饱和蒸气压的测定精选课件.ppt

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1、关于饱和蒸气压的测定第一页，本课件共有25页一、实验目的及要求1.学习静态法测定液体饱和蒸气压。2.用数字压力计测定不同温度下水的饱和蒸气压。3.使用克劳修斯克拉佩龙关系式计算水的汽化热。4.掌握气压计、数字压力计和真空泵的使用方法。5.学习用origin7.5处理实验数据。第二页，本课件共有25页二、实验原理 在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体在一定温度下与液体处于平衡状态时蒸气的压力称为该温度下液体的的饱和蒸气压饱和蒸气压。密闭于真空容器中的液体，在某一温度下有动能较大的分子密闭于真空容器中的液体，在某一温度下有动能较大的分子从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相

2、碰回液相。当二者的从液相跑到气相，也有动能较小的分子由气相碰回液相。当二者的速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度不再改变，因速率相等时，就达到了动态平衡，气相中的蒸气密度不再改变，因而有一定的饱和蒸气。而有一定的饱和蒸气。第三页，本课件共有25页液液体体的的蒸蒸气气压压是是随随温温度度而而改改变变的的，当当温温度度升升高高时时有有更更多多的的高高动动能能的的分分子子能能够够由由液液面面逸逸出出，因因而而蒸蒸气气压压增增大大。当当蒸蒸气气压压与与外外界界压压力力相等时，液体便沸腾。相等时，液体便沸腾。外外 压压 不不 同同 时时 液液 体体 的的 沸沸 点点 也也 就就 不不 同同。我

3、我 们们 把把 外外 压压 为为101.325101.325kPakPa时的沸腾温度定义为液体的时的沸腾温度定义为液体的正常沸点正常沸点。液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气压压与与温温度度的的关关系系可可用用克克劳劳修修斯斯一一克克拉拉贝贝龙龙方程式表示；方程式表示；（1 1）第四页，本课件共有25页式中：式中：p p为液体在温度为液体在温度T T时的饱和蒸气压；时的饱和蒸气压；T T为热力学温度；为热力学温度；为液体摩尔气化热（为液体摩尔气化热（J.molJ.mol-1-1）；）；在温度较小的变化范围内，在温度较小的变化范围内，可视为常数，可视为常数，积分（积分（1 1）式可得：）式可得：（2 2

4、）由（由（2）式可知，若用）式可知，若用lnp对对1/T作图应得一直线，斜率作图应得一直线，斜率m为为 ；（3 3）或或 (4)第五页，本课件共有25页测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种：测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种：1 1饱和气流法饱和气流法在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物在一定温度和压力下通过一定体积已被待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸气的分压，这个分质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，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压就是该温度下被测液

5、体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。体。2静态法静态法 在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压，在某一温度下将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测量其饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。此法一般适用于蒸气压比较大的液体。第六页，本课件共有25页3动态法动态法 利利用用当当液液体体的的蒸蒸气气压压与与外外压压相相等等时时液液体体沸沸腾腾的的原原理理，测测定定液液体体在在不不同同外外压压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。这这些些方方法法中中以以静静态态法法准准确确性性较较高高，即即使使蒸蒸气气压压只只有有133

6、3Pa(10mmHg)左左右右也也可可测测定定。静静态态法法以以等等位位计计的的两两臂臂液液面面等等高高来来观观察察平平衡衡较较灵灵敏敏。对对较较高高温温度度下下的的蒸蒸气气压压测测定定，由由于于温温度度难难以以控控制制而而准准确确度度较较差差。动动态态法法的的优优点点是是对对温温度度的的控控制制要要求求不不高高，对对于于沸沸点点低低于于100的的液液体体，如如四四氮氮化化碳碳、丙丙酮酮、氯氯仿仿、乙乙酸酸乙乙酯酯、乙乙酸酸等等亦亦可可达达到到一一定定的的精精确确度度。饱饱和和气气流流法法不不仅仅可可测测液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气压压，亦亦可可测测定定固固态态易易挥挥发发物物质质，如如碘碘的

7、的蒸蒸气气压压。它它的的缺缺点点是是通通常常不不易易达达到到真真正正的的饱饱和和状状态态，因此实测值偏低。故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。因此实测值偏低。故这种方法通常只用来求溶液蒸气压的相对降低。第七页，本课件共有25页三、仪器和试剂如图1装置一套：包括玻璃恒温槽1套，冷阱1个，数字精密压力计1台，真空泵及附件1套。图图1静态法液体饱和蒸气压测定装置静态法液体饱和蒸气压测定装置第八页，本课件共有25页四、实验步骤1 1.图图1安装好实验装置安装好实验装置2.精密数字压力计调试精密数字压力计调试通通电电预预热热精精密密数数字字压压力力计计10min左左右右，选选择择kPa为为单单位

8、位，且且在在系系统统通通大大气气的情况下，调零。的情况下，调零。3.装样：装样：将将蒸蒸馏馏水水从从加加样样口口注注入入，关关闭闭平平衡衡阀阀1，打打开开进进气气阀阀和和平平衡衡阀阀2，启启动动真真空空泵泵抽抽气气至至压压力力计计读读数数为为-50 kPa时时停停止止抽抽气气，关关闭闭平平衡衡阀阀2，打打开开平平衡衡阀阀1，使使乙乙醇醇冲冲入入试试样样球球A。如如此此反反复复操操作作，使使乙乙醇醇充充满满试试样样球球A 2/3及及液液封封U型型管体积的管体积的1/2。第九页，本课件共有25页4.检检漏漏:开开启启冷冷却却水水，接接通通电电源源，使使真真空空泵泵正正常常运运转转2 2minmin

9、，关关闭闭平平衡衡阀阀1 1，打打开开进进气气阀阀和和平平衡衡阀阀2 2抽抽气气，使使系系统统减减压压至至压压力力计计读读数数为为-50kPa后后停停止止抽抽气气，关关闭闭进进气气阀阀和和平平衡衡阀阀2 2。此此时时系系统统处处于于真真空空状状态态。若若压压力力计计数数值值下下降降在在标标准准范范围围内内（0.010.01kPa/4skPa/4s）即为正常。否则应检查原因，设法消除，至不漏气为止。即为正常。否则应检查原因，设法消除，至不漏气为止。5.5.测定测定:开启冷却水，开启冷却水，调节恒温槽的温度稍高于室温（如调节恒温槽的温度稍高于室温（如2 255）作为实验起始温度，通）作为实验起始温

10、度，通电加热，电加热，A A 球内蒸馏水的温度随水浴的温度升高而升高。同时开启真空泵缓缓抽气，使球内蒸馏水的温度随水浴的温度升高而升高。同时开启真空泵缓缓抽气，使A A球内气体呈球内气体呈气泡一个一个气泡一个一个地通过液封地通过液封U U管（管（切忌抽气太快切忌抽气太快）排出。缓缓抽气数分）排出。缓缓抽气数分钟后钟后(注意勿使液体沸腾过猛注意勿使液体沸腾过猛)，使压力计读数约为，使压力计读数约为-98-98kPakPa左右，关闭进气阀，使真左右，关闭进气阀，使真空泵与大气相通，停止抽气。然后微微调节平衡阀空泵与大气相通，停止抽气。然后微微调节平衡阀1 1，使，使U U型管型管两液面等高两液面等

11、高为止（为止（谨防谨防空气倒灌入空气倒灌入A A球球），记下恒温槽温度和压力计读数。），记下恒温槽温度和压力计读数。第十页，本课件共有25页如此重复操作两次，若连续两次测得的数值相等，则可认为A、B管中的空气已排净。记下此时压力计读数，同时从气压计上读取并记下室温和大气压。用当天大气压平均值减去表压绝对值(p水=p大-p表)，即为设定温度下水的饱和蒸气压。用上述方法，沿升温方向每隔35测定一组设定温度下的数值。实验完毕，停止加热，缓缓打开平衡阀1和进气阀，待系统处于常压时，关闭气压计电源，最后关闭冷却水，复原。第十一页，本课件共有25页五、数据记录与处理1 1数据记录数据记录被测液体：乙醇被测

12、液体：乙醇 室温：室温：22.2 大气压：开始读数大气压：开始读数 kPa 结束读数结束读数 kPa 平均值平均值 kPa温度温度t/T/K1/T(K-1)压力计读数压力计读数p/kPa乙醇的蒸汽压乙醇的蒸汽压p/kPalnp24297.20.00336-97.828301.20.00332-97.0第十二页，本课件共有25页2 2用用origin绘制绘制lnp-1/T图，求斜率图，求斜率 m3 3 由由m求求4 4求水的正常沸点。求水的正常沸点。本本实实验验也也可可以以测测定定其其他他各各种种纯纯液液体体，如如乙乙醇醇、丙丙酮酮等等的的蒸蒸气气压压和和平平均均摩摩尔尔汽汽化热。化热。第十三页

13、，本课件共有25页温度()压力示数均值（）温度（）液体饱和蒸汽压（）1/T20.3-95.25 293.456.95 8.84650 0.00341 25.4-93.71 298.55 8.50 9.04723 0.00335 30.5-91.42 303.65 10.78 9.28545 0.00329 35.6-87.80 308.75 14.40 9.57498 0.00324 40.5-83.84 313.65 18.36 9.81793 0.00319【实验数据记录与处理实验数据记录与处理】实验相关物理量数据的处理实验相关物理量数据的处理作作ln p1/T的函数关系图，求外压为的函数

14、关系图，求外压为102.02Kpa条件下乙醇的沸点条件下乙醇的沸点第十四页，本课件共有25页 标准大气压为 Pa，则 ln p 代入y=-ax+b得：解得：1/T x 2.800110-3 K-1 乙醇的正常沸点为：T357.130K.(t=83.980)根据根据l n p1/T直线的斜率，求乙醇在实验温度区内的平均摩尔汽化热直线的斜率，求乙醇在实验温度区内的平均摩尔汽化热vapHm vapHmRm8.314(37307.69)37.30769 kJ/mol数据误差分析数据误差分析：a.通过查阅附录，得到乙醇的平均摩尔汽化热参考值 第十五页，本课件共有25页实验所得乙醇的平均摩尔汽化热相对误差

15、 b.通过查阅附录，得到乙醇在 下的沸点实验所得乙醇的T的相对误差：第十六页，本课件共有25页六、实验注意事项 1.整个实验过程中，应保持等位计整个实验过程中，应保持等位计AB液面间的空气排净。液面间的空气排净。2.抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾过剧。抽气的速度要合适，必须防止等位计内的液体沸腾过剧。3.因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温槽的温度波动为因为蒸气压和温度有关，在测定过程中应控制恒温槽的温度波动为 0.1 。4.实验过程中需防止实验过程中需防止U型管内的液体回流入型管内的液体回流入A球内，带入空气，影响球内，带入空气，影响实验结果。实验结果。第十七页，本课件

16、共有25页七、思考题1 1所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有效数字。所测量仪器的精确度是多少？估计最后气化热的有效数字。2 2如何获得较准确的实验结果？如何获得较准确的实验结果？3 3克克劳劳修修斯斯克克拉拉佩佩龙龙关关系系式式在在什什么么条条件件下下才才能能应应用用？为为什什么么本本实实验验测测得得的的只只是是平均气化热？平均气化热？4.4.如何判断如何判断AB液面间的空气已排净？液面间的空气已排净？第十八页，本课件共有25页八、附录1 真空泵真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程度，常以真空是指压力小于一个大气压的气态空间。真空状态下气体的稀薄程度，常以压强

17、值表示，习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间具有不同的分子压强值表示，习惯上称作真空度。不同的真空状态，意味着该空间具有不同的分子密度。密度。在现行的国际单位制（在现行的国际单位制（SISI）中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯卡中，真空度的单位与压强的单位均为帕斯卡（PascaPasca），），简称帕，符号为简称帕，符号为PaPa。在物理化学实验中，通常按真空度的获得和测量方法的不同，将真空区域划分为在物理化学实验中，通常按真空度的获得和测量方法的不同，将真空区域划分为:粗真空粗真空(101325(101325PaPa1333Pa);1333Pa);低真空低真空(1333(1333

18、PaPa0.1333Pa);0.1333Pa);高真空高真空(0.1333(0.1333PaPa1.333101.33310-6-6Pa)Pa)；超高真空超高真空(1.33310(1.33310-6-6Pa)Pa)。为了获得真空，就必须设法将气体为了获得真空，就必须设法将气体分子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体，使气体压力降低的装置，均可称为真空分子从容器中抽出。凡是能从容器中抽出气体，使气体压力降低的装置，均可称为真空泵。泵。如水流泵、机械真空泵、油泵、扩散泵、吸附泵、钛泵等等。如水流泵、机械真空泵、油泵、扩散泵、吸附泵、钛泵等等。第十九页，本课件共有25页图图2 2 旋片式真空泵旋片式

19、真空泵1.1.进气嘴进气嘴;2.;2.旋片弹簧旋片弹簧;3.;3.旋片旋片;4.4.转子转子;5.;5.泵体泵体;6.;6.油箱油箱;7.7.真空泵油真空泵油;8-;8-排气嘴。排气嘴。它主要由泵体和偏心转子组成。它主要由泵体和偏心转子组成。经经过过精精密密加加工工的的偏偏心心转转子子下下面面安安装装有有带带弹弹簧簧的的滑滑片片，由由电电动动机机带带动动，偏偏心心转转子子紧紧贴贴泵泵腔腔壁壁旋旋转转。滑滑片片靠靠弹弹簧簧的的压压力力也也紧紧贴贴泵泵腔腔壁壁。滑滑片片在在泵泵腔腔中中连连续续运运转转，使使泵泵腔腔被被滑滑片片分分成成的的两两个个不不同同的的容容积积呈呈周周期期性性的的扩扩大大和和

20、缩缩小小。气气体体从从进进气气嘴嘴进进入入，被被压压缩缩后后经经过过排排气气阀阀排排出出泵泵体体外。如此循环往复，将系统内的压力减小。外。如此循环往复，将系统内的压力减小。实验室常用的真空泵为旋片式真空泵实验室常用的真空泵为旋片式真空泵第二十页，本课件共有25页旋片式机械泵的整个机件浸在真空油中，这种油的蒸气压很低，既可起润滑作旋片式机械泵的整个机件浸在真空油中，这种油的蒸气压很低，既可起润滑作用，又可起封闭微小的漏气和冷却机件的作用。用，又可起封闭微小的漏气和冷却机件的作用。在使用机械泵时应注意以下几点在使用机械泵时应注意以下几点:1.1.机械泵不能直接抽含可凝性气体的蒸气、挥发性液体等。因

21、为这些气体机械泵不能直接抽含可凝性气体的蒸气、挥发性液体等。因为这些气体进入泵后会破坏泵油的品质，降低了油在泵内的密封和润滑作用，甚至会导致进入泵后会破坏泵油的品质，降低了油在泵内的密封和润滑作用，甚至会导致泵的机件生锈。因而必须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。泵的机件生锈。因而必须在可凝气体进泵前先通过纯化装置。例如，用无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收水分例如，用无水氯化钙、五氧化二磷、分子筛等吸收水分;用石蜡吸收有用石蜡吸收有机蒸气机蒸气;用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等。用活性炭或硅胶吸收其它蒸气等。第二十一页，本课件共有25页2.2.机械泵不能用来抽含腐蚀性成分的气体。如含氯化氢、氯气

22、、二氧化氮等的气体。机械泵不能用来抽含腐蚀性成分的气体。如含氯化氢、氯气、二氧化氮等的气体。因这类气体能迅速侵蚀泵中精密加工的机件表面，使泵漏气，不能达到所要求的真空度。因这类气体能迅速侵蚀泵中精密加工的机件表面，使泵漏气，不能达到所要求的真空度。遇到这种情况时，应当使气体在进泵前先通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶，以除去有害气遇到这种情况时，应当使气体在进泵前先通过装有氢氧化钠固体的吸收瓶，以除去有害气体。体。3.3.机械泵由电动机带动。使用时应注意电动机的电压。若是三相电动机带机械泵由电动机带动。使用时应注意电动机的电压。若是三相电动机带动的泵，第一次使用时特别要注意三相电动机旋转方向是否正确

23、。正常运转时不动的泵，第一次使用时特别要注意三相电动机旋转方向是否正确。正常运转时不应有摩擦、金属碰击等异声。运转时电动机温度不能超过应有摩擦、金属碰击等异声。运转时电动机温度不能超过50 50 60 60 。4.4.机械泵的进气口前应安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽空机械泵的进气口前应安装一个三通活塞。停止抽气时应使机械泵与抽空系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。这样既可保持系统的真空度，又避免系统隔开而与大气相通，然后再关闭电源。这样既可保持系统的真空度，又避免泵油倒吸。泵油倒吸。第二十二页，本课件共有25页八、附录2 数字式压力计 数数字字式式压压力力计计是是运运用用压压阻阻

24、式式压压力力传传感感器器原原理理测测定定实实验验系系统统与与大大气气压压之之间间压压差差的的仪仪器器。它它可可取取代代传传统统的的U U型型水水银银压压力力计计，无无汞汞污污染染现现象象，对对环环境境保保护护和和人人类类健健康康有有极极大大的的好好处处。该该仪仪器器的的测测压压接接口口在在仪仪器器后后的的面面板板上上。使使用用时时，先先将将仪仪器器按按要要求求连连接接在在实实验验系系统统上上（注注意意实实验验系系统统不不能能漏漏气气），再再打打开开电电源源预预热热1010min;min;然然后后选选择择测测量量单单位位，调调节节旋旋钮钮，使使数数字字显显示示为为零零;最最后后开开动动真真空空泵

25、泵，仪仪器器上上显显示示的的数数字即为实验系统与大气压之间的压差值。字即为实验系统与大气压之间的压差值。第二十三页，本课件共有25页压力有不同的单位，它们之间的换算关系见附录。压力有不同的单位，它们之间的换算关系见附录。压力测量中还有绝对压力、表压和真空度的术语。压力测量中还有绝对压力、表压和真空度的术语。在压力高于大气压的时在压力高于大气压的时:绝对压绝对压=大气压大气压+表压表压 或或 表压表压=绝对压绝对压-大气压大气压在压力低于大气压的时候在压力低于大气压的时候:绝对压绝对压=大气压大气压-真空度真空度 或或 真空度真空度=大气压大气压-绝对压绝对压第二十四页，本课件共有25页12/9/2022感感谢谢大大家家观观看看第二十五页，本课件共有25页