实验4 液体饱和蒸气压的测定丛乐 2005011007 生51实验日期：2007年11月24日星期六 提交报告日期：2007年12月8日星期六助教老师：叶逢春1 引言1.1实验目的1． 运用克劳修斯-克拉贝龙方程，求出所测温度范围内平均摩尔气化焓及正常沸点。
2． 掌握测定饱和蒸汽压的方法。
1.2 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1摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。
液体的蒸气压与液体的本性及温度等因素有关。
随温度不同而变化，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 ø(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（Clausius ）-克拉贝龙（Clapeyron ）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。
假定Δvap H m 与温度无关，或因温度变化范围较小，Δvap H m 可以近似作为常数，积分上式，得：A ln pB T=-+ 或 A ln p B T =-+ vap m H Rm ∆=-式中：B ——积分常数。
从上式可知：若将ln p 对1/T 作图应得一直线，斜率m=vap m -A H /R =-∆ 由此可得 vap m H Rm ∆=-，同时从图上可求出标准压力时的正常沸点。
2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图1.仪器等压管1支、稳压瓶1个、负压瓶1个、恒温槽1套、冷凝管1个、真空泵1台、自耦调压变压器1台（TDG1/250型）、搅拌器1个、压力计1台（LZ-PI 型）、温度测量控制仪1台（CK-1B 型）。
2.药品无水乙醇（分析纯；20℃时密度：0.789-0.791g/ml；M r=46.07)2.2实验条件表1 实验条件记录实验前温度（℃）实验前大气压（kPa）实验前空气湿度15.8 102.59 35%2.3 实验操作步骤及方法要点1．装置与装样按图1安装好整套装置，并把乙醇装入等压管中，使液面在等压管的三分之二处。
2．检漏图1 纯液体饱和蒸气压测定装置：1、等压管，2、冷凝管，3、搅拌器，4、加热器，5、1/10゜C温度计，6、辅助温度计，7、稳压瓶，8、负压瓶，9、干燥管。
将H活塞关上，打开活塞I、F和G，用真空泵抽气到压力计显示的气压为25～30kPa 时，关上I、F和G。
等片刻后，利用压力计分段检查系统是否漏气。
3．升温开动搅拌器，调节加热器电压在160V左右。
4．排气当水浴温度超过50℃时，等压管内液体开始沸腾，即大量气泡通过液栅由C管排出。
沸腾3-5分钟（每秒钟约排出3-4个气泡）就可以除去AB间的空气及溶在液体中的空气。
注意调节加热器电压，控制恒温槽温度在52℃附近。
5．蒸汽压的测定排气完后，打开活塞H，使体系通过毛细管缓慢吸入空气逐渐升高压力，直到稳压瓶中的压力快接近蒸气压时为止。
然后调节调压器，改变加热电压，直到BC液面相对位置不变，此时表示温度己恒定。
最后将BC液面基本调平，稳定一分钟左右，迅速记下温度t，压力计P的读数。
继续用加热器加热水浴，加热过程中适当调节活塞H，使液体不激烈沸腾，当温度升高3—4℃时再重复上述步骤。
—直升温到75℃附近。
总共测6—7个点即可。
6．结束实验完后，将系统与大气相通，关闭调压器，整理实验台。
最后，将实验数据输入计算机进行计算。
7．实验注意事项1）等压管中AB液面间的空气必须排净。
2）在操作过程中要防止液体倒吸，即c处气体通过液栅吸入AB的空间。
一旦倒吸，重新排气。
3）在升温时，需随时调节活塞H，避免液体激烈沸腾。
3 结果与讨论3.1 原始实验数据1)原始实验测量数据下表中数据为实验中测定的温度及与之对应的饱和蒸气压：（见表2）表2 实验测定温度与对应饱和蒸气压序号温度t (℃) 压力P (Pa)1 51.88 329302 53.03 340203 54.36 362304 55.75 384905 57.18 411206 62.06 516307 68.14 672808 74.18 867302)原始计算机数据处理结果：方程In（P/Pa）= －B/T + A；A = 14.31695；B = 5026.281；相关度R = 1.000015乙醇沸点：T b=78.24526℃，相对误差U1 = －0.00606%；摩尔蒸发焓：△vap H m= 41788.5 J/mol, 相对误差U2 = 3.33458%3)实验相关文献值（无水乙醇）△vap H m= 42.6 kJ·mol-1；T b＝351.54K(78.34℃)摘自本实验文献[3]3.2计算的数据、结果1)对原始数据的计算和处理实验中测定的温度及与之对应的饱和蒸气压如下表2所示：表2 实验测定温度与对应饱和蒸气压序号温度t (℃) 温度T (K) 1/T (K-1) 压力P (Pa) ln(P/Pa)1 51.88 325.030.0030766 32930 10.4022 53.03 326.180.0030658 34020 10.4353 54.36 327.510.0030533 36230 10.4984 55.75 328.900.0030404 38490 10.5585 57.18 330.330.0030273 41120 10.6246 62.06 335.210.0029832 51630 10.8527 68.14 341.290.0029301 67280 11.1178 74.18 347.330.0028791 86730 11.3712) 进行ln （P/Pa ）— 1/T 作图和正常沸点的计算利用表2中数据（由于表2中数据点1在拟合中明显偏离其他数据点，因此舍去此点，即舍去温度51.88℃时测定的数据），在Origin Pro 中作ln （P ／Pa ）— 1／T 图，并进行线性拟合。
结果如下图2所示：10.410.610.811.011.211.4l n (P /P a )1/T (K -1)图3无水乙醇ln(P/Pa)—1/T 图通过回归分析，可得标准曲线的方程为：Y = A + B * X;其中A = 25.84191; B = －5025.907;R = -0.9999778782根据此式可以从直线斜率求得平均摩尔蒸发焓：斜率m = B = △vap H m /R = －5025.907；△vap H m = －m · R = 5025.907×8.314472 = 41785.39 J/mol其中R 为摩尔气体常数，数值取R = 8.314472 J·mol -1K -1将直线延长到p=101.325kPa 处，可求得无水乙醇的正常沸点：T b = 351.0736K = 77.9236℃3) 无水乙醇的蒸气压和温度的关系式。
根据前述计算所得的直线斜率和截距可知，无水乙醇的蒸气压和温度的关系式为：In （P/Pa ）= B/T + A ；A = 25.84191；B = －5025.907（上式中P 为无水乙醇的蒸气压，单位为Pa ；T 为温度，单位为K ）3.3讨论分析1) 测定结果与文献值的比较由文献值（见3.1）可知：△vap H m = 42.6 kJ·mol -1; T b ＝351.54K (78.34℃)本实验中测得结果为: △vap H m = 41785.39 J/mol; T b = 351.0736K (77.9236℃)测定结果与文献值的相对误差为ε（△vap H m ）= (41785.397- 42600/41785.397)×100% = -1.949492%ε（T b ）= (77.9236-78.34/77.9236)×100% = -0.534370%利用实验室计算软件对数据进行处理，得到的结果如下：乙醇沸点：T b = 78.24526℃，相对误差U1 = -0.00606%；摩尔蒸发焓：△vap H m= 41788.5 J/mol, 相对误差U2 = 3.33458%测定值与文献值之间的偏差处在合理的范围之内，相对较小，说明本次实验结果是较为可靠和准确的。
而考虑到本次实验与测定文献值时所使用的仪器、方法以及条件（表1）可能存在不同，这一偏差的存在属于正常现象。
2)测量过程中产生误差的可能原因及分析对各个实验过程进行分析，产生误差的可能原因有以下几点：(a)温度测定过程中产生的误差：在进行温度测定的过程中，由于搅拌器的搅拌不可能使得体系中各部分的温度达到绝对均匀。
所以，通过温度测量仪测得的是测温探头附近液体的温度，此温度与饱和蒸气的温度不一定完全一致，从而使所测数据和最终计算结果与实际值间存在误差。
(b)实验中环境条件改变产生的误差：在测量过程中，虽然采用恒温槽使得体系的温度处于恒定状态，但仍然不能完全保证测定条件没有发生变化。
同时，由于实验中测定仪器直接与外界环境接触，所以当外界环境温度、大气压力和湿度改变时，测量仪器所处状态的不同可能影响其测得数据的准确性。
特别是考虑到实验中使用了较多的数字式电子测定仪器，当温度和湿度改变时，电子元件的物理化学特性（如电阻、电容、化学势等）很可能发生改变，从而导致所测得数据的误差。
(c)测量体系的改变：在实验中认为测量体系的组成没有变化，始终为无水乙醇。
但是在实际情况下，体系组成改变的可能也是存在的。
具体而言，如果排气或升温过程中液体沸腾过于剧烈，可能使蒸发出的液体将仪器磨口密封用的甘油溶解，之后混有甘油的蒸汽返回体系时就可能改变体系组成，从而使体系饱和蒸气压发生变化，引入误差。
为避免这一现象，升温时需随时调节活塞H，防止液体剧烈沸腾。
(d)测量仪器的系统误差：由于测温仪器本身不可能绝对精确，实验测量过程中也可能存在由此导致的系统误差，影响结果的准确性。
3)对实验中异常现象的分析和讨论液面不稳定现象：测量中当体系升至较高温度时（约65℃以上），两侧液面会长时间出现小范围波动。
这一现象产生的原因可能是：当体系温度较高时，液体（包括体系和恒温槽介质）蒸发速度较快，恒温槽内的温度也远高于室温。
这使得整个体系很难继续保持各部分的温度和组成基本均一稳定，而且恒温槽调节温度恒定的能力也有所下降。
因此，在测定中我们根据助教老师的建议，在温度低于60℃的情况下多测定几组数据。