物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)飽和蒸汽壓的測(cè)定2023/2/261第一頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握蒸氣壓測(cè)定的實(shí)驗(yàn)原理。

2、學(xué)會(huì)蒸氣壓的測(cè)量技術(shù)和壓力計(jì)的使用。

3、學(xué)會(huì)圖解法求摩爾氣化焓。2023/2/262第二頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日二、實(shí)驗(yàn)原理液體的飽和蒸氣壓是指在一定溫度下，氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的壓力。

處于一定溫度下的純液體，其中動(dòng)能較大的分子，要不斷地從液體表面逸出變成蒸氣，此過(guò)程稱為蒸發(fā)；與此同時(shí)，也會(huì)有蒸氣分子回到液體中，此過(guò)程稱為凝聚。當(dāng)蒸發(fā)與凝聚的速率相等時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的蒸氣壓力就是該溫度下液體的飽和蒸氣壓。溫度越高，能逸出液面的分子數(shù)越多，因此，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，液面上的飽和蒸氣壓就越高。當(dāng)液體的飽和蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)，液體便沸騰，此時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn)。液體的沸點(diǎn)隨外壓的變化而變化，若外壓為標(biāo)準(zhǔn)壓力（取100KPa），則液體沸點(diǎn)就稱為正常沸點(diǎn)。

單位物質(zhì)的量的液體蒸發(fā)過(guò)程的焓變，即為該液體的摩爾氣化焓。2023/2/263第三頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日由熱力學(xué)理論我們知道，液體飽和蒸氣壓隨溫度變化的定量關(guān)系，可由克勞修斯-克拉貝龍（Clausius-Clapeyron）方程給出：

=

式中p為液體在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓，R為氣體常數(shù)，R＝8.314J·K-1·mol-1。

在溫度較小的變化范圍內(nèi)，可視為與溫度無(wú)關(guān)，積分上式可得：

由上式可知，若以對(duì)作圖應(yīng)得一直線，直線的斜率由此得到

2023/2/264第四頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日

由實(shí)驗(yàn)測(cè)定幾個(gè)不同溫度下飽和蒸氣壓，用圖解法求得直線的斜率m，根據(jù)上式即可求出。

測(cè)定飽和蒸氣壓的常用方法有動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法兩種，本實(shí)驗(yàn)采用后者。即在一定的溫度下，直接測(cè)定體系的壓力，測(cè)定時(shí)要求體系內(nèi)無(wú)雜質(zhì)氣體。為此用一個(gè)球管與一個(gè)U型管相連，構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)測(cè)定的裝置，其外形如圖3-1所示。2023/2/265第五頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-1等壓計(jì)示意圖2023/2/266第六頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日球a中盛有被測(cè)液體，故a稱之為樣品池，U形管bc部分以被測(cè)液體作為封閉液，這一部分稱為等壓計(jì)。測(cè)定時(shí)先將a與b之間的空氣抽凈，然后從c的上方緩慢放入空氣，使等壓計(jì)b、c兩端的液面平齊，且不再發(fā)生變化時(shí)，則ab之間的蒸氣壓即為此溫度下被測(cè)液體的飽和蒸氣壓，因?yàn)榇孙柡驼魵鈮号cc上方的壓力相等，而c上方的壓力可由壓力計(jì)直接讀出。溫度則由恒溫槽內(nèi)的溫度計(jì)直接讀出，這樣可得到一個(gè)溫度下的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)。當(dāng)升高溫度時(shí)，因飽和蒸氣壓增大，故等壓計(jì)內(nèi)b液面逐漸下降，c液面逐漸上升。同樣從c的上方再緩慢放入空氣，以保持bc兩液面的平齊，當(dāng)恒溫槽達(dá)到設(shè)定的溫度且在bc兩液面平齊時(shí)，即可讀出該溫度下的飽和蒸氣壓。用同樣的方法可測(cè)定其它溫度下的飽和蒸氣壓。2023/2/267第七頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日三、儀器與藥品飽和蒸氣壓測(cè)定組合裝置（飽和蒸氣壓計(jì)、緩沖瓶、冷阱及管路連接盒）一套（圖）

恒溫槽一套（圖）

精密數(shù)字壓力計(jì)（低真空壓力計(jì)）一臺(tái)（圖）

真空泵一臺(tái)（圖）

吸耳球一個(gè)

無(wú)水乙醇（AR）實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置如圖3-2所示。向冷阱的杜瓦瓶?jī)?nèi)加入冰水。取下磨口活塞，用滴管向等壓計(jì)內(nèi)加入無(wú)水乙醇，再用吸耳球擠壓進(jìn)樣品池內(nèi)，使其中的無(wú)水乙醇約為樣品池的五分之四即可，蓋好磨口活塞。2023/2/268第八頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日動(dòng)態(tài)法測(cè)定液體飽和蒸氣壓的裝置

1.U型水銀壓力計(jì)，2.水銀溫度計(jì)，3.連冷凝管的等壓計(jì)，4.攪拌器，

5.電爐，6.緩沖瓶，7.干燥瓶，8.三通活塞，9.真空泵2023/2/269第九頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日

2、接通等壓計(jì)上部的冷凝水，將恒溫槽的水溫調(diào)節(jié)到20℃，打開低壓真空壓力計(jì)6的開關(guān)，由精密數(shù)字壓力計(jì)（絕壓氣壓計(jì)）讀取當(dāng)天的大氣壓（使用“福丁式氣壓計(jì)”也可）。

3、將真空泵接到活塞8上，關(guān)閉二通活塞10，打開活塞9（在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中活塞9始終處于打開狀態(tài)，無(wú)需再動(dòng)）。啟動(dòng)真空泵，打開活塞8使體系中的空氣被抽出，同時(shí)將看到低壓真空壓力計(jì)6的讀數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)?shù)葔河?jì)內(nèi)的乙醇沸騰3—5分鐘后，關(guān)閉活塞8和真空泵，旋轉(zhuǎn)二通活塞10使空氣緩慢進(jìn)入體系中，當(dāng)?shù)葔河?jì)U型管兩臂液面平齊時(shí)關(guān)閉活塞10。若等壓計(jì)液柱再變化，再旋轉(zhuǎn)二通活塞10使液面平齊，待液柱不再變化時(shí)，記下恒溫槽溫度和低壓真空壓力計(jì)6讀數(shù)。若液柱始終變化，說(shuō)明空氣未被抽干凈，應(yīng)重新抽氣。2023/2/2610第十頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日

4、由上面的操作，得到了20℃時(shí)乙醇的飽和蒸氣壓。在該溫度下，重復(fù)操作步驟3，再進(jìn)行一次測(cè)定，若兩次測(cè)定的結(jié)果相差不小于0.27Kpa（即2mmHg），即可進(jìn)行下一步測(cè)定。注意：在第二次測(cè)定時(shí)，等壓計(jì)內(nèi)的乙醇可能被抽干，可以在抽氣結(jié)束后，松開夾在冷凝管上的夾子，輕輕搖晃等壓計(jì)，使樣品池內(nèi)的乙醇濺入等壓計(jì)內(nèi)，以保持等壓計(jì)內(nèi)有足夠量的乙醇。

5、調(diào)節(jié)恒溫槽使水溫升高4℃，在溫度升高過(guò)程中，等壓計(jì)內(nèi)的液柱將發(fā)生變化，應(yīng)經(jīng)常旋轉(zhuǎn)二通活塞10，緩慢放入空氣，使等壓計(jì)的液面始終保持平齊。當(dāng)溫度達(dá)到24℃時(shí)，在液面平齊且不再發(fā)生變化的情況下，記下此時(shí)的溫度和壓力計(jì)6的讀數(shù)。

6、重復(fù)操作步驟5，測(cè)定28℃、32℃、36℃的飽和蒸氣壓。

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開二通活塞10，使體系內(nèi)外壓力一致，將冷肼內(nèi)的乙醇倒掉。2023/2/2611第十一頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日8、將上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表中：

9、作9、作圖，由圖中直線的斜率求出乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的摩爾氣化焓和正常沸點(diǎn)。

2023/2/2612第十二頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵提示】本實(shí)驗(yàn)共測(cè)定五個(gè)溫度下的乙醇的飽和蒸氣壓。人為因素造成的測(cè)定誤差是影響和結(jié)果的主要原因。因此，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、使恒溫槽在恒溫時(shí)具有較高的靈敏度。

2、要獲得準(zhǔn)確的飽和蒸氣壓數(shù)值，關(guān)鍵是要將等壓計(jì)和樣品池之間的空氣徹底抽凈。在抽氣即將結(jié)束之前，可松開夾在冷凝管上的夾子，輕輕搖晃壓力計(jì)，以加速空氣的排出。而空氣的排凈與否，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上判斷。從經(jīng)驗(yàn)上講，20℃時(shí)乙醇的氣液兩相很快達(dá)到平衡，壓力計(jì)內(nèi)的兩臂液面平齊后，不應(yīng)該總發(fā)生變化，若發(fā)生變化，則表明空氣沒(méi)有被除凈。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，20℃的數(shù)據(jù)應(yīng)測(cè)定兩次，兩次相差0.27kPa（2mmHg）應(yīng)在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)，至少說(shuō)明后一次測(cè)定時(shí)空氣已被抽凈。20℃時(shí)乙醇的飽和蒸氣壓的標(biāo)準(zhǔn)值為5.95kPa(44.60mmHg)，可供參考。2023/2/2613第十三頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日

3、在升溫過(guò)程中，要及時(shí)向體系中放入空氣，以保持等壓計(jì)兩液面平齊，不要等溫度升高4℃后再放氣，以免使等壓計(jì)內(nèi)的乙醇沸騰，使封閉液減少。

4、最初將樣品加入樣品池后，殘留在等壓計(jì)U型管內(nèi)的乙醇要適量，以U型管體積的三分之二左右為宜。過(guò)多時(shí)會(huì)影響抽氣，過(guò)少時(shí)乙醇很快被抽盡。另外，抽氣速率要適中，避免抽氣速率過(guò)快，等壓計(jì)液體沸騰劇烈，乙醇很快被抽盡。2023/2/2614第十四頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日【思考題】1、如果測(cè)定乙醇水溶液的蒸氣壓，本實(shí)驗(yàn)的方法是否適用？