化学实验三通气阀门上下通示意图

实验110　液体饱和蒸气压的测定

实验目的

明确液体饱和蒸气压的定义及气－液两相平衡的概念；掌握用静态法测定异丙醇在不同温度下的饱和蒸气压；了解蒸气压与温度的关系，并学会用作图法求液体的摩尔汽化热。

实验原理

在一定温度下，纯液体与其气相达到平衡时的压力，称为该温度下液体的饱和蒸气压。蒸发单位物质的量的液体所需的热量称为该温度下液体的摩尔汽化热。饱和蒸气压与温度的关系服从克拉贝龙方程式：

式中：p为液体在温度T时的饱和蒸气压；ΔH为相变潜热；ΔV为相变时体积的变化。该公式对任何纯物质的两相平衡都适用。

对于任何有气体参加的两相平衡，固体和液体的体积与气体相比前者可忽略不计，式（1）可以进一步简化。对于1mol物质的气－液两相平衡，若视气体为理想气体，则有

上式称为克劳修斯－克拉贝龙方程。

式中：Δ_vapH_m为摩尔汽化热；R为摩尔气体常数。

随着温度的增加，饱和蒸气压的值也要增大。当饱和蒸气压等于外界压力时，液体开始沸腾，此时对应的温度称为沸点。而饱和蒸气压恰为101.325kPa时，所对应的温度称为该液体的正常沸点。

在温度变化较小的范围内，Δ_vapH_m可视为常数，对式（2）积分可得

式中：C为积分常数。若以lnp对1/T作图应得一条直线，其斜率为－Δ_vapH_m/R。

本实验采用静态法，即将样品放在一个封闭体系中，在不同温度下测定液体的饱和蒸气压。

实验用品

仪器　蒸气压测定装置；真空泵；恒温装置；温度计（50～100℃）等。

试剂　异丙醇等。

实验步骤

（1）在平衡管（见图6－34）中装入液体。方法如下：先将洗好并经干燥的平衡管放入烘箱内烘热，以赶出管内部分空气，将液体自C管的管口注入，管子冷却后，部分液体可以流入D管。然后，将平衡管与抽气系统按图6－35接好。转动三通活塞A使其与大气隔绝，和体系相通，打开三通活塞B使其与大气和体系均相通，开启真空泵，缓慢转动三通活塞B使其与系统相通，和大气隔绝。加热、抽气，使体系的压力减至4.000～5.333kPa（3～4mmHg），停止加热，旋转三通活塞B，使其与左边系统隔开和大气及缓冲瓶3相通，停泵，慢慢转动三通活塞A，使系统与大气相通，借大气压力将液体压入平衡管D处，液体灌入量为D管的2/3为宜。（这项工作实验室已准备好。）

图6－34　平衡管

图6－35　饱和蒸气压测定装置

1—加热元件；2—搅拌器；3、7—缓冲瓶；4、5—干燥塔；6—毛细管；8—恒温槽；9—温度控制器件；10—温度计；11—平衡管；A、B—三通活塞

（2）检查漏气：实验前应先检查装置是否漏气，容易发生漏气的地方是各橡皮管接头处，以及各活塞处。首先打开三通活塞B，转动三通活塞A使其与大气相隔，和体系相通，开启真空泵，缓慢转动三通活塞B，使其与系统相通，和大气隔绝。当系统压力降至26.66～39.99kPa（20～30mmHg）时，关闭三通活塞B，使系统封闭。数分钟后，观察水银压力计高度是否改变，若不变则说明不漏气，若发生变化则表明漏气，应仔细检查并处理后方可进行实验。在检查漏气的过程中，熟悉两个三通活塞A、B的开关方向。在停真空泵前，首先使泵与大气相通，再切断电源。

（3）驱逐空气：实验前须正确读取大气压和室温的数据。打开三通活塞B，使系统与大气相通；打开水龙头，冷凝器开始工作，然后进行加热和搅拌，调节恒温槽温度至所需温度；启动真空泵，缓慢转动三通活塞B使之与系统相通，与大气相隔；这时系统降压，平衡管中E液面降低，C液面升高，同时有气泡从C中逸出，逸出速度以使气泡一个一个地逸出为宜（必要时调节三通活塞A，控制气泡逸出速度）；排气约需5min，使平衡管D、E中的空气排出。转动三通活塞B使之与体系隔绝，与大气和泵相通，停泵，在该温度下恒温2min。

（4）不同温度下测定异丙醇的饱和蒸气压：停泵恒温2min后，转动三通活塞A使其内空气从毛细管口缓慢进入缓冲瓶，以调节C、E的液面在同一水平面（切勿使空气倒灌入D管），在2min内液面位置无变化时，读取压力计读数。重复三次，若三次的结果均在允许误差范围内，就可以进行下一次实验。

由室温开始，测6～8个温度时的平衡蒸气压。一般第一个温度应高于室温2℃，然后每隔3～4℃选一个温度点进行测量，直到测到异丙醇正常沸点所对应的饱和蒸气压为止，停止实验。此时再读一次大气压值，与实验开始时读取的大气压值取平均值，作为实验室大气压。

实验结果与数据处理

（1）将实验所得数据及处理结果列于表6－17中。

表6－17　液体饱和蒸气压测定的实验数据

（2）根据实验数据作lnp－1/T图，并从直线斜率求出异丙醇在实验温度范围内的平均摩尔汽化热。

思考题

（1）为什么要赶净平衡管D、E中的空气？怎样用实验方法判断是否赶净？

（2）在实验过程中为什么要防止空气倒灌？怎样防止？

（3）如何检查体系是否漏气？本实验所用的饱和蒸气压测定装置中各部件的作用是什么？

（4）通过实验说明影响蒸气压的因素有哪些。