純液體飽和蒸氣壓的測定

一、實驗?zāi)康?/strong>

1. 明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液兩相平衡的概念，深入了解純液體飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系——克勞修斯-克拉貝龍方程式。

(資料圖)

2. 用等壓計測定不同溫度下環(huán)己烷（或正己烷）的飽和蒸氣壓，初步掌握真空實驗技術(shù)。

3. 學(xué)會用圖解法求被測液體在實驗溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱與正常沸點。

二、實驗原理

飽和蒸汽壓是指一定溫度下與純液體相平衡時的蒸汽壓力。它是物質(zhì)的特性參數(shù)。純液體的蒸汽壓是隨溫度變化而改變的，溫度升高，蒸汽壓增大；溫度降低時，則蒸汽壓減小。當(dāng)蒸汽壓與外界壓力相等時，液體便沸騰，外壓不同時，液體的沸點也不同，通常把外壓為101325Pa時沸騰溫度定義為液體的正常沸點。

液體飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉珀龍方程式表示：

由式可知，在一定外壓時，測定不同溫度下的飽和蒸汽壓，以作圖，可得一直線，由直線的斜率可求得實驗溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱。當(dāng)外壓為101325Pa、液體的蒸汽壓與外壓相等時，可從圖中求得其正常沸點。

飽和蒸汽壓的測定方法有兩類：

1. 動態(tài)法：其中常用的有飽和氣流法，即通過一定體積的己被待測液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的質(zhì)量，求出蒸汽的分壓力。???

2. 靜態(tài)法：把待測物質(zhì)放在一封閉系統(tǒng)中，在不同溫度下直接測量蒸汽壓，或在不同外壓下測液體的沸點。

本實驗采用靜態(tài)法，通過測定在不同外壓下液體的沸點，得到其蒸汽壓與溫度間的關(guān)系。實驗采用壓力平衡管測定蒸汽壓（圖4.1），其原理：平衡管由三個相連的玻璃管a、b和c組成，a管中儲存液體，b和c管中液體在底部相通。當(dāng)a和c管上部純粹是待測液體的蒸汽，b和c管的液體在同一水平時，則加在b管液面上的壓力與加在c管液面上的蒸汽壓相等，該壓力可由數(shù)字式真空壓力計進(jìn)行測定，此時液體溫度即系統(tǒng)的氣液平衡溫度。

圖4.1 ?平衡管示意圖

三、儀器與藥品

DP-AF 飽和蒸氣壓實驗裝置（南京桑力電子設(shè)備廠）1套（包括真空泵、緩沖儲氣罐、數(shù)字真空計、平衡管和冷凝器等），恒溫水槽1套，電吹風(fēng)機(jī)，溫度計（分度值0.10C及10C）各1支

正己烷（分析純）、環(huán)己烷（分析純）或無水乙醇（分析純），氯化鈉，，無水氯化鈣，5A分子篩

圖?4.2 純液體飽和蒸氣壓測定裝置示意圖

儀器裝置如圖4.2所示，各部分部件功能如下：

（一）DP－AF精密數(shù)字壓力計

DP-AF精密數(shù)字壓力計是低真空檢測儀表，適用于負(fù)壓的測量，可以代替U型水銀壓力計，消除其汞毒的缺點。精密數(shù)字壓力計采用CPU對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性補(bǔ)償和零位自動校正，可以在較寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)保證準(zhǔn)確度。

1、技術(shù)指標(biāo)

①?測量范圍: 0～-100.0Kpa；②?分辨率: 四位半：0.01 Kpa; 三位半：0.1 Kpa；③?體積: 210×240×85mm3；④?重量: 1.5Kg

2、使用條件

①?電源:AC220V±10%，50Hz；②?環(huán)境溫度: -10～50℃；③?相對濕度: ≤85%RH；④?壓力傳遞介質(zhì):除氟化物氣體外的各種氣體介質(zhì)均可使用。

3、前面板示意圖

①?單位鍵：選擇所需要的計量單位???????

②?采零鍵：扣除儀表的零壓力值(即零點漂移)

③?復(fù)位鍵：程序有誤時重新啟動CPU ?

④?數(shù)據(jù)顯示屏：顯示被測壓力數(shù)據(jù)?

⑤?指示燈：顯示不同計量單位的信號燈?

“單位”鍵：當(dāng)接通電源，初始狀態(tài)為Kpa指示燈亮，顯示以Kpa為計量單位的零壓力值；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。

4、后面板示意圖

①?電源插座：與～220V相接???

②?電腦串行口：與電腦主機(jī)后面板的RS232C串行口連接（可選配）

③?壓力接口：被測壓力的引入接口

④?壓力調(diào)整：被測壓力滿量程調(diào)整

⑤?保險絲：0.2A

（二）緩沖儲氣罐

全部采用不銹鋼制造，設(shè)計新穎，外形美觀，防腐性、氣密性好。安裝簡便，使用安全、可靠。

1、技術(shù)條件

壓力罐的使用壓力：-100Kpa～250 Kpa；②?系統(tǒng)氣密性：≤0.1 Kpa/10s

2、緩沖儲氣罐的使用方法

（1）安裝

用耐壓橡膠管將真空泵氣嘴與緩沖罐壓力調(diào)節(jié)口接嘴相連接，端口1用堵頭塞緊，端口2與數(shù)字壓力表連接。打開數(shù)字壓力表，閥門1、2、3全部打開（三閥均為順時針旋轉(zhuǎn)關(guān)閉，逆時針旋轉(zhuǎn)開啟），按數(shù)字壓力表“采零”鍵使讀數(shù)顯示為“0.00kPa”。

（2）整體氣密性檢查

將閥2、3打開，閥1關(guān)閉。在真空系統(tǒng)的冷阱中放入冰鹽浴，啟動真空泵，緩慢關(guān)閉放空活塞，抽真空至壓力為-100 kPa左右，關(guān)閉閥門3。緩慢開啟放空活塞后，關(guān)閉真空泵。觀察數(shù)字壓力計，若顯示數(shù)值無上升（小于0.01kPa/秒），說明整體氣密性良好。否則需查找并清除漏氣原因，直至合格。

（3）“微調(diào)部分”的氣密性檢查

關(guān)閉閥門2，用閥門1調(diào)整“微調(diào)部分”的壓力，使之高于步驟（2）中壓力的1／2。關(guān)閉閥門1，觀察數(shù)字壓力計，其顯示值無變化，說明氣密性良好。若顯示值有上升說明閥1泄漏，若下降說明閥2泄漏。

3、與被測系統(tǒng)連接進(jìn)行測試

用橡膠管將緩沖儲氣罐端口1與被測系統(tǒng)連接，端口2與數(shù)字壓力計連接。關(guān)閉閥1，開啟閥門2，抽真空使“微調(diào)部分”與罐內(nèi)壓力相等。之后，關(guān)閉閥門2，緩慢開啟閥門1，泄壓至高于氣罐壓力。關(guān)閉閥1，觀察數(shù)字壓力計，顯示值變化≤0.01Kpa/4S，即為合格。檢漏完畢，開啟閥1使微調(diào)部分泄壓至零。

（三）玻璃恒溫水浴

參見“實驗一?恒溫水浴的組裝及其性能測試”。

四、實驗步驟

注意：真空泵開啟后，再緩慢關(guān)閉放空閥。未開啟放空閥前，不得關(guān)閉真空泵，否則可能導(dǎo)致真空泵油倒灌，使整個系統(tǒng)報廢。

1、系統(tǒng)檢漏：將平衡管取下洗凈，烘干。上端磨口涂抹真空脂后連接到系統(tǒng)上，冷阱中放置冷卻劑（冰鹽混合物）。按第三部分所述方法進(jìn)行測試，檢查系統(tǒng)的氣密性，并熟悉真空系統(tǒng)的操作規(guī)則。

2、向平衡管中裝入待測液體，方法如下：先將平衡管取下，然后烤烘（可用煤氣燈或電吹風(fēng)機(jī)）a管，趕走管內(nèi)空氣，速將液體自b管的管口灌入，冷卻a管，液體即被吸入。反復(fù)二、三次，使液體灌至a管高度的三分之二和U型等位計的大部分為宜，然后接在裝置上。

3、抽空：接通冷卻水，設(shè)定玻璃恒溫水浴溫度為25℃，打開攪拌器開關(guān)。當(dāng)水浴溫度達(dá)到25℃時，將真空泵接到壓力調(diào)節(jié)口接嘴上。數(shù)字壓力計采零，在實驗室的標(biāo)準(zhǔn)壓力計上讀取大氣壓數(shù)值。關(guān)閉閥門1，打開閥門2。按操作規(guī)程開啟真空泵，打開閥門3使體系中的空氣被抽出。隨著系統(tǒng)的壓力降低，a、c管間封閉的氣體被連續(xù)鼓泡通過b管抽出，注意控制閥門3的開啟程度，以保持1~2秒一個氣泡的鼓泡速率，直至a管中的液體沸騰約3-5分鐘（一般觀察不到液體內(nèi)部的沸騰狀態(tài)，以連續(xù)鼓泡為準(zhǔn)）。關(guān)閉閥門2，等待液體鼓泡停止。真空泵繼續(xù)運行3分鐘后，關(guān)閉閥門3，按操作規(guī)程關(guān)閉真空泵。

4、測定：觀察b、c管的液面，一般是b管的液面高于c管的液面，此時緩緩打開閥門1，漏入空氣，當(dāng)U型等位計中b、c管兩臂的液面平齊時關(guān)閉閥門1；若等位計液柱又發(fā)生變化，可緩慢打開閥1或閥門2重新調(diào)節(jié)使液面平齊。當(dāng)閥門1、2均處于關(guān)閉狀態(tài)且液柱不再變化時，記下恒溫槽溫度和壓力計上的壓力值。若液柱始終變化，說明空氣未被抽干凈，應(yīng)重復(fù)上述操作步驟，直至液柱不再變化為止。

5、將恒溫水浴溫度升高5度，升溫過程中樣品會重新沸騰，為控制過度沸騰導(dǎo)致的樣品流失和污染真空系統(tǒng)，可根據(jù)實際情況微微開啟閥門1壓制，使不產(chǎn)生氣泡。達(dá)到設(shè)定溫度后，關(guān)閉閥門1，恒溫5分鐘，按步驟4的方法調(diào)節(jié)，測定新溫度下的樣品蒸氣壓。按上述方法依次測定25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃時樣品的蒸氣壓。

注！測定過程中如不慎使空氣倒灌入試液球a，則需重新抽真空后方能繼續(xù)測定。

5、實驗結(jié)束后，依次慢慢打開閥門1和閥門2，使壓力計恢復(fù)零位。關(guān)閉冷卻水、恒溫水浴和數(shù)字壓力計，拔去所有的電源插頭。將平衡管中樣品全部倒出回收，平衡管清洗烘干備用。

五、數(shù)據(jù)記錄與處理

1. 自行設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表，正確記錄全套原始數(shù)據(jù)并可填入演算結(jié)果

2. 以蒸氣壓p*對溫度T作圖

4. 由p*-T曲線均勻讀取10個點，列出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，然后繪出lnp*對1/T的直線圖，由直線斜率計算出被測液體在實驗溫度區(qū)間的平均摩爾氣化熱。

5. 由曲線求得樣品的正常沸點，并與文獻(xiàn)值比較。