實驗二　液體飽和蒸氣壓的測定

一、目的要求

1.明確液體飽和蒸氣壓的定義及氣液平衡的概念，了解純液體飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系——克勞修斯-克拉貝龍方程。

2.用純液體飽和蒸氣壓測定裝置測定不同溫度乙醇的飽和蒸氣壓，并求其平均摩爾汽化熱和正常沸點。

3.熟悉和掌握氣壓計的使用方法。

二、實驗原理

在一定溫度下，純液體與其氣相達成平衡時的壓力，稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉貝龍方程來表示。

　　 （2-1） 　　

式中　ΔvHm——在溫度T時純液體的摩爾汽化熱；

R——氣體常數(shù)；

T——熱力學溫度。

在一定的溫度變化范圍內(nèi)，ΔHv可視為常數(shù)，可當作平均摩爾汽化熱。將式（2-1）積分得：

　　 （2-2） 　　

式中，C'和C為積分常數(shù)。

由式（2-2）可知，lgp與1/T是直線關(guān)系，直線的斜率：A=ΔvHm/（2.303R），因此可求出ΔHv。測定飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種。

①飽和蒸氣壓法　在一定的溫度和壓力下，把干燥氣體緩慢地通過被測液體，使氣流為該液體的蒸氣所飽和。然后可用某物質(zhì)將氣流吸收，知道了一定體積的氣流中蒸氣的質(zhì)量，便可計算蒸氣的分壓，這個分壓就是該溫度下被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。

②靜態(tài)法　在某一溫度下，直接測量飽和蒸氣壓，此法適用于蒸氣壓比較大的液體。

③動態(tài)法　在不同外界壓力下測定液體的沸點。

本實驗用靜態(tài)法測定乙醇在不同溫度下的飽和蒸氣壓。所用的儀器是純液體蒸氣壓測定裝置，如圖2-1所示。平衡管上焊接一個冷凝管，用橡皮管與壓力計相連，壓力計與減壓系統(tǒng)相連接。A球內(nèi)裝待測液體，當A球的液體面上是純待測液體的蒸氣，而B管與C管的液面處于同一水平時，則表示B管液面上的蒸氣壓（即A球面上的蒸氣壓）與加在C管液面上的外壓相等。此時，體系氣液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點。用當時的大氣壓減去壓力計的壓力，即為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。當外壓是1atm（1atm=101325Pa）時的溫度，叫做液體的正常沸點。

三、儀器和試劑

純液體蒸氣壓測定裝置一套；抽氣泵（公用）；DP-A精密數(shù)字氣壓計；無水乙醇（A.R.）。

四、實驗步驟

1.系統(tǒng)漏氣檢查

打開連通大氣的“平衡閥1”，開啟壓力計并按“采零”、單位為“kPa”，打開真空泵，關(guān)閉連通大氣的平衡閥1，連通抽氣閥和平衡閥2，抽氣，使系統(tǒng)減壓。此時壓力計顯示壓力的數(shù)值隨系統(tǒng)減壓程度的加大而增加。當壓力計顯示壓力為-60～-50kPa時，關(guān)閉平衡閥2和抽氣閥。如果在1min內(nèi)，壓力計顯示壓力基本不變，則表明系統(tǒng)不漏氣；若有明顯變化，則說明漏氣，應仔細檢查各接口處直至不漏氣為止。

2.不同溫度下乙醇飽和蒸氣壓的測定

打開恒溫水浴的攪拌、加熱開關(guān)。打開恒溫控制器開關(guān)，設定“回差”為0.1，將智能恒溫控制器設定到50℃，接通冷卻水。當恒溫水浴達到設定溫度后，打開抽氣閥和平衡閥2，使系統(tǒng)減壓至壓力計讀數(shù)約為-75kPa，關(guān)閉抽氣閥和平衡閥2。同時有氣泡自平衡管C管逸出，氣泡逸出的速度以一個一個地逸出為宜，不能成串成串地逸出，當氣泡逸出速度太快時，可微打開平衡閥1，緩緩放入空氣調(diào)節(jié)。保持如此沸騰狀態(tài)約2min。然后打開連通大氣的平衡閥1（切不可太快，以免空氣倒灌入球。如果發(fā)生空氣倒灌，則打開平衡閥2抽氣），當C管與B管中兩液面趨于水平時，將平衡閥1關(guān)閉，讀取壓力計讀數(shù)。自50℃起液體溫度每升高5℃測定一次，共測5個點。在升溫過程中，應注意調(diào)節(jié)使氣泡逸出的速度以一個一個地逸出為宜（飽和蒸氣壓=大氣壓-︱壓力計讀數(shù)︱）。

實驗完畢，打開平衡閥1，使系統(tǒng)恢復至大氣壓。關(guān)閉冷卻水。

五、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果

（1）由表格中數(shù)據(jù)繪出蒸氣壓p對溫度T的曲線（p-T圖）。

（2）繪出lgp-1/T的直線圖，求出此直線斜率，由斜率算出乙醇在此溫度間隔中的平均摩爾汽化熱ΔvHm和乙醇的正常沸點。

（3）以上數(shù)據(jù)采用計算機進行處理，并打印圖形、結(jié)果和相關(guān)系數(shù)。

六、思考題

（1）說明飽和蒸氣壓、正常沸點和沸騰溫度的含義。本實驗用什么方法測定乙醇的飽和蒸氣壓？

（2）何時讀取壓力計的讀數(shù)？所取讀數(shù)是否就是乙醇的飽和蒸氣壓？

附1：實驗操作

1.打開電源開關(guān)。

2.開啟攪拌開關(guān)，攪拌器調(diào)至慢擋。

3.開啟加熱開關(guān)，加熱器先調(diào)至“強”位置，但當溫度接近所設溫度前2～3℃時將加熱器置于“弱”擋位置，以減緩升溫速度，使溫度上升平穩(wěn)，避免溫度過沖，以達到理想的控溫效果。

4.打開SWQ控溫器電源開關(guān)，調(diào)節(jié)控溫器上的各功能。

5.關(guān)機：首先關(guān)閉SWQ智能數(shù)字恒溫控制器電源，然后關(guān)閉加熱器和攪拌器的電源開關(guān)。

附2：SWQ智能數(shù)字恒溫控制器使用方法

1.開電源開關(guān)。按“回差”鍵，回差將依次顯示為：0.5、0.4、0.3、0.2、0.1。選擇所需的回差值即可。

2.設置恒溫溫度。按“▼”、“▲”各鍵，依次調(diào)整設定溫度的數(shù)值至所需溫度值，設置完畢轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)（“工作”指示燈亮）。

3.儀器工作狀態(tài)：當介質(zhì)溫度≤設定溫度-回差，加熱器處于加熱狀態(tài)。當介質(zhì)溫度≤設定溫度，加熱器處于停止加熱狀態(tài)。

4.當系統(tǒng)溫度達到“設定溫度”值時，工作指示燈自動轉(zhuǎn)換到恒溫態(tài)。

5.按下“復位”鍵，儀器返回開機時的初始狀態(tài)，此時可重復進行步驟1和2的操作。

附3：DP-AF精密數(shù)字壓力計使用說明

1.“單位”鍵：接通電源，初始狀態(tài)KPa指示燈亮，LED顯示為計量單位的壓力值；按一下“單位鍵”，mmHg指示燈亮，LED顯示以“mmHg”為計量單位的壓力值。

2.“采零”鍵：在測試前必須按一下“采零”鍵，使儀表自動扣除傳感器零壓力值，LED顯示為“0000”，保證測試時顯示值為被測介質(zhì)的實際壓力值。

3.“復位”鍵：按下此鍵，可重新啟動CPU，儀表即可返回初始狀態(tài)。一般用于死機時，在正常測試中，不應按此鍵。

4.關(guān)機：先將被測系統(tǒng)泄壓后，再關(guān)掉電源開關(guān)。