纯液体饱和蒸汽压测量方法的改进概要.docx

纯液体饱和蒸汽压测量方法的改进概要.docx

《纯液体饱和蒸汽压测量方法的改进概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纯液体饱和蒸汽压测量方法的改进概要.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

纯液体饱和蒸汽压测量方法的改进概要

毕业论文（设计）

题目：

纯液体饱和蒸气压测量方法的

改进

学号：

0713*******

姓名：

方菲

教学院：

化学与化学工程学院

专业班级：

2008级应用化学本科班

指导教师：

陈燕芹

完成时间：

2012年5月15日

毕节学院教务处制

目录

纯液体饱和蒸气压测量方法的改进.......................................1

摘要.................................................................1

Abstract.............................................................1

1绪论...............................................................2

1.1研究背景.......................................................2

1.2研究现状.......................................................2

2实验部分...........................................................3

2.1实验仪器及试剂.................................................3

2.1实验仪器及试剂.................................................3

2.2实验步骤.......................................................4

3实验数据...........................................................4

3.1数据记录.......................................................4

3.1.1升温法数据记录...............................................4

3.1.2降温法数据记录...............................................6

3.2.1升温法的P-T曲线和㏑P-1/T曲线...............................7

3.2.2降温法的P-T曲线和㏑P-1/T曲线..............................10

4数据分析..........................................................13

4.1升温法数据分析................................................13

4.2降温法数据分析................................................13

5结果与讨论........................................................14

参考文献............................................................15

致谢................................................................16

纯液体饱和蒸气压测量方法的改进

摘要

本实验采用静态法，分别用静态升温发和静态降温法测定不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压。

根据实验结果对克劳修斯—克拉贝龙方程进行了验证，并由此方程计算出无水乙醇的平均摩尔汽化热。

对两种方法所得到的结果进行比较，看哪种方法的误差更小，更合理。

根据对两种方法的反复试验，将得到的数据进行处理，可得静态降温法所测得的无水乙醇的摩尔汽化热的相对误差更小。

更接近文献值。

关键词：

静态法饱和蒸气压摩尔汽化热无水乙醇克劳修斯—克拉贝龙方程

Abstract

Thisexperimentusesastaticmethod,respectively,usingstaticLWenFaandstaticcoolingmethodforthedeterminationofdifferenttemperatureofthesaturatedvaporpressureofanhydrousethanol.Basedontheexperimentalresults,ClausiusClarkeBeiLongequationwasverified,andtheequationstocomputetheaveragemolarheatofvaporizationofethanol.Ontheresultsoftwomethodsarecompared,toseewhatkindofmethoderrorissmaller,morereasonable.Accordingtothetwokindsofmethodsofrepeatedtrials,thedataobtainedareprocessed,canbemeasuredbythestaticcoolingmethodofanhydrousethanolmolarheatofvaporizationofthesmallerrelativeerror.Closetoliteraturevalues.

Keywords:

StaticmethodSaturatedvaporpressureMolarheatofvaporizationAnhydrousethanolClausiusClarkeBeiLongequation

1.绪论

1.1研究背景

纯液体饱和蒸气压是物质的重要热力学参数之一，是重要的化工基础数据。

它不仅在化学、化工领域，而且在无线电、电子、冶金、医药、环境工程乃至航天航空领域也同样具有重要作用。

同时，测定纯液体饱和蒸气压也是一般本科院校普遍开设的基础物理化学实验。

让学生加深对“气—液”平衡和“克劳修斯—克拉贝龙”方程等的理解具有重要作用。

纯液体饱和蒸气压的测定实验也是我校开设的一个物理化学之一。

老师们都是采用静态法，即将被测物质放在一个密闭的体系中，在不同的温度下直接测量其饱和蒸气压，在不同外压下测量相应的沸点。

在实验时，有的老师采用静态升温法，有的老师采用静态降温法，但两种方法得到的实验结果相差很大。

在有限的课时安排下，老师不可能让学生同时用两种方法分别进行实验。

所以，哪种方法所得的误差更小，数据更合理，能让学生更容易地掌握该实验的理论知识和基本技能，这正是研究该课题的意义所在。

1.2研究的现状

纯液体饱和蒸气压的测定实验是一个热力学基础实验。

针对实验过程中装样复杂、平衡管容易产生倒吸、数据处理比较复杂等因素，对于该实验的改革有人也做了一些研究。

例如：

周蔚，段和平，李森兰等对实验内容的改进，采用环己烷代替有毒的苯或四氯化碳作为待测液；实验装置的改进，用挂壁式数字气压计代替福廷式气压计，用数字式压力计代替U型水银压力计；温度测量装置的改进，改为恒温水浴装置；用计算机处理数据代替手工制图；同时对等压计也做了改进。

但是根据我校的实际情况，学校仪器设备的经费投入还相当有限的情况下，对实验方法的改进十分重要。

随着科学的不断发展，对实验结果的要求也越来越高。

在有限的实验环境下，就必须采用不同的方法进行实验，综合分析实验数据，选出合适的实验方法。

这样才能使实验误差降到最小，从而达到较理想的实验效果。

2实验部分

2.1实验原理

在一定温度下，与纯液体处于平衡时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。

这里指的平衡时动态平衡。

在某温度下，被测液体处于密闭的真空容器里，液体分子从表面逃逸成蒸气，同时蒸气分子碰撞而凝接成液相，当两者的速率相同时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。

纯液体的蒸气压是随温度的变化而变化的，它们之间的关系可以用克劳修斯—克拉贝龙（Clausius—Clapeyron）方程来表示：

d㏑｛p*／[p]｝／dT﹦△vapHm/RT2

（1）

式中p*为纯液体在温度T时的饱和蒸气压；T为热力学温度；△vapHm为液体的摩尔汽化热；R为摩尔气体常数。

如果温度的变化范围不大，△vapHm视为常数，当做平均摩尔汽化热。

将上式积分得：

㏑｛p*/[p]｝=-△vapHm/RT+C

（2）

由

（2）式可知，在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以㏑｛p*/[p]｝对1/T作图可以得到一条直线。

由该直线的斜率求得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热△vapHm。

2.2实验仪器及试剂

HK-ID恒温水槽；DPCY-ZC型饱和蒸气压教学实验仪；真空稳压包WYB-1型；无水乙醇（AR）

2.3实验步骤

本试验采用静态降温法和静态升温发测定不同温度下液体扥饱和蒸气压，具体的操作步骤如下：

1.升温法：

如图1所示组装好实验装置。

在等压计中注入一定量的无水乙醇，让等压计与冷凝器磨口接牢并固定，使系统与真空泵及大气相通。

通电预热数字压力计10min，待数字压力计读数稳定后，将其置零。

打开真空泵电源开关，使真空泵正常运转4-5min后，隔绝系统与大气的通路，抽气减压至系统负压为53KPa时，检查系统的气密性，若系统不漏气则将恒温槽温度调至比室温高2-3摄氏度，开启冷凝水，继续抽气减压至液体轻微沸腾，沸腾数分钟后，认为空气被排尽，隔绝系统与真空泵的通路。

当恒温槽达到第一个测定温度时，缓缓放入空气进入系统，直至等压计a和b两管液面相平为止，记下此时的压力差值。

从气压计上读出大气压值即可计算此温度下无水乙醇的饱和蒸气压值。

然后，依照此方法，每隔5摄氏度测定一次压差，直至测到70摄氏度为止。

实验结束后，先通大气，再与抽气泵相通，然后切断电源，最后关闭冷凝水，使系统复原。

2.降温法：

同升温发一样，先将无水乙醇装入等压计中，检查系统是否漏气，然后排尽空气后，将恒温槽温度加热至70摄氏度时停止加热，缓缓放入空气进入系统，当等压计a和b两管液面相平时，记下此时的压力差值，依照此方法测到30摄氏度为止。

实验结束后，处理方法和升温法一样。

图1实验装置示意图

3实验数据

3.1数据记录

3.1.1升温法

测得的数据如下（表1-表5）：

表1无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

4.9

5.1

平均值

5.0

大气压p/Kpa

85.55

85.55

平均值

85.55

表2不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

40

312.98

0.00320

-68.36

17.19

2.84

2

45

318.06

0.00314

-63.19

22.36

3.11

3

50

323.05

0.00310

-57.17

28.38

3.35

4

55

327.98

0.00305

-49.62

35.93

3.58

5

60

333.06

0.00300

-40.38

45.17

3.81

6

65

337.89

0.00296

-29.59

55.96

4.02

7

70

342.81

0.00292

-17.80

67.75

4.22

表3无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

5.1

5.1

平均值

5.1

大气压p/Kpa

85.51

85.55

平均值

85.53

表4不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

40

312.99

0.00319

-68.03

17.50

2.86

2

45

317.97

0.00314

-63.63

21.90

3.09

3

50

323.01

0.00310

-57.52

28.01

3.33

4

55

328.00

0.00305

-50.26

35.27

3.56

5

60

332.96

0.00300

-41.23

44.30

3.79

6

65

337.94

0.00296

-30.41

55.12

4.01

7

70

342.96

0.00292

-17.12

68.41

4.22

表5无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

4.8

5.0

平均值

4.9

大气压p/Kpa

85.58

85.52

平均值

85.55

表6不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

40

313.02

0.00319

-68.27

17.28

2.85

2

45

318.01

0.00314

-63.48

22.07

3.10

3

50

322.96

0.00310

-57.51

28.04

3.33

4

55

327.98

0.00305

-50.70

34.85

3.55

5

60

332.94

0.00300

-41.71

43.84

3.78

6

65

338.02

0.00296

-30.59

54.96

4.01

7

70

342.98

0.00292

-17.62

67.93

4.22

3.1.2降温法

测得的数据如下（表7-表12）

表7无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

4.5

4.7

平均值

4.6

大气压p/Kpa

85.50

85.60

平均值

85.55

表8不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

70

342.80

0.00292

-17.40

68.15

4.22

2

65

337.81

0.00296

-30.57

54.98

4.01

3

60

332.91

0.00300

-41.17

44.38

3.80

4

55

327.90

0.00305

-50.84

34.71

3.55

5

50

323.01

0.00310

-57.54

27.43

3.31

6

45

317.96

0.00315

-63.56

22.23

3.10

7

40

313.02

0.00319

-67.32

17.15

2.84

表9无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

5.5

5.5.

平均值

5.5.

大气压p/Kpa

85.57

85.59

平均值

85.58

表10不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

70

343.03

0.00292

-16.14

69.44

4.24

2

65

337.92

0.00296

-28.80

56.78

4.04

3

60

333.03

0.00300

-40.22

45.36

3.81

4

55

327.98

0.00305

-49.31

36.27

3.60

5

50

322.96

0.00310

-56.68

28.90

3.36

6

45

318.06

0.00314

-62.86

22.72

3.12

7

40

313.02

0.00319

-67.70

17.88

2.89

表11无水乙醇饱和蒸气压的原始数据

室温t/℃

5.5

5.5.

平均值

5.5.

大气压p/Kpa

85.58

85.58

平均值

85.58

表12不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压及计算结果

次序

温度/℃

温度T/K

（1/T）/K-1

测压计的示数/Pa

蒸气压P/Pa

㏑｛p*/[p]｝

1

70

342.78

0.00292

-17.40

68.18

4.22

2

65

337.96

0.00296

-29.58

58.00

4.06

3

60

332.94

0.00300

-40.38

45.20

3.81

4

55

327.98

0.00305

-49.44

36.14

3.58

5

50

322.92

0.00310

-57.24

28.34

3.34

6

45

317.96

0.00315

-63.24

22.34

3.11

7

40

313.01

0.00319

-68.19

17.39

2.86

3.2数据处理

3.2.1升温法P-T曲线和㏑P-1/T曲线

由表1可得到：

图2P-T曲线

图3㏑P-1/T曲线

由表2可得到：

图4P-T曲线

图5㏑P-1/T曲线

由表3可得到：

图6P-T曲线

图7㏑P-1/T曲线

3.2.2降温法的P-T曲线和㏑P-1/T曲线

由表4可得：

图8P-T曲线

图9㏑P-1/T曲线

由表5可得：

图10P-T曲线

图11㏑P-1/T曲线

由表6可得：

图12P-T曲线

图13㏑P-1/T曲线

4数据分析

4.1升温法数据

根据表2所得的㏑P-1/T曲线图（如图3所示），从图3可知直线的斜率为-4934.2K,则：

△vapHm（C2H5OH）1=-（-4934.2）×8.3145=41.03（KJ.mol-1）。

与文献值41.50KJ.mol-1相比，相对误差为1.13﹪

同理根据表4和图5可得出△vapHm（C2H5OH）2=-（-5018.8）×8.3145=41.73（△vapHm（KJ.mol-1）相对误差为0.55﹪

根据表6和图7可得出△vapHm（C2H5OH）3=-（-5018.3）×8.3145=41.72（KJ.mol-1）。

相对误差为0.53﹪

4.2降温法数据

根据表8所得的㏑P-1/T曲线图（如图9所示），从图9可知斜率为-4993.8K，则：

△vapHm（C2H5OH）1=-（-4993.8）×8.3145=41.52（KJ.mol-1）。

与文献值41.50KJ.mol-1相比，相对误差为0.048﹪

同理依据表10和图11可得出△vapHm（C2H5OH）2=-（-4987.4）×8.3145=41.47（KJ.mol-1）。

相对误差为0.072﹪

根据表12和图13可得出△vapHm（C2H5OH）3=-（-4995.9）×8.3145=41.54（KJ.mol-1）。

相对误差为0.096﹪

5结果与讨论

上述测试结果表明，当在同样的条件下，使用静态升温发和静态降温法所测得的结果相对误差悬殊很大。

由数据可知，静态降温法所测得的数据更合理。

实验误差更小。

在处理数据的时候，本论文是用excel软件作图，这样就可以克服手工作图时由于坐标选择不当，不能反映实验数据的有效数据及由于主观因素而造成的误差。

所以准确度是很高的。

而且使用excel软件可以使数据处理变得简单，快捷，大大提高了学习的效率。

同时可以提高计算机应用能力。

所以我建议学校在做此实验的时候，数据处理可以教学生利用excel软件作图。

在实验方法上应该选择静态降温法，因为降温法所测得的数据误差更小，更接近文献值。

参考文献

[1]周蔚，段和平，李森兰.纯液体饱和蒸气压测定实验改进[J].洛阳师范学院学报，2005（5）:

118-120.

[2]李森兰，王宝玉.新编物理化学实验[M].西安:

陕西科学技术出版社，2004:

23-26.

[3]复旦大学，等.物理化学实验（第2版）[M].北京:

高等教育出版社，1993:

35-38.

[4]复旦大学.物理化学实验（第三版）[M].北京:

高等教育出版社，2004.

[5]蒋月秀.物理化学实验教学改革研究[J].高教论坛，2005，8（4）：

40-42.

[6]周进康.液体饱和蒸气压测定装置的改进与实验[J].贵州教育学院学报，2002,13

（2）:

58-60.

[7]汪永涛，方芳，吴宗仁.分光光度计与计算机联机[J].分析测试与仪器.1998.134-177.

[8]李德忠，王宏伟，陈泽宪，等.液体饱和蒸气压测定实验的改进[J].大学化学,2003,18

（2）;47-48,52.

[9]姚合宝，董光国，冯忠耀，等.加强实验室建设促进实验教学改革[J].实验研究和探索,2002,21

（2）;36.

[10]印永嘉.大学化学手册[M].济南:

山东科学技术出版社.1985.749

[11]淮阴师范专科学校化学科.物理化学实验（第2版）[M].北京:

高等教育出版社,2004:

23-26.

[12]傅献彩，沈文霞，姚天扬编.物理化学上册.第四版.北京:

高等教育出版社,1990.144.

[13]JohnM怀特著.物理化学实验.钱三鸿，吕颐康译.北京:

人民教育出版社,1981.207.

致谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将完成之际，我的思绪万千，心情久久不能平静。

我要感谢我的导师。

虽然我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。

您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。

授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

同时，我要感谢我的爸爸妈妈，养育之恩，无以回