液体饱和蒸汽压的测定

液体饱和蒸汽压的测定

The Assembly of the Thermostatic Bath and

Performance test

摘要：沸点、沸腾温度、饱和蒸汽压是液体的重要基本性质。在封闭体系中，液体很快和它的蒸气达到平衡，这时液体的压力称为液体的饱和蒸气压。在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸腾温度，也就可以测得在这一外压下液体的沸点。本实验根据克劳修斯·克拉伯龙方程利用动态法，在不同外部压力下测定了环己烷的沸点，并据此求出了其在实验所测温度范围内的平均摩尔汽化热。

关键词：沸点 饱和蒸汽压 克劳修斯·克拉伯龙方程 摩尔汽化热

Abstract : The boiling point, boiling temperature and saturated vapor pressure are the essential nature of the liquid.In an obdurate system ,liquid will be balanced with its smoke in no time .Now the liquid’s power is called the liquid’s saturation air power. once we measure the boiling temperature in different outside pressure , we will get the boiling point under the outside pressure. According to this theory, we use the dynamic method determine the boiling point of cyclohexane at different external pressure. And then we obtained the average molar heat of vaporization.

Key words: saturated vapour pressure Clapeyron-Clausuis Equation Molar heat of vaporization

前言：

沸点、饱和蒸汽压、平均摩尔汽化热是我们在实验及理论计算中经常用到的必要数据。对其的精确测量意义重大。本实验即致力于准确的测定环己烷的这些参数，方便使用。

在封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。它们的关系可用克拉贝龙～克劳修斯方程表示：

dlnpvapHm

---1 

dTRT2

H：摩尔汽化热(J·mol-1) R：气体常数(8.314J·mol-1·K-1)

若温度改变的区间不大，H可视为为常数(实际上H与温度有关)。积分上式得：

H

lnPA' --- 2

RT

或 logPA

B

--- 3 T

vapHmA'1

常数A，B。 (3)式表明logP与有线性关系。作图可得一直

2.303T2.303R线，斜率为－B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热H。 vapHm2.303RB

当外压为101.325kPa(760mmHg)时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为

液体的正常沸点。在图上，也可以求出液体的正常沸点。 液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：

1

、静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸 2

3

、饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被

本实验利用第二种方法。此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。

实验部分

仪器与试剂：

DTC-2AI 控温仪 1 台 南京南大万和科技有限公司

JJ-1 增力电动搅拌机 1 台 江苏省金坛市环宇科学仪器厂 U 型压力计 1 支 江苏省常州市东风仪表厂 数字温度计 1 支 仪器编号：20029630

WYB-I 型真空稳压包 1 台 南京大学应用物理研究所 6511 型电动搅拌机调整器 1 台 上海标本模型厂

实验装置：

纯液体饱和蒸汽压测定装置图

1-盛水大烧杯;2-温度计(分度值为0.1°);3-搅拌;4-平衡管;5-冷凝管;的缓冲瓶;8-进气活塞;9-抽气活塞;

6-开口U形水银压力计;7-具有保护罩

10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管14-三通活塞

实验内容和步骤：

1、熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。 2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。使A球内有2/3体积的液体。并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。

平衡管中液体的装法有两种：

一是把A管烘烤，赶走空气，迅速在C管中加入液体，冷却A管，把液体吸入。二是将C管中加入液体，将平衡管与一水泵相连接，抽气，并突然与水泵断开，让C管的水流入A管。

3、系统检漏：管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。这样做是为了防止真空泵油倒吸。用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为20—40毫米，关闭活塞9。仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。

4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定：

A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并使其全部浸没在液体中。插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。

B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。

C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C管中逐渐有气泡逸出。本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。这个温度便是实验大气压条件下液体的沸点。

D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。立即记下此时的温度和U形压力计上的读数。此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。

继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度，反复多次，约10个点。温度控制在80C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。

为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。 实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。 六、 实验注意事项：

1、 平衡管A管和B管之间的空气必须赶净。

2、 抽气和放气的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。 3、 读数时应同时读取温度和压差。

4中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。就本实验而言，要保证大真空瓶上的三通活塞处于“状态时才能切断真空泵的电源。

分析与结论：

1.数据记录：实验前温度：19.7℃，大气压：102.40KPa=768.0mmHg 实验后温度：20.0℃，大气压：102.42KPa=768.2mmHg

(可以看出室内温度和大气压在实验前后几乎没有什么变化。在实验中取大气压P=768.1mmHg)

（1）根据表格，按照要求作出P--T曲线如下：

P/mmHg

T/K

由以上三张图可知，随着外界压强的升高，液体沸点也增大，二者呈献出良好的正相关 关系，从图中也可以看出其增长速率在缓慢增加。这是由于当液体的蒸汽压与外压相等时，液体即开始沸腾，此时的温度称为液体的正常沸点。而液体的蒸汽压与其温度正相关，故而呈现出这样的结果。

（2

6.76.66.56.4

lnP/mmHg

6.36.26.16.05.95.8

1/T(1/K)

从图中可以看出，lnP对

1

呈良好的线性关系，证明了克劳修斯·克拉伯龙方程的正确性。T

三幅图的线性关系表达式分别为：

1

+17.6876 （斜率B1为-3903.9755K） T1

2.lnP=-3822.2788 +17.4489 （斜率B2为-3822.2788K)

T1

3.lnP=-3892.1226+17.6471 （斜率B3为-3892.2788K)

T

1.lnP=-3903.9755

根据公式可求得其值分别为：

∆vapHm1 = R|B1| =8.314J · mol-1· K-1×3903.9755K=32.46kJ/mol ∆vapHm2 = R|B2| = 8:314J · mol-1· K-1×3822.2788K=31.79kJ/mol ∆vapHm3= R|B3| =8.314J · mol-1· K-1×3892.2788K=32.36kJ/mol

求平均值可得：∆vapHm =（32.46kJ/mol+31.79kJ/mol+ 32.36kJ/mol）/3=32.20kJ/mol

由前面数据可知实验前后平均大气压为

P0 =(P1+P2)/2=768.1mmHg

当外压为 P0=768.1mmHg 时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸 点. 则根据公式 T =|B|/(A−ln P)

则带入数据可得液体的正常沸点分别为：(lnP0=6.6439) T1=3903.9755/(17.6876-6.6439)=355.94K T2=3822.2788/(17.4489-6.6439)=353.75K T3=3892.2788/(17.6471-6.6439)=353.74K

求其平均值为T=(355.94K+353.75K+353.74K)/3=354.47K

查其理论值为 353.85K，所以相对误差为：（354.47-353.85）/353.85×100%=0.175%

误差分析：

1.Clapeyron-Clausius 方程严格成立有几个条件是气体为理想气体, 液体的体积可忽略不计, 实验对象为纯物质, 体系中气体全为该种液体的饱和蒸汽等; 温度变化不大时,可视为常数。本次实验中这些条件不可能全部满足。也就是说，不满足这些条件势必会带来误差。

2. 在实验过程中， Hg 柱读数和温度读数几乎可以说是不可能精确无误的，一方面两个读数都在变动中（尤其是降温的温度计读数），另一方面Hg柱的液面不是很容易与读数对应。还有，在两液面是否相平难以精确判断，读数也有滞后性。

3. 实验中可能排空气不够充分，使测得的液体饱和蒸汽压减小。

4. 虽然几个人分工合作，但仍难以保证读数的同时性，从而带来结果的偏差。当然，这个误差主要体现在温度上，毕竟水银柱的变化很缓慢。

5. 在每次增大气压差时，U形管中的液体也会流向体系中，偶尔会使气体也进入其中，造成体系中不全是环己烷。

6. 实验所采用的标准沸点为标准大气压下所测得，而本次实验进行中并不在标准大气压下，故而必然会有误差。

实验小结

从实验结果看，lnP--1/T所成的线性关系从而很好的验证了 Clapeyron-Clausius 方程，并且通过对本实验的操作，明确了蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义，极其变化规律，了解并基本掌握了动态法测定蒸气压的基本原理，并且对克劳修斯·克拉波龙方程有了更加深入的理解。实验操作中有很多的地方会对实验结果产生影响，这就要求我们认真按照步骤操作，尽量避免误差的产生，这也锻炼和培养了我们的耐心和认真的意识，同时本实验由三个人合作，也会培养合作精神。

合作者：霍艳坤，王馨博

参考文献：

1 中国科学技术大学物理化学实验讲义

2 傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华. 《物理化学》高等教育出版社 3.崔献英，柯燕雄，单绍纯编，《物理化学实验》中国科学技术大学出版社， 4 吴泳华, 霍剑青, 熊永红. 大学物理实验 第一册 , 高等教育出版社, 2001.

液体饱和蒸汽压的测定

The Assembly of the Thermostatic Bath and

Performance test

摘要：沸点、沸腾温度、饱和蒸汽压是液体的重要基本性质。在封闭体系中，液体很快和它的蒸气达到平衡，这时液体的压力称为液体的饱和蒸气压。在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸腾温度，也就可以测得在这一外压下液体的沸点。本实验根据克劳修斯·克拉伯龙方程利用动态法，在不同外部压力下测定了环己烷的沸点，并据此求出了其在实验所测温度范围内的平均摩尔汽化热。

关键词：沸点 饱和蒸汽压 克劳修斯·克拉伯龙方程 摩尔汽化热

Abstract : The boiling point, boiling temperature and saturated vapor pressure are the essential nature of the liquid.In an obdurate system ,liquid will be balanced with its smoke in no time .Now the liquid’s power is called the liquid’s saturation air power. once we measure the boiling temperature in different outside pressure , we will get the boiling point under the outside pressure. According to this theory, we use the dynamic method determine the boiling point of cyclohexane at different external pressure. And then we obtained the average molar heat of vaporization.

Key words: saturated vapour pressure Clapeyron-Clausuis Equation Molar heat of vaporization

前言：

沸点、饱和蒸汽压、平均摩尔汽化热是我们在实验及理论计算中经常用到的必要数据。对其的精确测量意义重大。本实验即致力于准确的测定环己烷的这些参数，方便使用。

在封闭体系中，液体很快和它的蒸汽达到平衡。这时的蒸汽的压力称为液体的饱和蒸汽压。蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。它们的关系可用克拉贝龙～克劳修斯方程表示：

dlnpvapHm

---1 

dTRT2

H：摩尔汽化热(J·mol-1) R：气体常数(8.314J·mol-1·K-1)

若温度改变的区间不大，H可视为为常数(实际上H与温度有关)。积分上式得：

H

lnPA' --- 2

RT

或 logPA

B

--- 3 T

vapHmA'1

常数A，B。 (3)式表明logP与有线性关系。作图可得一直

2.303T2.303R线，斜率为－B。因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热H。 vapHm2.303RB

当外压为101.325kPa(760mmHg)时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为

液体的正常沸点。在图上，也可以求出液体的正常沸点。 液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：

1

、静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸 2

3

、饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被

本实验利用第二种方法。此法基于在沸点时液体的饱和蒸汽压与外压达到平衡。只要测得在不同外压下的沸点，也就测得在这一温度下的饱和蒸汽压。

实验部分

仪器与试剂：

DTC-2AI 控温仪 1 台 南京南大万和科技有限公司

JJ-1 增力电动搅拌机 1 台 江苏省金坛市环宇科学仪器厂 U 型压力计 1 支 江苏省常州市东风仪表厂 数字温度计 1 支 仪器编号：20029630

WYB-I 型真空稳压包 1 台 南京大学应用物理研究所 6511 型电动搅拌机调整器 1 台 上海标本模型厂

实验装置：

纯液体饱和蒸汽压测定装置图

1-盛水大烧杯;2-温度计(分度值为0.1°);3-搅拌;4-平衡管;5-冷凝管;的缓冲瓶;8-进气活塞;9-抽气活塞;

6-开口U形水银压力计;7-具有保护罩

10-放空活塞;11-安全瓶;12、13-橡皮管14-三通活塞

实验内容和步骤：

1、熟悉实验装置，掌握真空泵的正确使用，了解系统各部分及活塞的作用，读当日大气压。 2、取下平衡管4，洗净、烘干，装入待测液。使A球内有2/3体积的液体。并在B，C管中也加入适量液体，将平衡管接在冷凝管的下端。

平衡管中液体的装法有两种：

一是把A管烘烤，赶走空气，迅速在C管中加入液体，冷却A管，把液体吸入。二是将C管中加入液体，将平衡管与一水泵相连接，抽气，并突然与水泵断开，让C管的水流入A管。

3、系统检漏：管闭活塞8和9，将三通活塞14旋转至与大气相通，关闭活塞10，插上真空泵电源，启动真空泵，将活塞14再转至与安全瓶11相通，抽气5分钟，再将活塞14旋至与大气相通，拔掉真空泵电源，停止抽气。这样做是为了防止真空泵油倒吸。用活塞9调节缓冲瓶的真空度，使U形压力计两臂水银柱高低差为20—40毫米，关闭活塞9。仔细观察压力计两臂的高度，在10分钟内不变化，证明不漏气，可开始做实验。否则应该认真检查各接口，直到不漏气为止。

4、不同温度下液体饱和蒸汽压的测定：

A、将平衡管浸入盛有蒸馏水的大烧杯中，并使其全部浸没在液体中。插上电炉加热，同时开冷却水，开启搅拌马达，使水浴中的水温度均匀。

B、关闭活塞9，使活塞8与大气相通。此时平衡管，压力计，缓冲瓶处于开放状态。将活塞14通大气，插真空泵电源抽气，把活塞14旋转至与安全瓶相通，抽5分钟，再将活塞14通大气。拔下电源，此时安全瓶内为负压，待用。

C、随着水浴中液体的温度的不断升高，A球上面的待测液体的蒸汽压逐渐增加，使C管中逐渐有气泡逸出。本实验所测的液体为纯净的水，所以待测水浴中的水沸腾后仍需继续煮沸5-10分钟，把A球中的空气充分赶净，使待测水上面全部为纯液体的蒸汽。停止加热，让水浴温度在搅拌中缓缓下降，C管中的气泡逐渐减少直至消失，液面开始下降，B管液面开始上升，认真注视两管液面，一旦处于同一水平，立即读取此时的温度。这个温度便是实验大气压条件下液体的沸点。

D、关闭活塞8，用活塞9调节缓冲瓶7中的真空度，从而降低平衡管上端的外压，U形压力计两水银柱相差约40mm左右，这时A管中的待测液又开始沸腾，C管中的液面高于B管的液面，并有气泡很快逸出，随着温度的不断下降，气泡慢慢消失，B管液面慢慢升高，在B、C两管液面相平时，说明A、B之间的蒸汽压与外压相等。立即记下此时的温度和U形压力计上的读数。此时的温度即外压为大气压减去两汞柱差的情况下液体的沸点。

继续用活塞9调节缓冲瓶的压力，体系产生新的沸腾，再次测量蒸汽压与外压平衡时的温度，反复多次，约10个点。温度控制在80C以上，压差计的水银柱相差约400mm左右为止。

为了测量的准确性，可将缓冲瓶放空，重新加热，按上述步骤继续重复测量两次。 实验结束时，再读取大气压，把两次记录的值取平均。 六、 实验注意事项：

1、 平衡管A管和B管之间的空气必须赶净。

2、 抽气和放气的速度不能太快，以免C管中的水被抽掉或B管中的水倒流到A管。 3、 读数时应同时读取温度和压差。

4中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。就本实验而言，要保证大真空瓶上的三通活塞处于“状态时才能切断真空泵的电源。

分析与结论：

1.数据记录：实验前温度：19.7℃，大气压：102.40KPa=768.0mmHg 实验后温度：20.0℃，大气压：102.42KPa=768.2mmHg

(可以看出室内温度和大气压在实验前后几乎没有什么变化。在实验中取大气压P=768.1mmHg)

（1）根据表格，按照要求作出P--T曲线如下：

P/mmHg

T/K

由以上三张图可知，随着外界压强的升高，液体沸点也增大，二者呈献出良好的正相关 关系，从图中也可以看出其增长速率在缓慢增加。这是由于当液体的蒸汽压与外压相等时，液体即开始沸腾，此时的温度称为液体的正常沸点。而液体的蒸汽压与其温度正相关，故而呈现出这样的结果。

（2

6.76.66.56.4

lnP/mmHg

6.36.26.16.05.95.8

1/T(1/K)

从图中可以看出，lnP对

1

呈良好的线性关系，证明了克劳修斯·克拉伯龙方程的正确性。T

三幅图的线性关系表达式分别为：

1

+17.6876 （斜率B1为-3903.9755K） T1

2.lnP=-3822.2788 +17.4489 （斜率B2为-3822.2788K)

T1

3.lnP=-3892.1226+17.6471 （斜率B3为-3892.2788K)

T

1.lnP=-3903.9755

根据公式可求得其值分别为：

∆vapHm1 = R|B1| =8.314J · mol-1· K-1×3903.9755K=32.46kJ/mol ∆vapHm2 = R|B2| = 8:314J · mol-1· K-1×3822.2788K=31.79kJ/mol ∆vapHm3= R|B3| =8.314J · mol-1· K-1×3892.2788K=32.36kJ/mol

求平均值可得：∆vapHm =（32.46kJ/mol+31.79kJ/mol+ 32.36kJ/mol）/3=32.20kJ/mol

由前面数据可知实验前后平均大气压为

P0 =(P1+P2)/2=768.1mmHg

当外压为 P0=768.1mmHg 时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸 点. 则根据公式 T =|B|/(A−ln P)

则带入数据可得液体的正常沸点分别为：(lnP0=6.6439) T1=3903.9755/(17.6876-6.6439)=355.94K T2=3822.2788/(17.4489-6.6439)=353.75K T3=3892.2788/(17.6471-6.6439)=353.74K

求其平均值为T=(355.94K+353.75K+353.74K)/3=354.47K

查其理论值为 353.85K，所以相对误差为：（354.47-353.85）/353.85×100%=0.175%

误差分析：

1.Clapeyron-Clausius 方程严格成立有几个条件是气体为理想气体, 液体的体积可忽略不计, 实验对象为纯物质, 体系中气体全为该种液体的饱和蒸汽等; 温度变化不大时,可视为常数。本次实验中这些条件不可能全部满足。也就是说，不满足这些条件势必会带来误差。

2. 在实验过程中， Hg 柱读数和温度读数几乎可以说是不可能精确无误的，一方面两个读数都在变动中（尤其是降温的温度计读数），另一方面Hg柱的液面不是很容易与读数对应。还有，在两液面是否相平难以精确判断，读数也有滞后性。

3. 实验中可能排空气不够充分，使测得的液体饱和蒸汽压减小。

4. 虽然几个人分工合作，但仍难以保证读数的同时性，从而带来结果的偏差。当然，这个误差主要体现在温度上，毕竟水银柱的变化很缓慢。

5. 在每次增大气压差时，U形管中的液体也会流向体系中，偶尔会使气体也进入其中，造成体系中不全是环己烷。

6. 实验所采用的标准沸点为标准大气压下所测得，而本次实验进行中并不在标准大气压下，故而必然会有误差。

实验小结

从实验结果看，lnP--1/T所成的线性关系从而很好的验证了 Clapeyron-Clausius 方程，并且通过对本实验的操作，明确了蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义，极其变化规律，了解并基本掌握了动态法测定蒸气压的基本原理，并且对克劳修斯·克拉波龙方程有了更加深入的理解。实验操作中有很多的地方会对实验结果产生影响，这就要求我们认真按照步骤操作，尽量避免误差的产生，这也锻炼和培养了我们的耐心和认真的意识，同时本实验由三个人合作，也会培养合作精神。

合作者：霍艳坤，王馨博

参考文献：

1 中国科学技术大学物理化学实验讲义

2 傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华. 《物理化学》高等教育出版社 3.崔献英，柯燕雄，单绍纯编，《物理化学实验》中国科学技术大学出版社， 4 吴泳华, 霍剑青, 熊永红. 大学物理实验 第一册 , 高等教育出版社, 2001.