液體飽和蒸氣壓的測定實驗目的本實驗旨在測定不同溫度下液體的飽和蒸氣壓，深入理解純液體飽和蒸氣壓與溫度的關系，熟練掌握靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的原理及操作方法，同時學會運用克勞修斯-克拉佩龍方程計算實驗溫度范圍內液體的平均摩爾汽化熱。實驗原理在一定溫度下，純液體與其氣相達到平衡時的壓力，稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。液體的飽和蒸氣壓與溫度密切相關，溫度升高，分子運動加劇，有更多的分子從液相逸出，從而使蒸氣壓增大；反之，溫度降低，蒸氣壓減小。當液體的蒸氣壓與外界壓力相等時，液體就會沸騰，此時的溫度即為該液體在該壓力下的沸點。克勞修斯-克拉佩龍方程定量地描述了純液體飽和蒸氣壓$p$與溫度$T$之間的關系：$\frac{d\lnp}{dT}=\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{RT^{2}}$式中，$\Delta_{vap}H_{m}$為液體的摩爾汽化熱（$J\cdotmol^{-1}$），$R$為摩爾氣體常數(shù)（$8.314J\cdotmol^{-1}\cdotK^{-1}$），$T$為絕對溫度（$K$）。若溫度變化范圍不大，$\Delta_{vap}H_{m}$可視為常數(shù)（實際上$\Delta_{vap}H_{m}$與溫度有關），將上式積分可得：$\lnp=-\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{RT}+C$式中，$C$為積分常數(shù)。由上式可知，$\lnp$與$\frac{1}{T}$呈線性關系，直線的斜率$m=-\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{R}$，通過測定不同溫度下的飽和蒸氣壓$p$，以$\lnp$對$\frac{1}{T}$作圖，由直線斜率即可計算出液體的平均摩爾汽化熱$\Delta_{vap}H_{m}$。測定液體飽和蒸氣壓的方法主要有靜態(tài)法、動態(tài)法和飽和氣流法三種。本實驗采用靜態(tài)法，即將待測液體置于一個封閉體系中，在不同溫度下直接測量其飽和蒸氣壓。實驗儀器與試劑-儀器：飽和蒸氣壓測定裝置一套（包括等壓計、冷凝管、恒溫槽、真空泵、壓力計等）、溫度計（分度值$0.1^{\circ}C$）、放大鏡。-試劑：無水乙醇（分析純）。實驗步驟1.裝置的安裝與檢查-按圖安裝好飽和蒸氣壓測定裝置，確保各接口處密封良好。等壓計中裝入適量的無水乙醇，使$U$形管兩臂液面大致相等。-檢查裝置的氣密性：關閉直通大氣的活塞，打開真空泵，使系統(tǒng)壓力降至約$50kPa$，關閉真空泵與系統(tǒng)之間的活塞，觀察壓力計的示數(shù)。若在$5$分鐘內壓力計示數(shù)基本不變，說明裝置氣密性良好；若示數(shù)不斷下降，則表明裝置存在漏氣，需檢查各接口處并重新密封。2.系統(tǒng)內空氣的排除-打開恒溫槽，設定溫度為$25^{\circ}C$。接通冷凝水，緩慢加熱恒溫槽，使等壓計中的液體溫度逐漸升高。-當?shù)葔河嬛幸后w開始沸騰時，繼續(xù)保持沸騰$3-5$分鐘，以排除系統(tǒng)內的空氣。此時等壓計中$U$形管兩臂液面上方的空間全部被乙醇蒸氣所占據(jù)。3.不同溫度下飽和蒸氣壓的測定-待系統(tǒng)內空氣排除干凈后，調節(jié)恒溫槽溫度為$25^{\circ}C$，并保持恒溫$10$分鐘，使系統(tǒng)達到平衡。-緩慢打開直通大氣的活塞，使空氣緩慢進入系統(tǒng)，直至等壓計中$U$形管兩臂液面平齊。此時壓力計的示數(shù)即為該溫度下乙醇的飽和蒸氣壓。記錄溫度和壓力計示數(shù)。-依次將恒溫槽溫度設定為$30^{\circ}C$、$35^{\circ}C$、$40^{\circ}C$、$45^{\circ}C$、$50^{\circ}C$，重復上述操作，分別測定不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓。每次改變溫度后，都需保持恒溫$10$分鐘，使系統(tǒng)達到平衡。4.實驗結束-實驗結束后，緩慢打開直通大氣的活塞，使系統(tǒng)壓力恢復至大氣壓。關閉恒溫槽和真空泵，拆除裝置，將等壓計中的乙醇倒回試劑瓶中。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1.數(shù)據(jù)記錄將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中：|溫度$T/^{\circ}C$|絕對溫度$T/K$|$\frac{1}{T}/K^{-1}$|壓力計示數(shù)$p_{計}/kPa$|大氣壓$p_{大氣}/kPa$|飽和蒸氣壓$p/kPa$|$\lnp$||----|----|----|----|----|----|----||25.0|$25.0+273.15=298.15$|$\frac{1}{298.15}\approx3.35\times10^{-3}$|$p_{計1}$|$p_{大氣}$|$p_{1}=p_{大氣}-p_{計1}$|$\lnp_{1}$||30.0|$30.0+273.15=303.15$|$\frac{1}{303.15}\approx3.30\times10^{-3}$|$p_{計2}$|$p_{大氣}$|$p_{2}=p_{大氣}-p_{計2}$|$\lnp_{2}$||35.0|$35.0+273.15=308.15$|$\frac{1}{308.15}\approx3.25\times10^{-3}$|$p_{計3}$|$p_{大氣}$|$p_{3}=p_{大氣}-p_{計3}$|$\lnp_{3}$||40.0|$40.0+273.15=313.15$|$\frac{1}{313.15}\approx3.19\times10^{-3}$|$p_{計4}$|$p_{大氣}$|$p_{4}=p_{大氣}-p_{計4}$|$\lnp_{4}$||45.0|$45.0+273.15=318.15$|$\frac{1}{318.15}\approx3.14\times10^{-3}$|$p_{計5}$|$p_{大氣}$|$p_{5}=p_{大氣}-p_{計5}$|$\lnp_{5}$||50.0|$50.0+273.15=323.15$|$\frac{1}{323.15}\approx3.09\times10^{-3}$|$p_{計6}$|$p_{大氣}$|$p_{6}=p_{大氣}-p_{計6}$|$\lnp_{6}$|2.數(shù)據(jù)處理-以$\lnp$為縱坐標，$\frac{1}{T}$為橫坐標，用Origin軟件或坐標紙繪制$\lnp-\frac{1}{T}$圖。-用最小二乘法對數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到直線方程$\lnp=m\frac{1}{T}+C$，其中$m$為直線的斜率，$C$為截距。-根據(jù)直線斜率$m$計算乙醇的平均摩爾汽化熱$\Delta_{vap}H_{m}$：$\Delta_{vap}H_{m}=-mR$將直線斜率$m$和摩爾氣體常數(shù)$R=8.314J\cdotmol^{-1}\cdotK^{-1}$代入上式，即可計算出乙醇在實驗溫度范圍內的平均摩爾汽化熱。實驗結果與討論1.實驗結果根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的$\lnp-\frac{1}{T}$圖應呈良好的線性關系。由直線斜率計算得到的乙醇平均摩爾汽化熱與文獻值進行比較，計算相對誤差：相對誤差$=\frac{\vert\Delta_{vap}H_{m實驗}-\Delta_{vap}H_{m文獻}\vert}{\Delta_{vap}H_{m文獻}}\times100\%$文獻值：乙醇的摩爾汽化熱$\Delta_{vap}H_{m文獻}=42.6kJ\cdotmol^{-1}$（$25^{\circ}C$）。2.誤差分析-系統(tǒng)誤差-溫度計的精度和準確性會影響溫度測量的準確性，從而引入誤差?？墒褂媒涍^校準的溫度計來減小該誤差。-壓力計的精度和零點校準也會影響壓力測量的準確性。實驗前應檢查壓力計的零點，并定期進行校準。-等壓計中$U$形管兩臂液面平齊的判斷存在一定的主觀誤差?？墒褂梅糯箸R或光學儀器輔助判斷，以減小誤差。-隨機誤差-實驗過程中溫度和壓力的波動會導致測量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定?？赏ㄟ^延長恒溫時間和增加測量次數(shù)來減小隨機誤差。-讀取溫度計和壓力計示數(shù)時的人為誤差。讀取示數(shù)時應使視線與刻度線平齊，以減小誤差。3.注意事項-實驗過程中要確保系統(tǒng)的氣密性良好，否則會導致空氣進入系統(tǒng)，影響測量結果。-排除系統(tǒng)內空氣時，要使液體充分沸騰，以確保系統(tǒng)內的空氣被完全排除。-調節(jié)等壓計中$U$形管兩臂液面平齊時，要緩慢操作，避免液體倒吸或溢出。-實驗結束后，要緩慢打開直通大氣的活塞，使系統(tǒng)壓力恢復至大氣壓，避免壓力突然變化對儀器造成損壞。結論通過本實驗，我們成功地測定了不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓，繪制了$\lnp-\frac{1}{T}$圖，并根據(jù)直線斜率計算出了乙醇在實驗溫度范圍內的平均摩爾汽化熱。實驗結果表明，$\lnp$與$\frac{1}{T}$呈良好的線性關系，驗證了克勞修斯-克拉佩龍方程的正確性。同時，通過誤差分析，我們認識到了實驗過程中可能存在的誤差來源，并提出了相應的改進措施，為今后的實驗研究提供了參考。拓展與延伸本實驗所采用的靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的原理和方法，可應用于其他液體的飽和蒸氣壓測定。此外，還可以進一步研究不同物質的飽和蒸氣壓與分子結構、溫度、壓力等因素之間的關系，為化學化工領域的研究和生產提供理論依據(jù)。同時，結