物理化学实验课件

2实验一实验一液体饱和蒸气压的测定液体饱和蒸气压的测定指导教师指导教师王王 素素 娜娜3实验一实验一 液体饱和蒸气压的测定液体饱和蒸气压的测定4一一 实验目的和要求实验目的和要求 掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作 方法，学会由图解法求其平均摩尔气化热和正方法，学会由图解法求其平均摩尔气化热和正 常沸点。常沸点。了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳 修斯修斯-克拉贝龙克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的方程式的 意义。意义。了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及 精密数字压力计的使用及注意事项。精密数字压力计的使用及注意事项。5在通常温度下在通常温度下(距离临界温度较远时距离临界温度较远时)，纯液体与其，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。蒸发压，简称为蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为液体所吸收的热量称为该温度下该温度下液体的摩尔气化热液体的摩尔气化热。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，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，当外压为改变，当外压为1atm时，液体的沸点称为该时，液体的沸点称为该液体的正液体的正常沸点常沸点。二二 实验原理实验原理6 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙克拉贝龙方程式表示方程式表示:(1)ln2RTHdTpdmvap二二 实验原理实验原理 假定假定vapHm与温度无关，或因温度范围较小，与温度无关，或因温度范围较小，vapHm可以近似作为常数，积分上式，得可以近似作为常数，积分上式，得:CTRHpmvap1ln 式中，式中，R为摩尔气体常数为摩尔气体常数;T为热力学温度为热力学温度;vapHm为在温度为在温度T时纯液体的摩尔气化热。时纯液体的摩尔气化热。(2)其中其中C为积分常数。由此式可以看出，以为积分常数。由此式可以看出，以lnp对对 1/T 作作图，应为一直线，直线的斜率为图，应为一直线，直线的斜率为-vapHm/R，由斜率，由斜率可求算液体的可求算液体的vapHm。7 测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，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，如实验步骤中的图压测定装置，如实验步骤中的图1 1所示。所示。用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方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。法，有升温法和降温法二种。二二 实验原理实验原理8恒温水浴恒温水浴 1 1套；套；平衡管平衡管 1 1套套；精密数字压力计精密数字压力计 1 1台；台；真空泵及缓冲储气罐真空泵及缓冲储气罐 1 1套；套；蒸馏水；蒸馏水；无水乙醇（无水乙醇（A.R.）。）。三三 仪器药品仪器药品9升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压图图1 1 纯液体饱和蒸气压测定装置图纯液体饱和蒸气压测定装置图 实验装置实验装置10l1.装样装样 从加样口注入乙醇，关闭平衡阀，打开进气阀。启动油泵，抽从加样口注入乙醇，关闭平衡阀，打开进气阀。启动油泵，抽至气泡成串上窜，可关闭进气阀，打开平衡阀漏入空气，使乙醇至气泡成串上窜，可关闭进气阀，打开平衡阀漏入空气，使乙醇充满试样球体积的三分之二和充满试样球体积的三分之二和U型管双臂的大部分。型管双臂的大部分。l2、检漏，系统气密性检查检漏，系统气密性检查 接通冷凝水，关闭小缓冲瓶上的空气活塞，旋转大缓冲瓶与真接通冷凝水，关闭小缓冲瓶上的空气活塞，旋转大缓冲瓶与真空泵之间的连通活塞使系统与真空泵接通，开动真空泵，抽气减空泵之间的连通活塞使系统与真空泵接通，开动真空泵，抽气减压至负压计显示屏数值为压至负压计显示屏数值为6070kPa左右时，关闭大缓冲瓶上的活左右时，关闭大缓冲瓶上的活塞，使系统与真空泵、大气皆不通。观察数字负压计的数值，如塞，使系统与真空泵、大气皆不通。观察数字负压计的数值，如负压计的数值在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应负压计的数值在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，排除漏气故障。逐段检查，排除漏气故障。四四 实验步骤实验步骤11l3.排除系统内的空气排除系统内的空气 系统内的压力包括两部分系统内的压力包括两部分:一是待测液的蒸气压一是待测液的蒸气压;另一部分是空另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证待测液气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证待测液面上的压力为液体的蒸气压。排除方法为：先将接通冷凝水，接面上的压力为液体的蒸气压。排除方法为：先将接通冷凝水，接通恒温水浴，调节水浴温度（比第一测定温度值低通恒温水浴，调节水浴温度（比第一测定温度值低22），抽气降），抽气降压至液体轻微沸腾，此时系统内的空气不断随蒸气逸出，如此沸压至液体轻微沸腾，此时系统内的空气不断随蒸气逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。腾数分钟，可认为空气被排除干净。四四 实验步骤实验步骤12l4.4.饱和蒸气压的测定饱和蒸气压的测定 待空气排除干净且体系温度恒定后（待空气排除干净且体系温度恒定后（30），打开小缓冲瓶上的活塞），打开小缓冲瓶上的活塞 缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入平衡管中，如果发生空气缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入平衡管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气倒灌，则须重新排除空气)，直至平衡管中的，直至平衡管中的U型部分液面平齐，关闭小型部分液面平齐，关闭小缓冲瓶上的活塞，立即记录温度与负压计显示的数值（如果放入空气过缓冲瓶上的活塞，立即记录温度与负压计显示的数值（如果放入空气过多，则须先抽气，再调平齐）。多，则须先抽气，再调平齐）。然后，将恒温水浴温度升高然后，将恒温水浴温度升高3，因温度升高后，液体的饱和蒸气压，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免平衡管中液体大量蒸发，应随时打开增大，液体会不断沸腾。为了避免平衡管中液体大量蒸发，应随时打开小缓冲瓶上的通气活塞缓缓放入少量空气，防止平衡管中的液体暴沸。小缓冲瓶上的通气活塞缓缓放入少量空气，防止平衡管中的液体暴沸。当体系温度恒定后，再次放入空气使平衡管中的当体系温度恒定后，再次放入空气使平衡管中的U型部分液面平齐，记型部分液面平齐，记录温度和负压。然后依次每升高录温度和负压。然后依次每升高3，测定一次负压，依次测定，测定一次负压，依次测定36，39，42，45，48，51 时乙醇的蒸气压值。测定过程中如不时乙醇的蒸气压值。测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。四四 实验步骤实验步骤13五五 注意事项注意事项 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。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。抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使B管内液体管内液体快速蒸发。快速蒸发。实验过程中，必须充分排除净实验过程中，必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使弯管空间中全部空气，使B管液面管液面上空只含液体的蒸气分子。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，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。否则其温度与水浴温度不同。测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯弯管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，在停止抽气前，应先把真空泵与大气相通，否则会造成泵油倒吸，造成事故。造成事故。平衡阀平衡阀2容易出现问题，一直保持打开状态，不用再调节。容易出现问题，一直保持打开状态，不用再调节。14六六 数据处理数据处理1.1.数据记录表数据记录表 大气压大气压 kPakPa 室温室温 （33）（36）（39）（42）（45）（48）（51）温度（温度（）负压值（负压值（KPaKPa）152.2.数据处理表数据处理表p（kPa）lnpT（k）1/T六六 数据处理数据处理163.绘出乙醇的蒸气压温度曲线。绘出乙醇的蒸气压温度曲线。4.以以lnp对对 1/T 作图，求出直线的斜率，并作图，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由斜率算出此温度间隔内水的平均摩尔气化热热vapHm，通过图求出乙醇的正常沸点。，通过图求出乙醇的正常沸点。六六 数据处理数据处理17七 实验讨论实验讨论l降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压 1.接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa(约约100mm汞柱汞柱)，加热，加热水浴至沸腾，此时水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空弯管内的空气一起从气一起从C管液面逸出，继续维持管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽以上，以保证彻底驱尽AB弯弯管内的空气。管内的空气。2.停止加热，控制水浴冷却速度在停止加热，控制水浴冷却速度在1/min内，此时液体的蒸气压内，此时液体的蒸气压(即即B管上空的压力管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时，管的压力相等时，则则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100摄氏摄氏度）和压力计之压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，度）和压力计之压力，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。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再降压降压10kPa(约约80mm汞柱汞柱)并继续降温，待并继续降温，待B、C两管液面再次平齐时，两管液面再次平齐时，记下此瞬间的温度和压力。如此重复记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次（注意实验中每次递减的次（注意实验中每次递减的压力要逐渐减小），分别记录一系列的压力要逐渐减小），分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温管液面平齐时对应的温度和压力。度和压力。3.在降温法测定中，当在降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净应立即抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净AB弯管内之空气。弯管内之空气。18l1、试分析引起本实验误差的因素有哪些？、试分析引起本实验误差的因素有哪些？l2、为什么、为什么AB弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？灌？l3、本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸汽压？为什么？、本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸汽压？为什么？l4、试说明压力计中所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压？、试说明压力计中所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压？l5、为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真、为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？空泵？八八 思考题思考题 1920本实验请同学们参考其它学校的视频文件友情衔接