液体饱和蒸气压的测定

液体饱和蒸气压的测定 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 液体饱和蒸气压的测定 刘祯科 2003012316 生32 同组:程磊 实验日期:2005-12-17 交报告日期:2005-12-24 1引言 实验目的、实验原理见预习报告。 2实验部分 2.1仪器、药品及实验条件 仪器:D8401,ZH型电动搅拌器(天津市华兴仪器厂)、LZ,P1压力计(清华大学化学系)、TDG2/250型自偶调压变压器(北京椿树电器厂)、ZX-1A型旋片式真空泵(沈阳教学仪器厂)、CK-1(B)型温度测量控制仪(北京林元佳业科技有限公司)，等压管1支、稳压瓶1个、负压瓶1个、恒温槽1套。 药品:乙醇(分析纯) 实验条件:室温:15.8?;大气压:102.58kPa;相对湿度:30% 2.2实验方法 测定50?—75?度之间，5个不同温度与饱和蒸汽压，详细步骤见预习报告。 3结果与讨论 3.1原始数据 按照2.2中的实验方法，测得数据如1所示: 表1 不同温度下的饱和蒸汽压 序号 t? p kPa 0 1 51.25 31.46 2 54.79 37.28 3 58.26 43.84 4 61.92 51.65 5 64.73 58.42 3.2数据处理 由表1的数据，通过公式1/T和ln(p)计算处理，如表2所示: 1 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 表2 处理以后的饱和蒸汽压与温度 序号 ln(p/kPa) 1/T (1/K) 1 3.4487 0.0030826 2 3.6185 0.0030493 3 3.7805 0.0030174 4 3.9445 0.0029845 5 4.0677 0.0029596 注:实验测得数据的有效位数为4位，实验数据处理过程中所有中间结果的有效位数均保留到5位。下同。 由表2中的数据，运用excel程序进行直线拟合，结果如图1所示: ln(p/kPa) 4.200 4.100 4.000 3.900 3.800 3.700 3.600 3.500 3.400 0.00295 0.00300 0.00305 0.00310 1/T (1/K) 图1 lnP—1/T的线性关系 其中，直线方程为:y = -5032.2 x + 18.963 1 2R = 0.99996，数据相关性非常好。 ,Hvapmln(p/Pa),,，A代入方程: 2 RT ,H,,R(-5032.2)可得: 3 vapm 取R=8.314 ,H,41838求得: J/mol vapm 取p=101.325 kPa，代入直线方程2，求得: -5032.2 T,,350.81(K),77.66? bln101.325,18.963 2 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 3.3实验室计算机程序计算结果 将表1中的数据输入实验室计算机，由其计算程序计算得: Tb = 77.97784 ? U1 = -0.34781 % J/mol Hm = 41857.58 U2 = 3.50539 % 3.4 文献值 -1 = 42.6 kJ.mol,Hvapm Tb = 351.54 K (78.34?) [2] 3.5 实验结果的分析和讨论 将直线拟和、实验室计算机计算、和查阅文献的结果综合与表3中: 表3 实验结果比较 直线拟和 程序计算 文献值 41(84 41(86 42(6 kJ/mol ,Hvapm Tb ? 78.7 78.0 78.34 根据表3 的数据，分别计算各结果与文献值的相对偏差，结果如表4所示: 表4 各结果与文献值的相对偏差 相对偏差 直线拟和 程序计算 1.79% 1.74% ,H vapm 0.87% 0.46% Tb 由表4 可以看出，Tb的实验值与文献值差距不大，而?H实验值与文献值有比较大的差距。分析其原因主要是，Tb主要是与大气压有关系，实验时的大气压为101.69kPa，与标准大气压相差不大，所以实验值与文献值差别不大。 而对于?H，其主要误差来自于以下几个方面: 1、?H实际上是温度T的函数，而通过我们的实验方法，只能测定其在一定温度范围内的平均值。 2、?H的测定受实验条件影响，如实验方法、实验设备的差异。这是造成系统误差的主要原因之一，由于上述的差异，文献值与本次实验值有比较大的差别，也是完全可能的。 3、?H的测定还受人为因素影响，因为实验时，平衡并不十分稳定，会有一定的波动，因此，个人对平衡点的选取就可能会出现误差。 3 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 4 结论 本次实验以描述蒸气压p随热力学温度T的变化率用克拉贝龙—克劳修斯方程 ,Hdln(p/Pa)vapm ,2dTRT B和其导出公式为基本原理，采用一个等压管两端连接乙醇饱和蒸气和ln(p/Pa),,，AT 外界空气，通过调节加热温度和外界空气的压力使得在某一稳定的温度T下，外界空气的压力和乙醇饱和蒸气的压力相等(即U形管两液面相平)，读取测量外界空气压力的压力计读数即可知道该温度下的饱和蒸气压p，实验数据如表1所示。 经过数据处理，直线拟合及结果分析得到: 在P,101325Pa下，乙醇的沸点为 0 ? T,77.7b = 41.84 kJ/mol ,Hvapm 通过液体饱和蒸气压的测定，验证了lnP—1/T的线性关系。 5032ln(P/Pa),,，18.96无水乙醇的蒸气压p与温度T的关系式: T 5(实验总结: 静态法由于是通过观察等压管两臂液面等高来观察平衡，是诸多测量蒸气压方法中比较灵敏的一种。被测液体所吸收或溶解的比该液体具有更大挥发性的气体杂质能基本被除【1】净。但对较高温度下的蒸气压的测定，由于温度难以控制而准确度较差。 本次实验原理明确，操作方法简单，但是操作技术要求较高，同时得到实验结果的准确度和精密度往往都比较高。但是如果没有良好的操作水平，得不到十分精密的结果。所以在实验中需要耐心细致的调节，如果草草记录数据可能会使得数据的精密度较差，这也培养了操作者对于做物化实验的耐心程度和严谨态度。 实验装置上从原来使用水银U形压力计到现在直接读数的压力计使得实验数据质量提高，因为U形压力计的读数误差比较大，对于液面微小摆动必然U形压力计的读数也会微小摆动造成读数误差。实验装置其他部分也比较好，使用方便。需要细心的是平衡温度点的获得以及两液面调节相平。 6参考文献 [1]清华大学化学系物理化学实验编写组，《物理化学实验》，清华大学出版社，1992 th[2]Ed. by Robert C. Weast, handbook of chemistry and physics, 58 ed Ohio CRC Press, 1977 7附录 7.1思考与讨论 7.1(1、说明饱和蒸汽压，正常沸点，沸腾温度的含义。 4 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 饱和蒸汽压:在一定温度下，液体与其自身的蒸汽压达到气液平衡时蒸汽的压力，称为该液体的饱和蒸汽压。 正常沸点:在一温度下，液体的饱和蒸汽压达到101325Pa，这一温度称为该液体的正常沸点。 沸腾温度:在一定的大气压下，液体发生沸腾以后温度不再变化，这一温度称为该液体在这一大气压下的沸腾温度。 7.1(2(克—克方程在什么条件下才能应用,为什么本实验测得的只是平均蒸发焓, g,Hdplm气液平衡的Clapeyron方程为: ,gdTT,Vlm gg其中是摩尔汽化热，是液体汽化过程的摩尔体积变，p是液体的蒸汽压。 ,H,Vlmlm 作适当近似，与气体相比忽略液体体积，并将蒸汽视为理想气体， RTg=, V(g)VlVg(),(),,Vmmmlmp 代入上方程得克—克方程: g,Hdln{p}lm, 2dTRT 此式称为Clausius,Clapeyron方程。 g假定ΔH与温度无关，或因温度范围较小，ΔH可以近似作为常数，积分上式，得: vapmlm m ,,lnp,,，CT g,Hml 其中， m为常数，m。 ,,Rg 综上所述，克-克方程的使用条件为:1.忽略液体体积，2.将蒸汽视为理想气体，3.ΔHlm近似作为常数。 因为本实验有一个基本前提是?H不随温度的改变而改变，而实际上?H是温度的函数，由于实验假定了其在所测的温度范围内不变，所以测得的值就只是平均蒸发焓。 7.1(3(稳压瓶、负压瓶的作用是什么,什么时候需用活塞H与G? 稳压瓶、负压瓶的作用是调节B、C液面的平衡(装置图见预习报告)。当C液面比B液面高时，打开H，使得稳压瓶中的气压变大，使C液面下降;当B液面比C高时，打开G，引入负压，减小稳压瓶中的压力，使C液面上升。 7.1(4、计算证明赶气3—5分钟后AB空间的空气确已除净。 50?时根据实验测得的温度与蒸汽压的关系可知，其饱和蒸汽压约为30000pa,假设AB管内的气体的大气压为1atm(实际上因为已经抽过气，所以要小于这个数，这里是过大估计)。假设每个气泡的体积为0.05ml，每秒钟至少排3个泡，那么一秒钟至少排0.15 ml 气体。假设AB管内的体积为V, 那么空气的分压为 101325-30000=71325。 每次排出一个气泡相当于在那一时刻气体体积膨胀一次，稀释了空气。空气初始压强 5 物化实验报告 生32 刘祯科 2003012316 V为71325pa,冒出一个气泡后空气的压强为 ，冒出n个气泡后的压强为()71325，0.05，V Vn4604960，，,。假如排气4分钟，那么气泡应该有个，最后气体的()71325，0.05，V V960压强为，假设原来气体体积为5ml,那么最后空气的压强为5pa，与50? ()71325，0.05，V 时乙醇的蒸汽压30000pa相比，占0.01%，这里做了最大的估计，在实验中AB内空气的压强还要小，可以认为空气基本除尽。 7.1(5(关于BC液面相平的影响 实验中一个重要操作就是调节BC液面相平。实验中发现温度越高，调平衡越难。有克,克方程就可以看出蒸汽压随着温度是指数增长的，可见温度越高，压力对温度的变化就越敏感。温度很小的变化就会使得气压变化很大，这样液面就会波动。要尽快达到恒温，可以记住第一次恒温时的电压，以后每次调的电压差不多。判断液面相平完全靠的是人眼，误差较大，但是当液面相差为1mm时，气压差为0.7893*1000*9.8*0.001,7.74pa，而压力计的最小读数为0.01KPa，即10Pa，所以只要差别在一两毫米以内对于结果的影响就可以忽略了。 8感谢 谢谢麻老师以及助教一学期来的指导～ 6