純液體飽和蒸氣壓的測定

一、實驗目的

1. 明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液兩相平衡的概念，深入了解純液體飽和蒸氣壓和溫度的關系——克勞修斯-克拉貝龍方程式。

(資料圖)

2. 用等壓計測定不同溫度下環己烷（或正己烷）的飽和蒸氣壓，初步掌握真空實驗技術。

3. 學會用圖解法求被測液體在實驗溫度范圍內的平均摩爾氣化熱與正常沸點。

二、實驗原理

飽和蒸汽壓是指一定溫度下與純液體相平衡時的蒸汽壓力。它是物質的特性參數。純液體的蒸汽壓是隨溫度變化而改變的，溫度升高，蒸汽壓增大；溫度降低時，則蒸汽壓減小。當蒸汽壓與外界壓力相等時，液體便沸騰，外壓不同時，液體的沸點也不同，通常把外壓為101325Pa時沸騰溫度定義為液體的正常沸點。

液體飽和蒸汽壓與溫度的關系可用克勞修斯-克拉珀龍方程式表示：

由式可知，在一定外壓時，測定不同溫度下的飽和蒸汽壓，以作圖，可得一直線，由直線的斜率可求得實驗溫度范圍內液體的平均摩爾汽化熱。當外壓為101325Pa、液體的蒸汽壓與外壓相等時，可從圖中求得其正常沸點。

飽和蒸汽壓的測定方法有兩類：

1. 動態法：其中常用的有飽和氣流法，即通過一定體積的己被待測液體所飽和的氣流，用某物質完全吸收，然后稱量吸收物質增加的質量，求出蒸汽的分壓力。???

2. 靜態法：把待測物質放在一封閉系統中，在不同溫度下直接測量蒸汽壓，或在不同外壓下測液體的沸點。

本實驗采用靜態法，通過測定在不同外壓下液體的沸點，得到其蒸汽壓與溫度間的關系。實驗采用壓力平衡管測定蒸汽壓（圖4.1），其原理：平衡管由三個相連的玻璃管a、b和c組成，a管中儲存液體，b和c管中液體在底部相通。當a和c管上部純粹是待測液體的蒸汽，b和c管的液體在同一水平時，則加在b管液面上的壓力與加在c管液面上的蒸汽壓相等，該壓力可由數字式真空壓力計進行測定，此時液體溫度即系統的氣液平衡溫度。

圖4.1 ?平衡管示意圖

三、儀器與藥品

DP-AF 飽和蒸氣壓實驗裝置（南京桑力電子設備廠）1套（包括真空泵、緩沖儲氣罐、數字真空計、平衡管和冷凝器等），恒溫水槽1套，電吹風機，溫度計（分度值0.10C及10C）各1支

正己烷（分析純）、環己烷（分析純）或無水乙醇（分析純），氯化鈉，，無水氯化鈣，5A分子篩

圖?4.2 純液體飽和蒸氣壓測定裝置示意圖

儀器裝置如圖4.2所示，各部分部件功能如下：

（一）DP－AF精密數字壓力計

DP-AF精密數字壓力計是低真空檢測儀表，適用于負壓的測量，可以代替U型水銀壓力計，消除其汞毒的缺點。精密數字壓力計采用CPU對壓力數據進行非線性補償和零位自動校正，可以在較寬的環境溫度范圍內保證準確度。

1、技術指標

①?測量范圍: 0～-100.0Kpa；②?分辨率: 四位半：0.01 Kpa; 三位半：0.1 Kpa；③?體積: 210×240×85mm3；④?重量: 1.5Kg

2、使用條件

①?電源:AC220V±10%，50Hz；②?環境溫度: -10～50℃；③?相對濕度: ≤85%RH；④?壓力傳遞介質:除氟化物氣體外的各種氣體介質均可使用。

3、前面板示意圖

①?單位鍵：選擇所需要的計量單位???????

②?采零鍵：扣除儀表的零壓力值(即零點漂移)

③?復位鍵：程序有誤時重新啟動CPU ?

④?數據顯示屏：顯示被測壓力數據?

⑤?指示燈：顯示不同計量單位的信號燈?

“單位”鍵：當接通電源，初始狀態為Kpa指示燈亮，顯示以Kpa為計量單位的零壓力值；按一下“單位”鍵，mmHg指示燈亮，LED顯示以mmHg為計量單位的壓力值。

4、后面板示意圖

①?電源插座：與～220V相接???

②?電腦串行口：與電腦主機后面板的RS232C串行口連接（可選配）

③?壓力接口：被測壓力的引入接口

④?壓力調整：被測壓力滿量程調整

⑤?保險絲：0.2A

（二）緩沖儲氣罐

全部采用不銹鋼制造，設計新穎，外形美觀，防腐性、氣密性好。安裝簡便，使用安全、可靠。

1、技術條件

壓力罐的使用壓力：-100Kpa～250 Kpa；②?系統氣密性：≤0.1 Kpa/10s

2、緩沖儲氣罐的使用方法

（1）安裝

用耐壓橡膠管將真空泵氣嘴與緩沖罐壓力調節口接嘴相連接，端口1用堵頭塞緊，端口2與數字壓力表連接。打開數字壓力表，閥門1、2、3全部打開（三閥均為順時針旋轉關閉，逆時針旋轉開啟），按數字壓力表“采零”鍵使讀數顯示為“0.00kPa”。

（2）整體氣密性檢查

將閥2、3打開，閥1關閉。在真空系統的冷阱中放入冰鹽浴，啟動真空泵，緩慢關閉放空活塞，抽真空至壓力為-100 kPa左右，關閉閥門3。緩慢開啟放空活塞后，關閉真空泵。觀察數字壓力計，若顯示數值無上升（小于0.01kPa/秒），說明整體氣密性良好。否則需查找并清除漏氣原因，直至合格。

（3）“微調部分”的氣密性檢查

關閉閥門2，用閥門1調整“微調部分”的壓力，使之高于步驟（2）中壓力的1／2。關閉閥門1，觀察數字壓力計，其顯示值無變化，說明氣密性良好。若顯示值有上升說明閥1泄漏，若下降說明閥2泄漏。

3、與被測系統連接進行測試

用橡膠管將緩沖儲氣罐端口1與被測系統連接，端口2與數字壓力計連接。關閉閥1，開啟閥門2，抽真空使“微調部分”與罐內壓力相等。之后，關閉閥門2，緩慢開啟閥門1，泄壓至高于氣罐壓力。關閉閥1，觀察數字壓力計，顯示值變化≤0.01Kpa/4S，即為合格。檢漏完畢，開啟閥1使微調部分泄壓至零。

（三）玻璃恒溫水浴

參見“實驗一?恒溫水浴的組裝及其性能測試”。

四、實驗步驟

注意：真空泵開啟后，再緩慢關閉放空閥。未開啟放空閥前，不得關閉真空泵，否則可能導致真空泵油倒灌，使整個系統報廢。

1、系統檢漏：將平衡管取下洗凈，烘干。上端磨口涂抹真空脂后連接到系統上，冷阱中放置冷卻劑（冰鹽混合物）。按第三部分所述方法進行測試，檢查系統的氣密性，并熟悉真空系統的操作規則。

2、向平衡管中裝入待測液體，方法如下：先將平衡管取下，然后烤烘（可用煤氣燈或電吹風機）a管，趕走管內空氣，速將液體自b管的管口灌入，冷卻a管，液體即被吸入。反復二、三次，使液體灌至a管高度的三分之二和U型等位計的大部分為宜，然后接在裝置上。

3、抽空：接通冷卻水，設定玻璃恒溫水浴溫度為25℃，打開攪拌器開關。當水浴溫度達到25℃時，將真空泵接到壓力調節口接嘴上。數字壓力計采零，在實驗室的標準壓力計上讀取大氣壓數值。關閉閥門1，打開閥門2。按操作規程開啟真空泵，打開閥門3使體系中的空氣被抽出。隨著系統的壓力降低，a、c管間封閉的氣體被連續鼓泡通過b管抽出，注意控制閥門3的開啟程度，以保持1~2秒一個氣泡的鼓泡速率，直至a管中的液體沸騰約3-5分鐘（一般觀察不到液體內部的沸騰狀態，以連續鼓泡為準）。關閉閥門2，等待液體鼓泡停止。真空泵繼續運行3分鐘后，關閉閥門3，按操作規程關閉真空泵。

4、測定：觀察b、c管的液面，一般是b管的液面高于c管的液面，此時緩緩打開閥門1，漏入空氣，當U型等位計中b、c管兩臂的液面平齊時關閉閥門1；若等位計液柱又發生變化，可緩慢打開閥1或閥門2重新調節使液面平齊。當閥門1、2均處于關閉狀態且液柱不再變化時，記下恒溫槽溫度和壓力計上的壓力值。若液柱始終變化，說明空氣未被抽干凈，應重復上述操作步驟，直至液柱不再變化為止。

5、將恒溫水浴溫度升高5度，升溫過程中樣品會重新沸騰，為控制過度沸騰導致的樣品流失和污染真空系統，可根據實際情況微微開啟閥門1壓制，使不產生氣泡。達到設定溫度后，關閉閥門1，恒溫5分鐘，按步驟4的方法調節，測定新溫度下的樣品蒸氣壓。按上述方法依次測定25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃時樣品的蒸氣壓。

注！測定過程中如不慎使空氣倒灌入試液球a，則需重新抽真空后方能繼續測定。

5、實驗結束后，依次慢慢打開閥門1和閥門2，使壓力計恢復零位。關閉冷卻水、恒溫水浴和數字壓力計，拔去所有的電源插頭。將平衡管中樣品全部倒出回收，平衡管清洗烘干備用。

五、數據記錄與處理

1. 自行設計實驗數據記錄表，正確記錄全套原始數據并可填入演算結果

2. 以蒸氣壓p*對溫度T作圖

4. 由p*-T曲線均勻讀取10個點，列出相應的數據表，然后繪出lnp*對1/T的直線圖，由直線斜率計算出被測液體在實驗溫度區間的平均摩爾氣化熱。

5. 由曲線求得樣品的正常沸點，并與文獻值比較。