液體飽和蒸汽壓的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.明確液體飽和蒸氣壓的定義，了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系以及克勞修斯-克拉佩龍方程式的意義。2.掌握用靜態(tài)法測(cè)定不同溫度下乙醇飽和蒸氣壓的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)使用真空泵、恒溫槽和氣壓計(jì)等儀器。3.學(xué)會(huì)由圖解法求乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱與正常沸點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)原理一定溫度下，在一真空的密閉容器中，液體很快與其蒸氣建立動(dòng)態(tài)平衡，即蒸氣分子向液面凝結(jié)和液體分子從表面逃逸的速度相等，此時(shí)液面上的蒸氣壓力就是液體在此溫度下的飽和蒸氣壓，蒸氣壓與液體的種類、溫度有關(guān)。純液體的蒸氣壓隨溫度的變化可用克勞修斯-克拉佩龍（Clausius-Clapeyron）方程式來表示：$\frac{d\lnp}{dT}=\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{RT^{2}}$式中：$p$為純液體在溫度$T$時(shí)的飽和蒸氣壓（Pa）；$T$為熱力學(xué)溫度（K）；$\Delta_{vap}H_{m}$為液體摩爾氣化熱（J/mol）；$R$為摩爾氣體常數(shù)，$R=8.314J\cdotmol^{-1}\cdotK^{-1}$。當(dāng)溫度變化范圍較小時(shí)，$\Delta_{vap}H_{m}$可視為常數(shù)，將上式積分可得：$\lnp=-\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{RT}+C$式中$C$為積分常數(shù)。由此式可知，以$\lnp$對(duì)$\frac{1}{T}$作圖可得一直線，直線的斜率$m=-\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{R}$，通過斜率可計(jì)算出液體的摩爾氣化熱$\Delta_{vap}H_{m}=-mR$。測(cè)定液體飽和蒸氣壓的方法主要有動(dòng)態(tài)法、靜態(tài)法和飽和氣流法。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法，即將待測(cè)液體放在一個(gè)封閉體系中，在不同溫度下直接測(cè)量其飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。實(shí)驗(yàn)儀器與試劑1.儀器-飽和蒸氣壓測(cè)定裝置一套（包括等壓計(jì)、冷凝管、緩沖瓶、干燥塔、真空泵等）-恒溫槽一套-精密數(shù)字壓力計(jì)-溫度計(jì)（0-50℃，分度值0.1℃）-氣壓計(jì)2.試劑無水乙醇（分析純）實(shí)驗(yàn)步驟1.儀器安裝-用蒸餾水洗凈等壓計(jì)，烘干后裝入無水乙醇。使A球中約有2/3的液體，U形管B、C中各有適量液體。-將等壓計(jì)安裝在冷凝管中，連接好各部分，注意接口處要密封良好。將冷凝管與恒溫槽連接，確保循環(huán)水正常流通。-把精密數(shù)字壓力計(jì)與緩沖瓶連接，打開壓力計(jì)預(yù)熱10-15分鐘。-檢查氣壓計(jì)的讀數(shù)，并記錄當(dāng)時(shí)的大氣壓$p_{大氣}$。2.系統(tǒng)氣密性檢查-關(guān)閉通往大氣的活塞，打開真空泵，使系統(tǒng)減壓至壓力計(jì)示數(shù)約為-50kPa。關(guān)閉真空泵，觀察壓力計(jì)示數(shù)，若在5分鐘內(nèi)壓力計(jì)示數(shù)變化不超過0.1kPa，則說明系統(tǒng)氣密性良好；若示數(shù)變化較大，應(yīng)檢查各接口處是否漏氣，直至氣密性符合要求。3.排除A球上方的空氣-打開恒溫槽，將溫度設(shè)定為25.0℃。開啟真空泵，緩慢抽氣，使A球中液體沸騰3-5分鐘，讓A球上方的空氣隨蒸氣經(jīng)U形管B、C排出。-關(guān)閉真空泵，慢慢打開通往大氣的活塞，使空氣緩慢進(jìn)入系統(tǒng)，直至U形管B、C中的液面平齊，立即關(guān)閉活塞。此時(shí)A球上方的空氣已基本排盡，記錄壓力計(jì)示數(shù)$p_{表}$。4.不同溫度下乙醇飽和蒸氣壓的測(cè)定-將恒溫槽溫度依次設(shè)定為30.0℃、35.0℃、40.0℃、45.0℃、50.0℃，每次升溫5℃。待溫度恒定后（一般需10-15分鐘），重復(fù)步驟3的操作，即抽氣使液體沸騰以進(jìn)一步排除空氣，然后調(diào)節(jié)U形管B、C中的液面平齊，記錄各溫度下的壓力計(jì)示數(shù)$p_{表}$。-在實(shí)驗(yàn)過程中，要密切關(guān)注恒溫槽的溫度變化，確保溫度波動(dòng)不超過±0.1℃。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束-實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，緩慢打開通往大氣的活塞，使系統(tǒng)恢復(fù)到大氣壓。關(guān)閉恒溫槽、真空泵和壓力計(jì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1.數(shù)據(jù)記錄|實(shí)驗(yàn)序號(hào)|溫度$t$/℃|熱力學(xué)溫度$T$/K|$\frac{1}{T}/K^{-1}$|壓力計(jì)示數(shù)$p_{表}$/kPa|飽和蒸氣壓$p=p_{大氣}+p_{表}$/kPa|$\lnp$||:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:||1|25.0|298.15|0.00335|||||2|30.0|303.15|0.00329|||||3|35.0|308.15|0.00324|||||4|40.0|313.15|0.00319|||||5|45.0|318.15|0.00314|||||6|50.0|323.15|0.00310||||2.數(shù)據(jù)處理-根據(jù)記錄的壓力計(jì)示數(shù)$p_{表}$和當(dāng)時(shí)的大氣壓$p_{大氣}$，計(jì)算各溫度下乙醇的飽和蒸氣壓$p=p_{大氣}+p_{表}$。-計(jì)算各溫度對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度$T$和$\frac{1}{T}$，以及$\lnp$的值，并填入表格中。-以$\lnp$為縱坐標(biāo)，$\frac{1}{T}$為橫坐標(biāo)作圖，得到一條直線。-用最小二乘法擬合直線，求出直線的斜率$m$。-根據(jù)斜率$m$計(jì)算乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱$\Delta_{vap}H_{m}=-mR$。-當(dāng)$p=101.325kPa$時(shí)，$\lnp=\ln101.325\approx4.62$，將其代入擬合直線方程$\lnp=-\frac{\Delta_{vap}H_{m}}{RT}+C$，求出對(duì)應(yīng)的溫度$T$，該溫度即為乙醇的正常沸點(diǎn)$T_$，再將其換算為攝氏溫度$t_=T_-273.15$。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到的乙醇平均摩爾氣化熱$\Delta_{vap}H_{m}$和正常沸點(diǎn)$t_$，與文獻(xiàn)值（乙醇的標(biāo)準(zhǔn)摩爾氣化熱$\Delta_{vap}H_{m}^{\theta}=40.59kJ/mol$，正常沸點(diǎn)$t_^{\theta}=78.37℃$）進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差。相對(duì)誤差計(jì)算公式為：$相對(duì)誤差=\frac{\vert實(shí)驗(yàn)值-文獻(xiàn)值\vert}{文獻(xiàn)值}\times100\%$2.誤差分析-系統(tǒng)誤差-恒溫槽的溫度控制可能存在一定的誤差，導(dǎo)致實(shí)際溫度與設(shè)定溫度有偏差，從而影響飽和蒸氣壓的測(cè)量?？梢酝ㄟ^校準(zhǔn)溫度計(jì)和提高恒溫槽的控溫精度來減小該誤差。-壓力計(jì)的測(cè)量精度有限，可能會(huì)引入一定的誤差。在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)壓力計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。-人為誤差-在調(diào)節(jié)U形管B、C中的液面平齊時(shí)，可能存在視覺誤差，導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確。在操作時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察液面，盡量減小誤差。-讀取溫度和壓力計(jì)示數(shù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)誤差。讀取數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)使視線與刻度線平齊，確保讀數(shù)準(zhǔn)確。3.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)-在實(shí)驗(yàn)過程中，要嚴(yán)格控制抽氣和進(jìn)氣的速度，避免U形管中的液體被抽走或溢出。-每次改變溫度后，要等待足夠的時(shí)間使系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，確保測(cè)量的是該溫度下的飽和蒸氣壓。-實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)先打開通往大氣的活塞，使系統(tǒng)恢復(fù)到大氣壓，再關(guān)閉真空泵，以免真空泵中的油倒吸進(jìn)入系統(tǒng)。結(jié)論通過本實(shí)驗(yàn)，我們采用靜態(tài)法成功測(cè)定了不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出了乙醇在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱和正常沸點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)值存在一定的誤差，主要是由于系統(tǒng)誤差和人為誤差引起的。通過對(duì)誤差的分析，我們認(rèn)識(shí)到在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，提高操作的準(zhǔn)確性，以減小誤差，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。本實(shí)驗(yàn)加深了我們對(duì)液體飽和蒸氣壓概念的理解，掌握了測(cè)定液體飽和蒸氣壓的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法，同時(shí)也提高了我們的動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力。拓展與應(yīng)用液體飽和蒸氣壓的測(cè)定在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，在化工生產(chǎn)中，了解液體的飽和蒸氣壓對(duì)于確定蒸餾、蒸發(fā)等單元操作的工藝條件非常重要；在藥物制劑中，藥物的揮發(fā)性與飽和蒸氣壓有關(guān)，通過測(cè)定飽和蒸氣壓可以研究藥物的穩(wěn)定性和