15、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,测定环已烷和萘丸质量时,精密度要求是否相同?为什么?
答:不同,因为在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,环已烷的用量远远大于萘丸,如果要达到相同的相对误差,测定环已烷质量的精密度要远远的小于萘丸。因此在测定环已烷的质量时,使用移液管量取体积再乘以密度;在测定萘丸质量时,精密度要求高,因此用电子天平测量。
16、用凝固点降低法测定摩尔质量在选择溶剂时应考虑哪些因素?
答:首先溶质能在此溶液很好的溶解,不出现解离,缔和,溶剂化和形成配合物等现象,另外此溶剂的凝固点温度不宜太高或太低,应很容易达到。
17、为什么纯溶剂和稀溶液的的凝固曲线不同?
答:由相率可知,在一定外压下,纯溶剂在凝固点时的条件自由度为零,在冷却曲线上可得到温度不变的水平线段。而溶液在凝固点时的条件自由度为1,其凝固点随溶液浓度的改变而改变,因此在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段。
在纯溶剂的冷却曲线中,曲线中的低下部分表示发生了过冷现象,即溶剂冷至凝固点以下仍无固相析出,这是由于开始结晶出的微小晶粒的饱和蒸气压大于同温度下普通晶体的饱和蒸气压,所以往往产生过冷现象,即液体的温度要降低到凝固点以下才能析出固体,随后温度再上升到凝固点。
溶液的冷却情况与此不同,当溶液冷却到凝固点时,开始析出固态纯溶剂,随着溶剂的析出,溶液浓度逐渐增大,溶液的凝固点不断下降,在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段。因此,在测定浓度一定的溶液的凝固点时,析出的固体越少,测得的凝固点才越准确。同时过冷程度应尽量减小,一般可采用在开始结晶时,加入少量溶剂的微小晶体作为晶种的方法,以促使晶体生成,溶液的凝固点应从冷却曲线上待温度回升后外推而得。
18、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,寒剂温度的温度应控制在什么范围?为什么?
答:寒剂的温度以不低于所测溶液凝固点3℃为宜,实验时寒剂应经常搅拌并间断地补充少量碎冰,使寒剂温度基本保持不变。寒剂温度对控制过冷程度影响很大,从而影响实验结果,寒剂温度的温度过高会导致冷却太慢,过低则测不出正确的凝固点。
19、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为什么实验所用的内套管必须洁净、干燥?
答:因为的内套管是用来装纯溶剂环己烷的,如果内套管不是洁净干净的,那么测得的就不是纯溶剂的凝固点,而是参有杂质的溶液的凝固点,会导致测得的凝固点不准确。
20、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,搅拌速度的控制是做好本实验的关键,在实验过程中怎样控制搅拌速度?
答:本实验规定了搅拌方式:将冷冻管插入冰水浴中,缓慢搅拌,使之逐渐冷却,并观察温度计温度,当环己烷液的温度降至高于近似凝固点的0.5℃时,迅速取出冷冻管,擦去水后插入空气套管中,并缓慢搅拌(每秒1次),使环己烷温度均匀地逐渐降低。当温度低于近似凝固点0.2-0.3℃时应急速搅拌(防止过冷超过0.5℃),促使固体析出。当固体析出时,温度开始回升,立即改为缓慢搅拌,一直到温度达到最高点,此时记下的温度即为纯溶剂的精确凝固点。每次测定应按要求的速率搅拌,并且测溶剂与溶液凝固点的时候搅拌条件要完全一致。
实验七十四 纯液体饱和蒸气压的测量
1、简述由纯液体饱和蒸气压的测量求该液体平均摩尔汽化热的基本原理。
答:在通常温度下,纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压,简称为蒸气压。液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:
dlnp?vapHm?dTRT2
(1)
11
假定ΔvapHm与温度无关或温度范围较小,ΔvapHm可以近似作为常数,积分上式,得:
lnp???vapHm1??c (2) RT在一定温度范围内,测定不同温度下的饱和蒸气压,以lnp对1/T作图,应为一直线,直线的斜率为??vapHm由斜率可求算液体的平均摩尔汽化热ΔvapHm。
2. 在纯液体饱和蒸汽压测定实验中,测定装置中安置缓冲储气罐起什么作用?
答:控制减压速度,防止空气倒灌。
3. 在纯液体饱和蒸汽压测定实验中,平衡管的U形管中的液体起什么作用?冷凝管又起什么作用?
/R,
答:平衡管的U形管中的液体起密封液体隔绝空气,同时判断平衡,即测量纯液体蒸汽压的作用;冷凝管冷却环己烷蒸汽。
4. 在纯液体饱和蒸汽压测定中,如何检查体系是否漏气?能否在热水浴中检查体系是否漏气?
答:关闭储气气罐的平衡阀l,打开进气阀和平衡阀2,开动真空泵,当测压仪的示数为-50-60kPa时,关闭进气阀,观察测压仪读数,若读数不变,则系统不漏气;若真空度下降,则系统漏气,要查清漏气原因并排除之。
不能在热水浴中检查体系是否漏气,因为随着温度升高,体系内的压力增大,也会导致真空度下降。
5. 说明纯液体饱和蒸气压、沸腾温度、正常沸点和摩尔汽化热的含义。
答:在一定温度下,与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力,称为该温度下的饱和蒸气压。这里的平衡状态指的是动态平衡。在某一温度下,被测液体处于密闭真空容器中,液体分子从表面逃逸成蒸气,同时蒸气分子因碰撞而凝结成液相,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。蒸发一摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热 。蒸气压等于外界压力时,液体便沸腾,此时的温度称为沸点,当外压为p?(101.325kPa)时,液体的沸点称为该液体的正常沸点。
6. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,怎样根据数字式压力表的读数确定系统的压力?
答:系统的压力=室温下的大气压+数字是压力表的读数(为负数)
7. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,何时读取数字式压力表的读数?所得读数是否就是该纯液体的饱和蒸汽压?
答:当B、C两管中的液面平齐时,就读取数字是压力表的读数;不是,液体的饱和蒸汽压=室温下的大气压+数字是压力表的读数(为负数)
8. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,测定沸点的过程中,若出现空气倒灌,则会产生什么结果?
答:测定沸点的过程中,若出现空气倒灌, B,C两管液面平齐时,液体的饱和蒸汽压+空气压=室温下的大气压,使得所测沸点偏低。
9. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,测量过程中,如何判断平衡管内的空气已赶尽?
答:在系统不进空气的情况下,重复测定室温下纯液体的饱和蒸汽压三次,若连续三组实验在室温大气压下所得的沸点在误差范围内,则表明空气已排尽。
10. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中应注意些什么?
答:(1)减压系统不能漏气,否则抽气时达不到本实验要求的真空度。(2)必须充分排除净AB弯管空间中全部空气,使AB管液面上空只含液体的蒸气分子。(3)AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下,否则其温度与
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水浴温度不同。(4)测定中,当B、C两管中的液面平齐时,读数要迅速,读毕应立即打开活塞9抽气减压或加热,防止空气倒灌。若发生倒灌现象,必须重新排除净AB弯管内之空气。(5)注意在停止抽气时,应先把真空泵与大气相通,打开平衡阀l通大气后方可关闭真空泵,否则可能使真空泵中的油倒灌入系统。
11. 若用纯液体饱和蒸气压测量装置测量易燃液体的饱和蒸汽压,加热时应注意什么?
答:不能用明火直接加热
12. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,为什么ac弯管中的空气要排除净,怎样操作,怎样防止空气倒灌?
答:本实验采用静态法(降温法)测定环己烷在不同温度下的饱和蒸气压。平衡管由A球和U型管B、C组成,如图74-1所示。平衡管上接一冷凝管 ,以橡皮管与缓冲储气罐(缓冲储气罐与数字压力计)相连。A内装待测液体,当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气,而B管与C管的液面处于同一水平时,则表示B管液面上的蒸气压(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时,体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的大气压减去数字式气压计的气压值,即为该温度下液体的饱和蒸气压。
可见本实验测量沸点的依据是当A球的液面上纯粹是待测液体的蒸气,而B管与C管的液面处于同一水平时,则表示B管液面上的蒸气压(即A球液面上的蒸气压)与加在C管液面上的外压相等。此时,体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。测定沸点的过程中,若ac弯管中的空气没有排除净,当B,C两管液面平齐时,液体的饱和蒸汽压+空气压=室温下的大气压,使得所测沸点偏低。
操作:转动平衡阀l使系统与大气相通。开动搅拌器,并将水浴加热。随着温度逐渐上升,平衡管中有气泡逸出。继续加热至正常沸点之上大约3℃左右。保持此温度数分钟,以便将平衡管中的空气赶净。系统空气被赶净后,停止加热。让温度缓慢下降,C管中的气泡将逐渐减少直至消失。C管液面开始上升而B管液面下降,严密注视两管液面,一旦两液面处于同一水平时,记下此时的温度。在系统不进空气的情况下,重复三次,若三组实验在室温大气压下所得的沸点在误差范围内,则表明空气已排尽。
当B、C两管中的液面平齐时,读数要迅速,读毕应立即缓缓打开进气阀2抽气减压或加热,可防止空气倒灌。
13. 在纯液体饱和蒸气压测量实验中,如果平衡管B、C内空气未被驱除干净,对实验结果有何影响?
答:如果平衡管B、C内空气未被驱除干净,测定沸点的过程中, B,C两管液面平齐时,液体的饱和蒸汽压+空气压=室温下的大气压,使得所测沸点偏低。
内压-大气压=所测压力=饱和蒸汽压+空气压力,而一定温度下饱和蒸汽压一定。则所测内压增大。你计算出来的饱和蒸汽压就比真实的大。
14. 克-克方程式在什么条件下适用?
答:克-克方程式适用于纯物质两相平衡,其中一相是气相,且可看成理想气体。
15. 用纯液体饱和蒸气压测量装置,可以很方便地研究各种液体,如苯、二氯乙烯、四氯化碳、水、正丙醇、异丙醇、丙酮和乙醇等,这些液体中很多是易燃的,在加热时应该注意什么问题?
答:不能用明火加热
16. 能否用纯液体饱和蒸气压测量装置测定溶液的蒸气压,为什么?
答: 不可以,因为在纯液体的饱和蒸气压仅随温度的改变而改变,温度一定其饱和蒸气压为定值,在一定外压下沸点为定值。如果是溶液,其饱和蒸气压随温度和组成的改变而改变,在一定外压下,其沸点会随溶液组成的改变而改变,其没有确定的沸点,而是一段沸程。
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17. 液体饱和蒸汽压的测定实验中为什么要测定不同温度下样品的饱和蒸汽压?
答:纯液体的蒸汽压是随温度变化而改变的,温度升高,蒸汽压增大;温度降低时,则蒸汽压减小。液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示:
dlnp?vapHm?dTRT2 (1)
假定ΔvapHm与温度无关或温度范围较小,ΔvapHm可以近似作为常数,积分上式,得:
lnp???vapHm1??c (2) RT在一定温度范围内,测定不同温度下的饱和蒸气压,以lnp对1/T作图,应为一直线,直线的斜率为
??vapHm/R,由斜率可求算液体的平均摩尔汽化热ΔvapHm。
18. 你所用的每个测量仪器的精确度是多少? 估计最后所得到的汽化热应有几位有效数字?
答:精密温度计0.01℃,U型压差计0.01mm。最后所得到的汽化热应有4位有效数字。
19. 若要测量当天大气压下纯液体的沸腾温度,该如何操作?
答:转动平衡阀l使系统与大气相通。开动搅拌器,并将水浴加热。随着温度逐渐上升,平衡管中有气泡逸出。继续加热至正常沸点之上大约3℃左右。保持此温度数分钟,以便将平衡管中的空气赶净。系统空气被赶净后,停止加热。让温度缓慢下降,C管中的气泡将逐渐减少直至消失。C管液面开始上升而B管液面下降,严密注视两管液面,一旦两液面处于同一水平时,记下此时的温度。在系统不进空气的情况下,重复三次,若三组实验在室温大气压下所得的沸点在误差范围内,此温度即为当天大气压下纯液体的沸腾温度。
20. 纯液体饱和蒸汽压的测定实验中产生误差的原因有哪些?
答:测定过程中空气倒灌,判断B、C两液面处于同一水平时的人为误差,压力计读数不迅速而产生误差等。
实验七十五 双液系的气-液平衡相图
1. 简述由实验绘制环己烷-乙醇气-液平衡T-x相图的基本原理。
答:通过测定不同沸点下组分的气、液相的折射率,在标准的工作曲线上找出该折射率对应的浓度,结合其沸点画出平衡相图。
2. 在双液系的气-液平衡相图实验中,作环己烷-乙醇的标准折光率-组成曲线的目的是什么?
答:作标准曲线的目的是通过测气、液相相得折射率从而在标准工作曲线上找出对应的浓度。
3. 用精馏的方法是否可把乙醇和环己烷混合液完全分离,为什么?
答:不能完全分离。因为环己烷-乙醇二组分具有最低恒沸点。
4. 测定纯环己烷和纯乙醇的沸点时,沸点仪中有水或其它物质行吗?
答:有水和其他物质都是不行的。因为有水和其他物质会使所测沸点改变。
5. 为什么工业上常生产95%酒精?只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精?
答:因为水-乙醇二组分具有最低恒沸点,所以工业上常生产95%的酒精。用精馏的方法无法获得无水酒精,只能获得95%的酒精。
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6. 在双液系的气-液平衡相图实验中,如何判断气-液相达平衡状态?
答:观察贝克曼温度计的读数,如果读数稳定3-5分钟,说明已达平衡状态。
7. 在双液系的气-液平衡相图实验中,每次加入沸点仪中的环己烷或乙醇是否应按记录表所规定的体积精确计量?为什么?
答:不需要按记录表的加。因为组分的浓度不是按所加物质的量计算得来的,而是通过测折射率间接得到的。
8. 在双液系的气-液平衡相图实验中,在测定沸点时,溶液出现分馏现象,将使绘出的相图图形发生什么变化?
答:出现馏分将使测得的沸点偏高,使相图向上移动。
9. 在双液系的气-液平衡相图实验中,蒸馏器中收集气相冷凝的小球大小对结果有何影响?
答:小球太小难以收集气相,小球太大,小球内的组分更新太慢,产生馏分,导致实验误差。
10. 在双液系的气-液平衡相图实验中,通过测定什么参数来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成?
答:通过测定组分的折射率来测定双液系气-液平衡时气相和液相的组成。
11. 在双液系的气-液平衡相图中,如何通过测定溶液的折光率来求得溶液的组成?
答:通过测得的折射率在标准曲线上找出对应的浓度,根据气、液相平衡浓度与测得的沸点作出平衡相图。
12. 什么是恒沸点?双液系相图中包含了哪些区域、哪些线和哪些重要的点?各部分的自由度为多少?
答:恒沸点是体系在T-X图上存在的极值,此点的气液两相组成相同,此点的温度就称为该体系恒沸点,此点代表的组成即为该恒沸混合物的组成。
双液系相图中包含包含液相区、气相区、气-液平衡相区;液相线,气相线;纯乙醇的沸点、纯环己烷的沸点、最低恒沸点。
液相区和气相区的条件自由度均为2,气-液平衡相区的条件自由度为1,纯乙醇的沸点、纯环己烷的沸点、最低恒沸点的条件自由度均为0。
13. 在双液系的气-液平衡相图实验中,为何要多次将小球中的液体倾倒回烧瓶中?
答:使小球内收集的液体为平衡时蒸汽的冷凝液,这样才能代表平衡时气相的组成。
14. 在双液系的气-液平衡相图实验中,如果将沸点仪过度倾斜使小球中凝聚液体太多,会对测定产生什么影响?
答:过度倾斜可能使小球内的液体更新太慢,出现馏分,造成实验误差。
15. 在双液系的气-液平衡相图实验中,主要误差来源是什么?
答:给双液系加热而产生的液相的组成并不固定,而且加热的时间长短并不固定,因此使测定的折射率产生误差;温度计的位置并不固定,测得的温度有差异;测量过程中取液后停留的时间不一样,气体的挥发程度不一样,导致的测量误差;还有不同的人观测时分辨颜色的程度不一样,同一个人在不同的环境下读的值也不一样,导致的读数误差。。
16. 用阿贝折光率仪测定液体折光率时要经过哪几步调节?测定时无法调出明暗界面,可能的原因是什么?
答:将待测液均匀的滴到工作镜面上后,首先调节调节手轮使视野中出现明暗交界,然后调节目镜,使交叉线最为清晰,接着调节色散校准手轮使明暗交界线的色差尽量小,最后调节调节手轮使明暗交界线对准交叉点,调好后就可以按“read”键读数了。
测定时无法调出明暗界面,可能的原因是液体样品已挥发了。
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