液体饱和蒸气压的测定

一、实验目的

（1）了解沸点的意义、沸点与压力的关系及饱和蒸气压与温度的关系。

（2）运用克拉贝龙方程式计算摩尔气化热。

（3）掌握动态法测定饱和蒸气压的方法。

二、实验原理

一定温度下单组分液体与其蒸气达到平衡时液面上该组分气相的压力，称为此温度下纯液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。两相平衡时蒸气压与温度的关系可用克劳修斯－克拉贝龙（Calculus－Clapeymn）方程表示：

式中，ΔvapHm是相变时的摩尔气化焓，它是温度的函数。温度变化不大时，可视为此温度范围内的平均摩尔气化焓，单位为J／mol。R是摩尔气体常数；T是热力学温度；pѲ是标准态压力。将式 （3－11）作不定积分可得到：

这里，ln（p／pѲ）与1／T成直线关系。若以ln（p／pѲ）对1／T作图，由斜率可求出ΔvapHm。因此可以通过测定纯物质在不同温度下的蒸气压来确定其摩尔相变焓。测定饱和蒸气压的方法有饱和气流法、静态法和动态法。本实验采用动态法。动态法是通过改变系统的压力来确定相应的温度。单组分气－液两相达到平衡时，若改变系统的压力，温度也随之改变，直至到达新的平衡点。每一个平衡点所对应的温度和压力，就是纯液体在此平衡点的沸点和蒸气压。实验装置如图3－5所示。图3－5中，待测样品置于沸点测定瓶中，整个系统经真空泵抽空形成负压后，加热瓶中的水。当瓶中有大量气泡逸出时，表示水在该压力下已达沸点，气－液两相达到平衡。因为精密数字压力计有一端与大气相通，所以大气压等于蒸气压加压力计的汞压差，从而可算出该温度下水的蒸气压。改变双管汞压力的压差时，沸点又相应改变，直至到达新的平衡。因此可测出各温度下水的蒸气压。

三、仪器和试剂

1．仪器

蒸气压测定装置1套、DP－AF精密数字压力计（真空）、调压变压器1台、真空泵1台。

图3－5 测定液体蒸气压装置图

1．沸点测定瓶；2a．加热电阻丝；2b．导线；3．温度计；4．辅助温度计；5．冷凝管；6．数字压力计；7．缓冲瓶；8．进气活塞；9．减压活塞；10．放空活塞；11．安全瓶

2．试剂

重蒸馏水若干。

四、实验步骤

（1）预压及气密性检查。在实验前应先检查该系统是否漏气。容易发生漏气的地方是各橡皮管接头处及各个活塞。首先将真空泵插上电源，打开精密数字压力计的电源开关，关闭进气活塞和放空活塞，使三通抽气活塞与缓冲瓶及安全瓶接通；按一下压力计的 “采零开关”，启动真空泵，使压力表读数为70～80k Pa，立即关闭减压活塞，停止减压；隔数分钟观察压力表读数有无变化，以检查仪器是否漏气，若压力表读数无变化即可认为无泄漏，可进入测定阶段。

（2）在不同压力下测定纯水的沸点。在压力表读数约为－80k Pa的条件下，打开回流冷凝管的冷却水。然后接通15V电源，加热沸点测定瓶中的水。当瓶中有大量气泡逸出时，观察温度读数。温度停止上升并基本保持不变时，记录温度与压力表读数，此为首次测定；然后小心开启进气活塞，缓缓漏入一点空气，使压力表读数改变，改变值约为8k Pa，立即关闭进气活塞，继续如前次那样读数。按同法依次进行5～10次读数 （每次压力改变可较前次稍大一点）。最后一次不再关闭进气活塞，所测温度即为水的正常沸点。

（3）实验结束后，使压力表恢复零位；关闭冷却水，拔去所有电源插头。

五、数据处理

（1）将每次测得的温度及相应的压力差数据填入下表，算出不同温度的饱和蒸气压。

＊饱和蒸气压p＝pe＋Δp

（2）以ln（p／pѲ）对1／T作图，得一直线，由直线的斜率算出水的平均摩尔气化焓。

（3）根据ln（p／pѲ）－1／T图，求出水的正常沸点Tb。

六、思考题

（1）每次测定前是否需要重新抽气？

（2）能不能在加热的情况下检查装置的气密性？

（3）本实验的主要系统误差有哪些？

（4）正常沸点与沸腾温度有何区别？