实验二　液体饱和蒸气压的测定

一、目的要求

1.明确液体饱和蒸气压的定义及气液平衡的概念，了解纯液体饱和蒸气压与温度的关系——克劳修斯-克拉贝龙方程。

2.用纯液体饱和蒸气压测定装置测定不同温度乙醇的饱和蒸气压，并求其平均摩尔汽化热和正常沸点。

3.熟悉和掌握气压计的使用方法。

二、实验原理

在一定温度下，纯液体与其气相达成平衡时的压力，称为该温度下液体的饱和蒸气压。饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程来表示。

　　 （2-1） 　　

式中　ΔvHm——在温度T时纯液体的摩尔汽化热；

R——气体常数；

T——热力学温度。

在一定的温度变化范围内，ΔHv可视为常数，可当作平均摩尔汽化热。将式（2-1）积分得：

　　 （2-2） 　　

式中，C'和C为积分常数。

由式（2-2）可知，lgp与1/T是直线关系，直线的斜率：A=ΔvHm/（2.303R），因此可求出ΔHv。测定饱和蒸气压的方法主要有以下三种。

①饱和蒸气压法　在一定的温度和压力下，把干燥气体缓慢地通过被测液体，使气流为该液体的蒸气所饱和。然后可用某物质将气流吸收，知道了一定体积的气流中蒸气的质量，便可计算蒸气的分压，这个分压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。

②静态法　在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法适用于蒸气压比较大的液体。

③动态法　在不同外界压力下测定液体的沸点。

本实验用静态法测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压。所用的仪器是纯液体蒸气压测定装置，如图2-1所示。平衡管上焊接一个冷凝管，用橡皮管与压力计相连，压力计与减压系统相连接。A球内装待测液体，当A球的液体面上是纯待测液体的蒸气，而B管与C管的液面处于同一水平时，则表示B管液面上的蒸气压（即A球面上的蒸气压）与加在C管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的大气压减去压力计的压力，即为该温度下液体的饱和蒸气压。当外压是1atm（1atm=101325Pa）时的温度，叫做液体的正常沸点。

三、仪器和试剂

纯液体蒸气压测定装置一套；抽气泵（公用）；DP-A精密数字气压计；无水乙醇（A.R.）。

四、实验步骤

1.系统漏气检查

打开连通大气的“平衡阀1”，开启压力计并按“采零”、单位为“kPa”，打开真空泵，关闭连通大气的平衡阀1，连通抽气阀和平衡阀2，抽气，使系统减压。此时压力计显示压力的数值随系统减压程度的加大而增加。当压力计显示压力为-60～-50kPa时，关闭平衡阀2和抽气阀。如果在1min内，压力计显示压力基本不变，则表明系统不漏气；若有明显变化，则说明漏气，应仔细检查各接口处直至不漏气为止。

2.不同温度下乙醇饱和蒸气压的测定

打开恒温水浴的搅拌、加热开关。打开恒温控制器开关，设定“回差”为0.1，将智能恒温控制器设定到50℃，接通冷却水。当恒温水浴达到设定温度后，打开抽气阀和平衡阀2，使系统减压至压力计读数约为-75kPa，关闭抽气阀和平衡阀2。同时有气泡自平衡管C管逸出，气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地逸出，当气泡逸出速度太快时，可微打开平衡阀1，缓缓放入空气调节。保持如此沸腾状态约2min。然后打开连通大气的平衡阀1（切不可太快，以免空气倒灌入球。如果发生空气倒灌，则打开平衡阀2抽气），当C管与B管中两液面趋于水平时，将平衡阀1关闭，读取压力计读数。自50℃起液体温度每升高5℃测定一次，共测5个点。在升温过程中，应注意调节使气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜（饱和蒸气压=大气压-︱压力计读数︱）。

实验完毕，打开平衡阀1，使系统恢复至大气压。关闭冷却水。

五、数据处理和结果

（1）由表格中数据绘出蒸气压p对温度T的曲线（p-T图）。

（2）绘出lgp-1/T的直线图，求出此直线斜率，由斜率算出乙醇在此温度间隔中的平均摩尔汽化热ΔvHm和乙醇的正常沸点。

（3）以上数据采用计算机进行处理，并打印图形、结果和相关系数。

六、思考题

（1）说明饱和蒸气压、正常沸点和沸腾温度的含义。本实验用什么方法测定乙醇的饱和蒸气压？

（2）何时读取压力计的读数？所取读数是否就是乙醇的饱和蒸气压？

附1：实验操作

1.打开电源开关。

2.开启搅拌开关，搅拌器调至慢挡。

3.开启加热开关，加热器先调至“强”位置，但当温度接近所设温度前2～3℃时将加热器置于“弱”挡位置，以减缓升温速度，使温度上升平稳，避免温度过冲，以达到理想的控温效果。

4.打开SWQ控温器电源开关，调节控温器上的各功能。

5.关机：首先关闭SWQ智能数字恒温控制器电源，然后关闭加热器和搅拌器的电源开关。

附2：SWQ智能数字恒温控制器使用方法

1.开电源开关。按“回差”键，回差将依次显示为：0.5、0.4、0.3、0.2、0.1。选择所需的回差值即可。

2.设置恒温温度。按“▼”、“▲”各键，依次调整设定温度的数值至所需温度值，设置完毕转换到工作状态（“工作”指示灯亮）。

3.仪器工作状态：当介质温度≤设定温度-回差，加热器处于加热状态。当介质温度≤设定温度，加热器处于停止加热状态。

4.当系统温度达到“设定温度”值时，工作指示灯自动转换到恒温态。

5.按下“复位”键，仪器返回开机时的初始状态，此时可重复进行步骤1和2的操作。

附3：DP-AF精密数字压力计使用说明

1.“单位”键：接通电源，初始状态KPa指示灯亮，LED显示为计量单位的压力值；按一下“单位键”，mmHg指示灯亮，LED显示以“mmHg”为计量单位的压力值。

2.“采零”键：在测试前必须按一下“采零”键，使仪表自动扣除传感器零压力值，LED显示为“0000”，保证测试时显示值为被测介质的实际压力值。

3.“复位”键：按下此键，可重新启动CPU，仪表即可返回初始状态。一般用于死机时，在正常测试中，不应按此键。

4.关机：先将被测系统泄压后，再关掉电源开关。