饱和蒸气压 方方 1000012106.pdf

摘要 ：通过动态法、静态法分别测定了水、 CCl4不同温度下的饱和蒸气压实验记录通过两种物质在不同压强下的沸点（气液平衡态），获得了多组压强和沸点，该压强即其对应温度下的饱和蒸气压假设气体为理想气体，忽略液体体积，将摩尔气化热看作常数（不大温度区间内），则饱和蒸气压随温度的变化符合克拉贝龙方程，即 lg ppθ = − ∆lgHm2.303RTT + B，对 lgppθ - 1T 作图，由斜率即可求得相应的摩尔气化热 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 实验人： 方方 1000012106 编号： 1组 1 号 合作人： 范逸临（测量 CCl4部分）实验日期： 2012-2-27 室温： 17.2 ℃ 大气压： 101.86 kPa 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 1 / 7 实验目的 1. 掌握静态法动态法测定饱和蒸气压的 原理、方法 2. 了解饱和蒸气压 与 温度的关系：满足 Clapeyron方程 3. 利用动态法 、 静态法分别测 量 水和四氯化碳的饱和蒸 气 压 与 温度的关系，作图求得水和四氯化碳的摩尔气化热。

实验原理 1. 饱和蒸气压 一定温度下，气液 相达到动态平衡时的蒸气压为饱和蒸气压 2. 摩尔气化热 蒸发 1mol液体所需吸收的热量即为该温度下的摩尔气化热 3. 克拉贝龙 方程 蒸气压随着热力学温度的变化率服从 克拉贝龙 方程， p∆lgH ( ) ( ) 其 中 ∆ m 为摩尔气化热， m( ) 为气体的摩尔体积， m(l)为液体的摩尔体积 实验作了 三个假设 ： （ 1） 气体为理想气体 ， （ 2） 液体体积可忽略 ， （ 3） 在 不 大的温度间隔内，摩尔气化热可以近似看作常数 于是， 则上式可 化为 lg ppθ = − ∆lgHm2.303RT + B 可通过 lg ppθ - 1T作 图 ，根据 斜率求出反应的摩尔气化热 实验方法 （ 1）静态法测 CCl4饱和蒸气压 在某一温度下，直接测量饱和蒸汽压调节外压并使外压与饱和蒸气压相等此法一般适用于蒸气压比较大的液体 （ 2）动态法测纯水饱和蒸气压 在不同外界压力下，测定液体的沸点基于液体的饱和蒸气压与外界压力相等时，液体会沸腾， 此 时的温度就是该液体的沸点。

仪器及试剂 循环水真空泵，数字式温度压力测量仪，带电热套的磁力搅拌装置，冷凝水循环系统，两口圆底烧瓶，真空缓冲瓶，安全瓶，直形冷凝管，搅拌磁子，真空脂或生料带（聚四氟乙烯薄膜） CCl4、二次去离子水 实验装置 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 2 / 7 图 1 动态法测量纯水饱和蒸气压系统图（引自补充讲义） 图 2 静态法测量 CC4饱和蒸汽压测定装置图（引自课本） 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 3 / 7 图 3 平衡管 实验步骤 1.动态法测量纯水的饱和蒸气压 (1) 组装测量系统并检查气密性 在图 1所示的装置中，两口圆底烧瓶装入约 200mL二次水（恰好接触温度探头），置于电加热套上并与冷凝管相连接将圆底烧瓶与冷凝管接触的磨口处涂抹真 空脂先在烧瓶中放入一个磁力搅拌子 打开真空泵，调节活塞，减压至负压约 50kPa迅速关闭活塞使系统与真空泵隔开连续观察并记录压力计数值，如果在 3-5min内波动小于 0.30kPa，表示系统气密性良好，可以进行实验。

（ 2）调节外压，测量不同外压下的沸点 ○1 保持系统内负压 50kPa左右，打开回流冷凝水，调节流量适中 ○2 开始加热、搅拌当烧瓶中水沸腾并温度不上升时记下温度 t及压力计数值停止加热 ○3 微启缓冲瓶通大气的活塞，使内外压差降低 5kPa左右关闭活塞，重新加热 ○4 重复 ○2 ○3 步骤，读取相应的几组数据 ○5 最后一次使系统与大气完全相通，继续加热，沸腾时记录温度平行测量 3次 ○6 读取大气压和室内温度 2.静态法测量 CCl4的饱和蒸气压 (1)检查装置气密性 在如图 2所示的装置图中，打开真空泵，调节使体系与真空泵相连，使压力降 50kPa关闭活塞隔，检查压力计度数值，确定是否漏气 (2)测大气压下沸点 使体系与大气相通，水浴加热至水温 80℃左右，加热数分钟赶尽空气停止加热并不断搅拌，当温度下降至一定程度时 c管中气泡开始消失， b液面开始上升， c管液面下降当两管液面等高时，立即记下此时温度和大气压重复赶气，平行测定两次 (3)测量不同压力下沸点 为防止空气倒灌入 a管，立即关闭连通的活塞联通真空泵，使体系减压 6.7kPa，此时液体再次沸腾。

关闭连通水泵的活塞 ,使其冷却并不断搅拌至 b与 c等高时记录温度 t和压力 p每次减压 6.7kPa，直至两臂相差约 50kPa时终止实验此时再读一下大气压 3.上机预处理数据 Tb（℃） dH（ kJ/molK） dS（ J/molK） R2 纯水 99.1195 41.5741 111.677354 0.998658 CCl4 77.0734 30.4551 86.959122 0.999965 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 4 / 7 数据 记录及 处理 1.动态法测定纯水的饱和蒸气压 （ 1）大气压： 101.86 kPa 室温 t : 17.2 ℃ 压差零点： -0.04 kPa （ 2）沸点测定 表 1 不同温度下 纯水 饱和蒸气压 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压差（ kPa) 50.05 45.49 40.72 35.85 30.15 25.30 20.20 15.15 10.29 沸点（℃） 81.14 83.66 85.67 87.68 89.79 91.67 93.39 94.86 95.95 （ 3）数据处理 表 2 不同温度下 纯水 饱和蒸气压 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压差（ kPa) 50.05 45.49 40.72 35.85 30.15 25.30 20.20 15.15 10.29 沸点（℃） 81.14 83.66 85.67 87.68 89.79 91.67 93.39 94.86 95.95 T(K) 354.3 356.8 358.8 360.8 362.9 364.8 366.5 368.0 369.1 压力（ kPa） 51.8 56.3 61.1 66.0 71.7 76.5 81.6 86.7 91.5 lg ppθ -0.2856 -0.2495 -0.2140 -0.1804 -0.1445 -0.1163 -0.0883 -0.0620 -0.0386 1T(10-3K-1) 2.823 2.803 2.787 2.771 2.755 2.741 2.728 2.717 2.709 （ 4）蒸汽压 -温度曲线 如下图，手绘。

（ 5）作 lg ppθ - 1T 图，求出斜率 -A及截距 B拟合曲线求出图中当外压为 100.0kPa(1 atm)时的沸点 如下图，手绘 (先用计算机拟合 ) 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 5 / 7 根据线性拟合可知 ,斜率 -A=2.1567,截距 B=5.7979 所以， 平均摩尔气化热 ∆ = 2.303A× R× A = 41.30 kJ· K-1mol-1， 正常沸点 T（ p=100） = 372.0 K, 气化熵 ∆ = 112 J· mol-1K-1 与 褚鲁统规则进行比较 ，与标准值 88 J· mol-1 K-1相差很远 2.静态法测定 CCl4的饱和蒸气压 （ 1）大气压： 101.86 kPa 室温 t : 17.2 ℃ 压差零点： 1.13 kPa （ 2）大气压下饱和蒸汽压的三次平行测定 表 3 大气压下的 CCl4沸点测定测定 测量次数 1 2 3 平均 负压 ( kPa ) 1.14 1.13 1.13 1.13 温度 （℃） 77.45 77.41 77.40 77.42 （ 3）不同压强下沸点测定 表 4 不同温度下 CCl4饱和蒸气压 1 2 3 4 5 6 7 8 沸点压力差 ( kPa ) 6.29 11.47 19.45 25.26 30.46 35.95 42.40 50.01 沸点 （℃） 75.55 73.75 70.70 68.39 66.20 63.74 60.66 56.69 （ 4）数据处理 根据实验数据，计算求出蒸气压， lg ppθ ， 1T ，对 lg ppθ - 1T 作图。

表 5 CCl4沸点测定数据处理 1 2 3 4 5 6 7 8 压差 (kPa ) 6.29 11.47 19.45 25.26 30.46 35.95 42.40 50.01 沸点（℃） 75.55 73.75 70.70 68.39 66.20 63.74 60.66 56.69 T(K) 348.7 346.9 343.8 341.5 339.3 336.9 333.8 329.8 压力（ kPa） 96.70 91.52 83.54 77.73 72.53 67.04 60.59 52.98 lg ppθ -0.0146 -0.0385 -0.0781 -0.1094 -0.1395 -0.1736 -0.2176 -0.2759 1T(10-3K-1) 2.868 2.883 2.908 2.928 2.947 2.968 2.996 3.032 y = -2.1567x + 5.7979 R² = 0.9985 -0.4-0.3-0.2-0.102.7 2.75 2.8 2.851/T(10-3K-1) 物理化学实验报告 饱和蒸气压的测定 方方 生命科学学院 1000012106 6 / 7 （ 5）蒸汽压 -温度曲线 如下图，手绘。

（ 6）作 lg ppθ - 1T 图，求出斜率 -A及截距 B拟合曲线求出图中当外压为 100.0kPa(1 atm)时的沸点 如下图，手绘 (先用计算机拟合 ) 根据线性拟合可知 ,斜率 -A=1.5911,截距 B=4.549所以， 平均 摩尔气化热 ∆ = 2.303A× R× A = 30.47 kJ· K-1mol-1， 正常沸点 T(p=100) = 348.0 K 气化熵 ∆ = 87.0 J· mol-1 K-1此结果与 褚鲁统规则 （ 88.0 J· mol-1 K-1）十分接近 结果讨论 本实验根据克拉伯龙 -克劳修斯方程，分别利用动态法和静态法，通过改变温度和蒸汽压，来测量饱和蒸气压随温度的变化，得到了二者的关系曲线，并且以此计算纯水和 CCl4的正常沸点、摩尔气化热和气化熵，同时证实了褚鲁统规则适用范围的局限 气化熵与褚鲁统规则的出入， 原因如下： 褚鲁统适于非缔合型液体 （没 有氢键等特殊分子间作用力 ） CCl4是 非极性有机小分子，分子间作用力弱，几没有缔合作用，所以测得的气化熵符合褚鲁统规则 ； 而水 存在 氢键 ， 缔合度很高，在 汽化 时要破坏氢键， 所以 熵 会更多。

实验测得的水的摩尔气化熵 112 J· mol-1K-1 ，比 88 J· mol。