愛國)11(鐘愛國)試驗(yàn)一 液體飽和蒸氣壓的測定[適用對象]化學(xué)教育[試驗(yàn)學(xué)時(shí)]3【目的要求】把握靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的原理及操作方法。學(xué)會(huì)由圖解法求其平均摩爾氣化熱和正常沸點(diǎn)。了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系、克勞修斯-克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)方程式的意義。3.了解真空泵、玻璃恒溫水浴，緩沖儲(chǔ)氣罐及周密數(shù)字壓力計(jì)的使用及留意事項(xiàng)。【試驗(yàn)原理】通常溫度下(距離臨界溫度較遠(yuǎn)時(shí))，純液體與其蒸氣達(dá)平衡時(shí)的蒸氣壓稱為該溫度下液體1mol液體所吸取的熱量稱為該溫度下液體的摩爾氣化熱。液體的蒸氣壓隨溫度而變化，溫度上升時(shí)，蒸氣壓增大；溫度降低時(shí)，蒸氣壓降低，這主要與分子的動(dòng)能有關(guān)。當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體便沸騰，此時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)，外壓不同時(shí)，液體沸點(diǎn)將相應(yīng)轉(zhuǎn)變，當(dāng)外壓為1atm〔101.325kPa〕時(shí)，液體的沸點(diǎn)稱為該液體的正常沸點(diǎn)。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系用克勞修斯-克拉貝龍方程式表示：dlnp H vap m (1)dT RT2式中，R為摩爾氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；ΔvapHmT時(shí)純液體的摩爾氣化熱。假定ΔvapHm與溫度無關(guān)，或因溫度范圍較小，ΔvapHm可以近似作為常數(shù)，積分上式，得： H 1lnp vap m

C (2)R T其中Clnp對1/T

Hvap m，R由斜率可求算液體的ΔH。vap m測定通常有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，靜態(tài)法：把待測物質(zhì)放在一個(gè)封閉體系中，在不同的溫度下，蒸氣壓與外壓相等時(shí)直接測定外壓；或在不同外壓下測定液體的沸點(diǎn)。動(dòng)態(tài)法：常用的有飽和氣流法，即通過確定體積的已被待測物質(zhì)所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸取。然后稱量吸取物質(zhì)增加的質(zhì)量，求出蒸汽的分壓力即為該物質(zhì)的飽和蒸氣壓。靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓，是指在某一溫度下，直接測量飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。靜態(tài)法測量不同溫度下純液體飽和蒸氣壓，有升溫法和降溫法二種。本次試驗(yàn)承受升溫法測定不同溫度下純液體的飽和蒸氣壓，所用儀器是純液體飽和蒸氣壓測2-3-1所示：AUB、C組成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管與壓力計(jì)相連。AABC管的液面處于同一水尋常B管液面上的(A球液面上的蒸氣壓)C管液面上的外壓相等。此時(shí)，體系氣液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點(diǎn)?！緝x器試劑】恒溫水浴；平衡管；周密數(shù)字壓力計(jì)；真空泵及緩沖儲(chǔ)氣罐。無水乙醇(A.R)圖2-3-1 液體飽和蒸氣壓測定裝置圖平衡管；2.攪拌器；3.溫度計(jì)；4.緩沖瓶；5.恒溫水??；6.三通活塞；7.直通活塞；8.周密數(shù)字壓力計(jì)【試驗(yàn)步驟】裝樣從加樣口注入乙醇，關(guān)閉平衡閥1，翻開進(jìn)氣閥。啟動(dòng)油泵，抽至氣泡成串上竄，可關(guān)閉進(jìn)氣閥，翻開平衡閥1漏入空氣，使乙醇布滿試樣球體積的三分之二和U型管雙臂的大局部。檢漏，系統(tǒng)氣密性檢查接通冷凝水，關(guān)閉平衡閥1，翻開進(jìn)氣閥使真空油泵與緩沖儲(chǔ)氣罐相通。啟動(dòng)油泵，使壓力表讀數(shù)為某一數(shù)值〔可60，70kPa左右，關(guān)閉進(jìn)氣閥，停頓抽氣，檢查有無漏氣〔看壓力表示數(shù)在～5min內(nèi)是否變化，假設(shè)無漏氣即可進(jìn)展測定〔留意：在停頓抽氣前，應(yīng)先把真空泵與大氣相通，否則會(huì)造成泵油倒吸，造成事故〕飽和蒸氣壓的測定30℃，開動(dòng)油泵緩緩抽氣，使試樣球與U型管之間空間內(nèi)的空氣呈氣泡狀通過U型管中的液體而逸出。如覺察氣泡成串上竄，可關(guān)閉進(jìn)氣閥，緩緩翻開平衡閥1漏入空氣使沸騰緩和。如此慢沸3～5min，可認(rèn)為試樣球中的空氣排解干凈，關(guān)閉平衡閥2。留神1緩緩漏入空氣，直至U型管兩臂的液面等高為止，在壓力表上讀出壓力值。331緩緩漏入空氣，直至U型管兩臂的液面等高為止，在壓力表上讀出壓力值。依次測定36℃，39℃，42℃，45℃，48℃，51℃時(shí)乙醇的蒸汽壓。測定過程中如不慎使空氣倒灌入試樣球，則需重抽真空前方可連續(xù)測定。U1漏入少量空氣，以防止管內(nèi)液體大量揮發(fā)而影響試驗(yàn)進(jìn)展。試驗(yàn)完畢后，漸漸翻開進(jìn)氣閥，使壓力表恢復(fù)零位。關(guān)閉冷卻水，關(guān)閉壓力表、恒溫把握儀、恒溫水浴電源，并拔下電源插頭。附緩沖儲(chǔ)氣罐的使用說明：安裝：用橡膠管或塑料管分別將進(jìn)氣閥與氣泵、裝置l接口，裝置2接口與數(shù)字壓力表連接。安裝時(shí)應(yīng)留意連接收插入接口的深度要≥15mm，并扣緊，否則會(huì)影響氣密性。2．首次使用或長期未使用而重啟用時(shí)，應(yīng)先作整體氣密性檢查將進(jìn)氣閥、平衡閥2翻開，平衡閥1關(guān)閉(二閥均為順時(shí)針關(guān)閉，逆時(shí)針開啟)。啟動(dòng)油泵加壓〔或抽氣〕100KPa～200KPa，數(shù)字壓力表的顯示值即為壓力罐中的壓力值。2l是否完全關(guān)閉。觀看數(shù)字壓力表，假設(shè)顯示數(shù)字降值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(小于0.01Kpa／秒)，說明整體氣密性良好。否則需查找并去除漏氣緣由直至合格。再作微調(diào)局部的氣密性檢查：12調(diào)整微調(diào)局部的壓力，使之低于壓力罐中壓力的1/2，觀看(小于±0.01Kpa／4秒)，說明氣密性良好。假設(shè)壓力值上升超過標(biāo)準(zhǔn)，說明平衡閥2泄漏；假設(shè)壓力值降超過標(biāo)準(zhǔn)，說明平衡閥1泄漏。3．與被測系統(tǒng)連接進(jìn)展測試：21接口與數(shù)寧壓力計(jì)連接。翻開進(jìn)氣閥與平衡閥2，關(guān)閉平衡閥1，啟動(dòng)氣泵，加壓(或抽氣)，從數(shù)字壓力計(jì)即可讀出壓力罐中的壓力值。測試過程中需調(diào)整壓力值時(shí)，使壓力表顯示的壓力略高于所需壓力值，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥，停頓氣泵工作，關(guān)閉平衡閥2，調(diào)整平衡閥1使壓力值至所需值。承受此方法可得到所需的不同壓力值。4．測試完畢，翻開進(jìn)氣閥、平衡閥均可釋放儲(chǔ)氣管中的壓力，使系統(tǒng)處于常壓下備用。操作留意事項(xiàng)閥的開啟不能用力過強(qiáng)，以防損壞影響氣密性。由于閥的閥芯未設(shè)防脫裝置，關(guān)閉閥門時(shí)嚴(yán)禁將閥上閥體旋至脫離狀態(tài)，以免閥在壓力下造成安全事故。修理閥必需先將壓力罐的壓力釋放后，再進(jìn)展拆卸。連接各接口時(shí)，用力要適度，避開造成人為的損壞。壓力罐的壓力使用范圍為-100KPa～250Kpa，為了保證安全，加壓時(shí)不能超出此范圍。12穩(wěn)定前方可作試驗(yàn)?！玖粢馐马?xiàng)】減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時(shí)達(dá)不到本試驗(yàn)要求的真空度。抽氣速度要適宜，必需防止平衡管內(nèi)液體沸騰過劇，致使B管內(nèi)液體快速蒸發(fā)。ABB管液面上空只含液體的蒸氣分子。AB管必需放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。AB彎管的空間中。假設(shè)發(fā)生倒灌，則必需重排解空氣。在停頓抽氣前，應(yīng)先把真空泵與大氣相通，否則會(huì)造成泵油倒吸，造成事故。2簡潔消滅問題，始終保持翻開狀態(tài)，不用再調(diào)整。思考題試分析引起本試驗(yàn)誤差的因素有哪些？答：空氣排解不干凈；溫度的波動(dòng)；不能確定調(diào)平。為什么AB彎管中的空氣要排干凈？怎樣操作？怎樣防止空氣倒灌？答：為了保證A球上方全是乙醇的蒸氣，測定的是乙醇的飽和蒸汽壓，所以AB彎管中的空氣要排干凈。開動(dòng)油泵抽氣，使試樣球與U型管之間空間內(nèi)的空氣呈氣泡狀通過U型管中的液體而逸出，沸騰后慢沸3～5min，可認(rèn)為試樣球中的空氣排解干凈。測定中，翻開進(jìn)空氣活塞時(shí)，切不行太快，以防止空氣倒灌。本試驗(yàn)方法能否用于測定溶液的飽和蒸汽壓？為什么？答：分狀況，測定過程中溶液的濃度會(huì)發(fā)生變化的不能測，但是對于難溶物的飽和溶液或者恒沸物例外可以測定。試說明壓力計(jì)中所讀數(shù)值是否是純液體的飽和蒸氣壓？答：不是，試驗(yàn)當(dāng)時(shí)的大氣壓對于壓力計(jì)來說為零，所以壓力計(jì)中所讀數(shù)值為大氣壓與該溫度下的飽和蒸汽壓之差。為什么試驗(yàn)完畢后必需使體系和真空泵與大氣相通才能關(guān)閉真空泵？答：在停頓抽氣前，應(yīng)先把真空泵與大氣相通，否則會(huì)造成泵油倒吸，造成事故?！緺幷摗拷禍胤y定不同溫度下純水的飽和蒸氣壓接通冷凝水，調(diào)整三通活塞使系統(tǒng)降壓13kPa(100mm汞柱)，加熱水浴至沸騰，此時(shí)AABC10min以上，AB彎管內(nèi)的空氣。1℃/min(B管上空的壓力)隨溫度下降而漸漸降CB、C兩管