液体饱和蒸汽压的测定实验条件初探

肖文敏，郑玉敏，赵千惠，赵 波，杨 静

（1.赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000；2.内蒙古光电功能材料重点实验室，内蒙古 赤峰 024000）

在密闭条件中，在一定温度下，与液体处于相平衡的蒸气所具有的压强称为饱和蒸气压[1-4].同一物质在不同温度下有不同的饱和蒸气压，并随着温度的升高而增大.纯溶剂的饱和蒸气压大于溶液的饱和蒸气压.液体饱和蒸汽压可用于计算空气中的相对湿度，也是测定摩尔汽化热所必须测定的数据[5].同时也是化学相关专业本科生在物理化学实验中必做的一个重要实验[3].液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种[4]：动态法，在不同外部压力下测定液体的沸点；饱和气流法，在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压；静态法测定液体饱和蒸气压，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体.静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种[6].本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，根据近几年学生液体饱和蒸汽压的测定实验的实验数据研究发现，误差都相对较大.本文通过对不同样品，不同温度，不同抽气时间的测定，预期寻找出误差来源，以其对液体饱和蒸汽压的测定实验的理论及实验教学有所帮助.

1 实验原理[3-4]

通常温度下(距离临界温度较远时)，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.蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔汽化热.

液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关.当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变.当外压为101.325kPa时，液体的沸点称为该液体的正常沸点.

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：

式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；ΔvapHm为在温度T时纯液体的摩尔气化热.

假定ΔvapHm与温度无关，或因温度范围较小，ΔvapHm可以近似作为常数，积分上式，得：

其中C为积分常数.由此式可以看出，以lnp对1/T作图，应为一直线，直线的斜率为由斜率可求算液体的ΔvapHm.

2 实验部分

2.1 实验仪器及药品

饱和蒸气压测量装置教学试验仪1套（包括恒温水槽1台、等压计1支、数字压力计1台）真空泵1台及附件

精密温度温差测量仪（JTD-2A）1台

乙醇（AR）环己烷（AR）异丙醇（AR）甲醇（AR）

2.2 实验装置图

图1 液体饱和蒸气压测定装置图

2.3 实验步骤

2.3.1 安装仪器 取下平衡管8，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.

2.3.2 抽真空、系统检漏 将进气阀2打开，阀1关闭.抽气减压至压力计显示压差为-80KPa时关闭进气阀和阀2，如压力计示数能在3-5min内维持不变，则系统不漏气.

2.3.3 打开饱和蒸气压测定教学试验仪电源开关，预热5min后，调量纲旋钮至“kpa”档.使饱和蒸气压测定教学试验仪通大气，再按下“清零”键.

2.3.4 关闭大气阀，打开减压阀，设定温度25℃，进行加热.当发现气泡成串冒出时，乙醇开始沸腾，关闭减压阀，沸腾一会后，缓慢开启大气阀（增压阀），直至等压计U型管两端液面平齐，迅速关闭增压阀，记录此时饱和蒸汽压教学以上的压差值△p.

2.3.5 调节恒温水浴槽的温度，每次升温5℃，待系统恒温后，液体将再次沸腾；在缓慢开启增压阀，缓缓放入空气，直至等压计U型管俩端液面平齐.迅速关闭旋塞，记录此时饱和蒸气压教学试验仪上的压差值△p.

2.3.6 重复4中的操作，直至温度上升至50℃，则停止加热.

2.3.7 实验结束后，打开减压阀和增压阀，关闭教学实验仪，恒温水浴槽的开关，将系统排空，然后关闭真空泵，切断电源.

所有实验均在室温为22℃，压力94.45kpa下完成.

3 结果与讨论

3.1 不同样品对饱和蒸汽压测定实验的影响

图2为乙醇，甲醇，异丙醇及环己烷四个样品的lnp—1/T线性拟合图，并给出了四个样品的拟合公式.表1列出了线性拟合的参数包括截距，斜率，相关系数R，通过截距和斜率，利用克劳修斯-克拉贝龙方程式计算了各个样品的摩尔汽化热ΔH汽化热及沸点T沸点.分析相关系数R在0.990～0.996之间，说明我们做的线性拟合较好，处理数据的精度较高.

图2 乙醇，甲醇，异丙醇及环己烷的lnp—1/T线性拟合图

表1 四种样品的线性拟合参数截距，斜率，相关系数 R，ΔvapHm(KJ/mol)，T 沸点(℃)，T 理论值(℃)，相对误差

分析表1的数据可知，四个样品乙醇的相对误差为2.5%，甲醇的相对误差为1.0%，异丙醇的相对误差为4.6%，环己烷的相对误差为17.4%，分析这四个样品的相对误差，甲醇最小，其次为乙醇，再其次为异丙醇，最大的为环己烷.因此在实验室中，甲醇是做饱和蒸汽压实验的最佳样品，其次为乙醇，因为甲醇的毒性要高于乙醇，在实验室普遍选取乙醇作为样品.

3.2 不同温度对饱和蒸汽压测定实验的影响

表2 不同温度下测定乙醇的饱和蒸汽压

2为分别在 25，35，40，50℃温度下测定的乙醇液体的饱和蒸汽压，我们通过将其与理论值比较可知，在25℃时的饱和蒸汽压最接近理论值，随着温度越来越高，和理论值的偏差越来越大，因此，对于液体饱和蒸汽压测定实验来说，基础温度从低温开始做，实验结果较好.

3.3 不同抽气时间对饱和蒸汽压测定实验的影响

本文考察了在25℃时，不同抽气时间对液体饱和蒸汽压测定实验的影响，测定方法为：先测定不同抽气时间的饱和蒸汽压p，求出其lnp值，在图1乙醇的拟合曲线图中找到lnp对应的1/T值，求出其倒数就得出不同抽气时间的蒸汽压下的温度值.再与25℃相比较，就可得出最佳抽气时间.数据列于下表3.

表3 不同抽气时间乙醇的饱和蒸汽压及沸点

分析表3 数据可知，抽气时间为1，2，3，4，5min时的沸点分别为 35.3，24.6，34.2，33.2，32.8℃，抽气为2min中的时候沸点最接近于25℃，其余时间误差都较大，因此，液体饱和蒸汽压测定实验的最佳抽气时间为2min.

4 结论

本文通过静态法考察了不同样品，不同实验温度，不同抽气时间对饱和蒸汽压的测定实验的影响，得出如下结论：

(1)四个样品乙醇的相对误差为2.5%，甲醇的相对误差为1.0%，异丙醇的相对误差为4.6%，环己烷的相对误差为17.4%.这四个样品的相对误差，甲醇最小，其次为乙醇，再其次为异丙醇，最大的为环己烷.因此在实验室中，甲醇是做饱和蒸汽压实验的最佳样品.

(2)25，35，40，50℃温度下测定的乙醇液体的饱和蒸汽压，与理论值比较可知，在25℃时的饱和蒸汽压最接近理论值.

(3)测定不同抽气时间发现，液体饱和蒸汽压测定实验的最佳抽气时间为2min.

〔1〕林敬东，闫石，韩国彬，廖代伟.液体饱和蒸汽压测定实验的改进[J].实验室研究与探索，2012,31(3)：19～20.

〔2〕黄燕梅，余在华，周锡波.液体饱和蒸气压测定实验装置的改进[J].实验科学与技术，2007，5(4)：145～147.

〔3〕南京大学，等.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社,2014.21-24.

〔4〕复旦大学，等.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社,1993.35-38.

〔5〕韩学孟.一种实用的水饱和蒸汽压拟合方程[J].山西农业大学学报，1996，16(3)：278-280.

〔6〕陈燕芹,等.升温法与降温法测定纯液体饱和蒸汽压的对比[J].山东化工，2013,42(9)：135-138.