实验三纯液体饱和蒸气压的测定一、目的要求1.明确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气压和温度的关系一一克劳修斯一克拉贝龙(Clausius-Clapeyron）方程式。2.用等压计测定不同温度下苯的饱和蒸汽压。初步掌握真空试验技术。3.学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。二、预习要求1.掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。2.了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。3.掌握水银温度计的露茎校正方法。三、实验原理在通常温度下（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。蒸发一摩尔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p（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dhP_AH.(1)-RT&T式中，R为摩尔气体常数;T为热力学温度;4vapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热。假定4vapHm与温度无关，或因温度范围较小，4vapHm可以近似作为常数，积分上式，得：19
实验三 纯液体饱和蒸气压的测定 一、目的要求 1.明确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 液体饱和蒸气压和温度的关系――克劳修斯－克拉贝龙 (Clausius-Clapeyron) 方程式。 2.用等压计测定不同温度下苯的饱和蒸汽压。初步掌握真空试验技术。 3.学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正 常沸点。 二、预习要求 1.掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。 2.了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。 3.掌握水银温度计的露茎校正方法。 三、实验原理 在通常温度下(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。蒸发一摩尔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pø (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: (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: 19
AH.1+C(2)AP=RT1作图，应为一直线，直线的斜其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对Tb_H.率为，由斜率可求算液体的4vapHm。R测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，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。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图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5，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。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。四、仪器药品纯液体饱和蒸气压测定装置1套；气压计一支；电加热器（300w）只；温度计（分度值0.1℃及1℃）各一支；磁力搅拌器一套；苯；水银压差计一个。五、实验步骤方法一：升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压20
(2) 其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对 作图，应为一直线，直线的斜 率为 ，由斜率可求算液体的ΔvapHm。 测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，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。实验所用仪器是纯 液体饱和蒸气压测定装置，如图 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 5，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。用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液 体的饱和蒸气压。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法 二种。 四、仪器药品 纯液体饱和蒸气压测定装置 1 套；气压计 一支；电加热器（300w） 一 只；温度计（分度值 0.1℃及 1℃）各一支；磁力搅拌器 一套 ； 苯 ； 水 银压差计 一个。 五、实验步骤 方法一：升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 20
出力进水南管ja食压力计平衡送品分图1纯液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温水浴：2.温度计：3.搅拌：4.平衡管：5.冷凝管：6.水银压力计：7.缓冲瓶：8.进气活塞：9.三通活塞：10.安全瓶。1.装置仪器将待测液体装入平衡管中，A球约2/3体积，B和C球各1/2体积，然后按图装妥各部分。2.系统气密性检查关闭活塞8，旋转三通活塞9使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为53kPa(40cmHg）时，关闭活塞9，使系统与真空泵大气皆不通。观察U型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。3.排除AB弯管空间内的空气AB弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压：另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证B管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值（一般比室温高2℃左右）接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时AB弯管内的空气不断随蒸气经C管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。21
图 1 纯液体饱和蒸气压测定装置图 1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞； 10.安全瓶。 1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A 球约 2/3 体积，B 和 C 球各 1/2 体积，然后按 图装妥各部分。 2.系统气密性检查 关闭活塞 8，旋转三通活塞 9 使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压 至汞压力计两臂汞面压差为 53kPa(40cmHg）时，关闭活塞 9，使系统与真空泵、 大气皆不通。观察 U 型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维 持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。 3.排除 AB 弯管空间内的空气 AB 弯管空间内的压力包括两部分:一是待测液的蒸气压;另一部分是空气的 压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体 的蒸气压，排除方法为:先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高 2℃左 右)接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时 AB 弯管内的空气不断随蒸气 经 C 管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。 21
4.饱和蒸气压的测定当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞8缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气，直至B管、C管中液面平齐，关闭活塞8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低于B管的液面，须抽气，再调平齐）。然后，将恒温槽温度升高3℃5℃，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免B、C管中液体大量蒸发，应随时打开活塞8缓缓放入少量空气，保持C管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使B、C管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高3℃～5℃，测定一次压差，总共测78个值。方法二：降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压1.装置仪器：同方法一中1。2.系统气密性检查：同方法一中2。3.排除AB弯管空间的空气接通冷凝水，调节活塞9使系统降压13kPa约10cm汞柱），加热水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯管内的空气。4.饱和蒸气压的测定停止电炉加热，控制水浴冷却速度每分钟不超过1℃，此时液体的蒸气压（即B管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（读至0.01℃)和汞压力计两臂汞面的压差，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即开启活塞9抽气，使系统再降压10kPa(约8cm汞柱)并继续降温，再待B、C两管液面平齐时，记下此瞬间的温度和压差，马上又抽气再递减压力若干Pa。如此若干次约10次)，分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温度和压力，一直做到水浴温度降至约55℃为止。注意：实验中每次递减的压力要逐渐减少（为什么？）。实验完毕后先旋转活塞9使之体系及真空泵与大气相通才可断开真空泵的电源（为什么？）。六、注意事项1.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。2.必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。22
4.饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞 8 缓缓放入空气（切不可 太快，以免空气倒灌入 AB 弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)， 直至 B 管、C 管中液面平齐，关闭活塞 8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的 压差（如果放入空气过多，C 管中液面低于 B 管的液面，须抽气，再调平齐）。 然后，将恒温槽温度升高 3℃～5℃，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增 大，液体会不断沸腾。为了避免 B、C 管中液体大量蒸发，应随时打开活塞 8 缓 缓放入少量空气，保持 C 管中液面平静，无气泡冒出。当体系温度恒定后，再 次放入空气使 B、C 管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高 3℃～5℃， 测定一次压差，总共测 7～8 个值。 方法二：降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压 1.装置仪器:同方法一中 1。 2.系统气密性检查:同方法一中 2。 3.排除 AB 弯管空间的空气 接通冷凝水，调节活塞 9 使系统降压 13kPa(约 10cm 汞柱），加热水浴至沸 腾，此时 A 管中的水部分气化，水蒸气夹带 AB 弯管内的空气一起从 C 管液面 逸出，继续维持 10min 以上，以保证彻底驱尽 AB 弯管内的空气。 4.饱和蒸气压的测定 停止电炉加热，控制水浴冷却速度每分钟不超过 1℃，此时液体的蒸气压(即 B 管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与 C 管的压力相等时，则 B、C 两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度(读至 0.01℃)和汞压力计两臂汞面的压 差，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后 立即开启活塞 9 抽气，使系统再降压 10kPa(约 8cm 汞柱)并继续降温，再待 B、 C 两管液面平齐时，记下此瞬间的温度和压差，马上又抽气再递减压力若干 Pa。 如此若干次(约 10 次)，分别记录一系列的 B、C 管液面平齐时对应的温度和压力， 一直做到水浴温度降至约 55℃为止。 注意: 实验中每次递减的压力要逐渐减少(为什么？)。实验完毕后先旋转活 塞 9 使之体系及真空泵与大气相通才可断开真空泵的电源(为什么？)。 六、注意事项 1.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。 2.必须充分排除净 AB 弯管空间中全部空气，使 B 管液面上空只含液体的蒸 气分子。AB 管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。 22
3.升温法测定中，打开进空气活塞8时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。4.降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞9抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净AB弯管内之空气。七、数据处理1.数据记录表度室温大气压=_kPaU型压差计露茎高度htx/℃t /℃℃h/KPahz/KPa2.数据处理表露茎校正值4t△h /kPaInp1x103pW /kPaT实/℃T℃K-d3.绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系数&T二作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内水的平均4.以lnp对T摩尔气化热4vapHm，通过图求算出纯水的正常沸点。【思考问题】1.为什么AB弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌？2.何时读取U型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯水的饱和蒸气压?3.引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计？23
3.升温法测定中，打开进空气活塞 8 时，切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。 4.降温法测定中，当 B、C 两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即 打开活塞 9 抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净 AB 弯 管内之空气。 七、数据处理 1.数据记录表 大气压= kPa 室温 度 U 型压差计 h左/KPa h右/KPa t测 /℃ t环/℃ 露茎高度h ℃ 2.数据处理表 露茎校正值⊿t ℃ T实 /℃ ⊿h /kPa p测 /kPa lnp 3.绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系数 。 4.以lnp对 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内水的平均 摩尔气化热ΔvapHm，通过图求算出纯水的正常沸点。 【思考问题】 1.为什么 AB 弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌? 2.何时读取 U 型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯水的饱和蒸气 压? 3.引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计? 23