实验报告不能打印,应该手写。
装置图也要画,实验数据的验算(公式)要详细哦！
实验一 液体饱与蒸气压的测定
一、目的要求
1、明确饱与蒸气压的定义,了解纯液体的饱与蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙方程式的意义。
2、掌握静态法测定液体饱与蒸气压的原理及操作方法。
3、了解真空泵、恒温槽及气压计的使用及注意事项。
4、学会由图解法求液体的平均摩尔气化热与正常沸点。
二、预习与思考
1.预习基础知识与技巧部分的热效应测量技术及仪器、温度控制技术与压力测量技术及仪器;
2.思考:
(1)汽化热与温度有无关系？克—克方程在什么条件下才能应用？
(2)实验中测定哪些数据？精确度如何？有几位有效数字？作图就是怎样选取坐标分度？ (3)用此装置可以很方便地研究各种液体,如苯、乙醇、异丙醇、正丙醇、丙酮、四氯化碳、水与二氯乙烯等,这些液体中很多就是易燃的,在加热时应该注意什么问题？
三、实验原理
通常温度下(距离临界温度较远时),密闭真空容器中的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与蒸气压,简称为蒸气压。
恒压条件下蒸发1mol 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101、325kPa 时,液体的沸点称为该液体的正常沸点。
液体的饱与蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:
式中,R 为摩尔气体常
数;T 为热力学温度;Δvap H m 为在温度T 时纯液体的摩尔气化热。
(1)
ln 2
RT H dT p d m
vap ∆=
假定Δvap H m 与温度无关,或因温度范围较小,Δvap H m 可以近似作为常数,即当作平均摩尔汽化热,将上式积分,得:
A RT
H p
m vap +∆-=
303.2lg
其中A 为积分常数,与压力p 的单位有关。
由此式可以瞧出,在一定稳定范围内,测定不同温度下的饱与蒸汽压,以lnp 对1/T 作图,应为一直线,而由直线的斜率可求出实验温度范围的液体平均摩尔汽化热m vap H ∆。
测定饱与蒸气压的方法:测定饱与蒸气压的方法主要有:
①饱与气流法:在一定温度与压力下,用干燥气体缓慢地通过被测纯液体,使气流为该液体的蒸气所饱与。
然后用某种物质将气流中该液体的蒸气吸收,已知一定体积的气流中蒸气的质量,便可计算出蒸气分压,这个分压即该温度下被测纯液体的饱与蒸气压。
该法适用于蒸气压 较小的液体。
②动态法:测量沸点随施加的外压力而变化的一种方法。
在不同外压下,测定液体的沸点。
③静态法:将待测液体放在一个封闭体系中,在不同温度下,直接测量饱与蒸气压。
此法准确性较高,一般适用于具有较大蒸气压的液体。
本实验采用静态法测定乙醇在不同温度下的饱与蒸气压。
图1静态法测蒸气压装置示意图
1.等位计;
2.搅拌器;
3.温度计;
4.冷阱;
5.低真空测压仪;
6.缓冲储气罐
(2)
静态法测量不同温度下纯液体饱与蒸气压,有升温法与降温法二种。
本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱与蒸气压,所用仪器就是纯液体饱与蒸气压测定装置,如图1所示:
四、仪器与药品
恒温水浴1套;平衡管1只;气压计1台;等位计1支;真空泵及附件1套;数字式低真空测压仪1台等。
无水乙醇(A、R、)。
五、实验步骤
1 装样:从等位计加料口处加入一定量的液体乙醇(平衡器中已装好)。
使A球中装有2/3的液体,“U”形管B的双臂大部分有液体。
2 检漏:
将装有液体的等位计按图1接好,打开冷凝器上水开关(水流不要太大)。
关闭平衡阀1,打开精密数字真空测压仪,使单位调为kpa。
按调零键置零。
打开进气阀,缓慢打开平衡阀2使真空泵与系统连通,对系统缓慢抽气,使真空测压仪上显示压差为4、0-5、3kpa(300-400mmHg)。
关闭进气阀与平衡阀2,并使真空泵与大气连通,停止抽气。
注意观察压力测量仪数字的变化。
如果系统漏气,则压力测量仪的显示数值逐渐变小。
这时应逐段检查,寻找漏气部分,予以消除。
3 饱与蒸气压的测定:
打开恒温水浴开关,打开搅拌开关,调节水浴温度至实验设定温度,对系统缓慢抽气,使A球液体内溶解的空气与A、B管空间内的空气呈气泡状逐个通过B 管中的液体排出。
如发现气泡成串冒出,关闭平衡阀2,(此时液体已沸腾)缓慢打开平衡阀1,漏人空气,使沸腾缓与。
如此抽气3-4分钟,使A球中的空气排除后,关闭进气阀与平衡阀2,并使真空泵与大气连通,停止抽气。
调节平衡阀1,使空气缓慢进入测量系统,观察U型管两端液面等高,从压力测量仪上读出压力差。
同法再抽气,再调节U型管两端液面等高,重读压力差,直至两次的压力差读数基本相同,则表示使A球液面上的空间已全被乙醇充满,记下压力测量仪上的读数。
用上述方法测定6个不同温度时乙醇的蒸气压(每个温度间隔为5K)。
当六个数测完后,打开平衡阀1,打开平衡阀2,打开进气阀,关闭冷凝水,关闭恒温槽电源,实验结束。
六、实验注意事项
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.整个实验过程中,应保持等压计A球液面上空的空气排净。
3、抽气速度要合适,必须防止平衡管内液体沸腾过剧,致使B管内液体快速蒸发而被抽尽。
4、实验过程中,必须充分排除净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。
A球B弯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。
5、实验过程中需防止B管液体倒灌入A球内,带入空气,使实验数据偏大。
6、蒸气压与温度有关,故测定过程中恒温槽的温度波动需控制在 0、1K。
七、数据记录与结果处理
1.自行设计实验数据记录表,既能正确记录全套原始数据,又可填入演算结果。
被测液体:无水乙醇室温:14、7℃实验压力:102、38kPa
表1室温、大气压、实验温度及对应的压力差。
2、 以蒸气压p 对温度T 作图,在图上均匀读取8个点,并列出相应表格,绘制成lg p ~1/T 图。
以蒸气压p 对温度T 作图,在图上均匀读
取8个点,并列出相应表格2。
、 表2蒸气
压p 对温度T 关系图上所取
8个点。
3.从直线lg p ~1/T 上求出实验温度范围的平均摩尔汽化热,及正常沸点。
l g p /P a
T -1/K
-1
图2 lg p 与1/T 作图
P /k P a
T/K
m vap H ∆=2、303R ×2048、94=39、23KJ/mol 、 将压力值代入乙醇蒸气压与温度关系
式lg p=10、 83-2048、94/T,求出对应的正常沸点就是78、88℃。
5.以最小二乘法求出乙醇蒸气压与温度关系式lg B
p A T
=-
+中的A 、B 值。
根据最小二乘法公式,将数值代入以下两式分别求出A 、B
A=10、798,B=2039、代入乙醇蒸气
65,
压与温度关系式得lg p=10、798-2039、65/T,计算其平均摩尔汽化热为m vap H ∆=2、303R ×2039、65=39、05KJ/mol 、 八、实验结果与分析
实验值与文献值比较,实验测得的结果乙醇在30-50℃范围的平均摩尔汽化热为39、23KJ/mol,文献值乙醇的平均摩尔汽化热为41、9KJ/mol,相对误差为6%(列式子哦);实验测得的正常沸点就是78、88℃,文献值为78、4℃(与大气压有关),相对误差为0、6%(列式子哦)。
八、问题与讨论
1.本实验方法能否用于测定溶液的饱与蒸气压,为什么？
不可以。
因为随着实验的进行,A 球溶液中的溶剂可能蒸发并在B 管冷凝,从而改变了A 中溶液的浓度,即随着实验的进行溶液的浓度可能在不断的改变,因此该方法无法准确测定溶液的饱与蒸汽压。
2.按误差传递估算m vap H ∆的相对误差;本实验的系统误差就是什么？
3.为什么温度愈高测出的蒸气压误差愈大？
根据克-克方程A RT
H p m vap +∆-=
303.2lg 可知,温度越高,测得的饱与蒸汽压越高,测定
系统的真空度数越低,由误差传递公式可知测得的数据越小,相对误差越大。
∑∑∑∑∑∑=====--=
n
i i
n
i i n i n i n
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i i x n x x
y x y x A 1
2
21
11
12
)(∑∑∑∑∑=====---
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2
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