物理化学实验教材电子版(5)

2018-11-18 21:31

的水银断开。

调节烧杯中水温至所需的测量温度。设要求欲测温度为t ℃时,使水银面位于刻度“3”附近,则使烧杯中水温t′= t +(5-3)+R(R为H点到A点这一段毛细管所相当的温度,一般约为2℃。见图(2-4)。将贝克曼温度计,插入温度为t′的盛水烧杯中,待平衡后取出(离实验台稍远些),右手握住贝克曼温度计的中部,左手沿温度计的轴向轻轻敲击右手腕部位,振动温度计,使水银在A点处断开,这样就使温度计置于温度t′的系统中时,毛细管中的水银面位于A点处,而当系统温度为t时,水银面将位于3℃附近。

贝克曼温度计较贵重,下端水银球尺寸较大,玻璃壁很薄,极易损坏,所以一般应放置温度计盒中,或者安装在使用仪器架上,或者握在手中。不应任意放置。在使毛细管内水银与槽内水银断开的操作中,敲击手背时勿用力过猛,使用时不要与任何物体相碰,避免重击。温度计调节好后,不能再将其倒置,或用手掌握水银球等以防毛细管中水银进入贮槽导致调节失效。

20 20

图2-4 贝克曼温度计

A.毛细管末端 B.水银球 C.毛细管 R水银贮槽 H.刻度尺

实验二 液体饱和蒸汽压的测定

———静态法

一、实验目的及要求

1. 用静态法测定环己烷在不同温度下的饱和蒸汽压,了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。

2. 明确液体饱和蒸汽压的定义,了解纯液体饱和蒸汽压与温度的关系。克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。

3. 学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。

4. 初步掌握低真空实验技术

二、 实验原理

在一定的温度下,真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡,即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。液体的饱和蒸汽压与温度有关:温度升高,分子运动加速,因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加,蒸汽压升高。

蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙—克劳修斯方程式来表示:

dlnp?Hm? dTRT2式中P为液体在温度T时的饱和蒸汽压(Pa),T为热力学温度(K),△-1

Hm为液体摩尔气化热(J·mol),R为气体常数。如果温度变化的范围不大,△Hm可视为常数,将上式积分可得:

lg?HmP=-+C ?2.303RTPP1对作图,可得一直线,P?T式中C为积分常数,此数与压力P的单位有关。由上式可见,若在一定温度范围内,测定不同温度下的饱和蒸汽压,以lg

直线的斜率为-

?Hm,而由斜率可求出实验温度范围内液体的平均摩尔气

2.303R21

21

化热△Hm。(或者lgP?A?B,直线的斜率(B)与环己烷的摩尔气化热的T?gH关系由克劳修斯——克拉贝龙方程式给出为:B??lm)

2.303R当液体的蒸汽压与外界压力相等时,液体便沸腾,外压不同,液体的沸点也不同,我们把液体的蒸汽压等于101.325KPa时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。从图中也可求得该液体的正常沸点。

本次实验采用静态法测定环己烷的饱和蒸汽压的:该方法是把待测物质放在一个封闭体系中,在不同的温度下直接测量蒸汽压,它要求体系内无杂质气体。此法适用于易挥发液体饱和蒸汽压的测量和固体加热分解平衡压力的测量,准确性较高。

通常是用平衡管(又称等位计,等压计)进行测定的。平衡管平衡管由 A 球和 U 形管 B、C 连接而成(如图1所示),待测物质置于球管内,U形管中放置被测液体,将平衡管和抽气系统、压力计连接,在一定温度下,当U形管中的B、C液面在同一水平时,表明U形管两臂液面上方的压力相等,记下此时的温度和压力,则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压,或者说,所测温度就是该压力下的沸

点。可见,利用平衡管可以获

得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽,U形管中的液体起液封和平衡指示作用。

本实验的具体实验装置见图2。

三 、仪器与药品

SYP型玻璃恒温水浴 SWQ-IA智能数字恒温控制器 缓冲储气罐 2XZ-1型旋片真空泵及附件

1套 平衡管(带冷凝管) 1支 1台 DP-A精密数字压力计 1台 1台 环己烷(A.R) 1套

22 22

四、实验步骤

图2实验装置图

1. 连冷凝管的平衡管2. 搅拌器;3. 温度计;4冷阱

5. 数字压力计6. 缓冲储气罐

7.接真空泵(G为抽气活塞;H为放空活塞)

1. 装样

将平衡管(又称等位计、等压计)内装入适量待测液体环己烷。A球管约2/3体积,U形管两边B,C各1/2体积,然后按图装好各部分。如图2所示。(各个接头处用短而厚的橡皮管连接,然后再用石蜡密封好,此步骤实验室已装好)。 2.压力计采零

关闭缓冲罐的活塞G,打开活塞H,此时DP-A精密数字压力计所测压力即为当前大气压,按下压力计面板上的采零键,显示值将为00.00数值(大气压被视为零值看待)。 2. 系统气密性检查

开动真空泵,关闭活塞H,缓慢打开活塞G使系统与真空泵连通,抽气减压至压力计显示至-600mmHg时,关闭活塞G,使系统与真空泵、大气皆不相通。观察压力计的示数,如果压力计的示数能在3~5min内维持不变,或显示数字下降值<7mmHg/秒,则表明系统不漏气,否则应逐段检查,消除漏气原因。

3. 排除球管上方空间内的空气

调节水浴温度为40℃,开启搅拌器匀速搅拌,其目的是使等压计内外温度平衡,抽气减压气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜,不能成串成串地冲出至液体轻微沸腾(如果有此现象应当如何处理?),此时AB弯管

23

23

内的空气不断随蒸汽经C管逸出,如此沸腾3~5min,可认为空气被排除干净。

4. 饱和蒸汽压的测定

当空气被排除干净,且体系温度恒定后,旋转活塞H缓缓放入空气,直至B、C管中液面平齐,关闭活塞H,记录温度与压力。然后,将恒温槽温度升高5℃,当待测液体再次沸腾,体系温度恒定后,放入空气使B、C管液面再次平齐,记录温度和压力。依次测定,共测7个值。升高温度间隔为3~5K。

5.测大气压下的沸点

当体系完全与大气相通时(压力计读数为0 mmHg),记录B、C管中液面平齐时水浴温度,即为实验测定的环己烷的正常沸点。

6.实验完毕后,关闭所有电源,将体系放入空气,整理好仪器装置,但不要拆装置。

五、注意事项

1、抽气速度要适中,避免平衡管内液体沸腾过剧致使 U 形管内的液体被抽尽。

2、测定中,打开进空气活塞时,切不可太快,以免空气倒灌入 AB 弯管的空间中。如果发生倒灌,则必须重新排除空气。

3.等压计A球液面上空气必须排除干净,因为若混有空气,则测定结果便是环己烷与空气混合气体的总压力而不是环己烷的饱和蒸汽压。

2.要防止被测液体过热,以免对测定饱和蒸汽压带来影响,因此不要加热太快,以免液体蒸发太快而来不及冷凝,冲到冷凝观上端T型管处。 3.另外,也可以沿温度降低方向测定。温度降低,环己烷饱和蒸汽压减小。为了防止空气倒灌,必须在测定过程中始终开启真空泵以使系统减压。降温的方法可用在烧杯中加冷水的方法来达到。其它操作与上面相同。 4、本实验方法不能用于测定溶液的蒸汽压,因为静态法它要求体系内无杂质气体。

六、数据记录与处理

大气压力:实验开始读数 KPa 实验结束读数 KPa 平均值 KPa

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