基础物理化学实验 热力学 实验1液体饱和蒸汽压的测定 1.1实验目的 1.了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系，理解Clausius-.Clapeyron方程的 意义： 2.掌握静态法测定不同温度下乙醇饱和蒸气压的方法，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焓： 3初步掌握真空实验技术、进一步熟悉恒温槽及气压计的使用方法。 1.2实验原理 饱和蒸气压：在真空容器中，液体与其蒸气建立动态平衡时（蒸气分子向液 面凝结和液体分子从表面逃逸的速率相等)液面上的蒸气压力为饱和蒸气压。温 度升高，分子运动加剧，单位时间内从液面逸出的分子数增多，所以蒸气压增大。 饱和蒸气压与温度的关系服从Clausius-Clapeyron方程： dp_△VapH dT TAV 液体蒸发时要吸收热量，温度T下，1ol液体蒸发所吸收的热量为该物质 的摩尔气化焓。沸点：蒸气压等于外压的温度。显然液体沸点随外压而变， 101.325kPa下液体的沸点称正常沸点。 对包括气相的纯物质两相平衡系统，因Vm(g)>Vm),故AVm≈Vm(g)。若气 体视为理想气体，则Clausius-.Clapeyron方程式为： dpp dT RT2 因温度范围小时，△vapH'm可以近似作为常数，将上式积分得： I p=-AHi+C [p]RT 9
9 基础物理化学实验 热力学 实验 1 液体饱和蒸汽压的测定 1.1 实验目的 1.了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系，理解 Clausius-Clapeyron 方程的 意义； 2.掌握静态法测定不同温度下乙醇饱和蒸气压的方法，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焓； 3.初步掌握真空实验技术、进一步熟悉恒温槽及气压计的使用方法。 1.2 实验原理 饱和蒸气压：在真空容器中，液体与其蒸气建立动态平衡时(蒸气分子向液 面凝结和液体分子从表面逃逸的速率相等)液面上的蒸气压力为饱和蒸气压。温 度升高，分子运动加剧，单位时间内从液面逸出的分子数增多，所以蒸气压增大。 饱和蒸气压与温度的关系服从 Clausius- Clapeyron 方程： m Vap m T V H dT dp = 液体蒸发时要吸收热量，温度 T 下，1 mol 液体蒸发所吸收的热量为该物质 的摩尔气化焓。沸点：蒸气压等于外压的温度。显然液体沸点随外压而变， 101.325kPa 下液体的沸点称正常沸点。 对包括气相的纯物质两相平衡系统，因 Vm(g)≫Vm(l)，故△Vm≈Vm(g)。若气 体视为理想气体，则 Clausius- Clapeyron 方程式为： 2 * RT p H dT dp vap m = 因温度范围小时，ΔvapH*m 可以近似作为常数，将上式积分得： C RT H p p vap m + − = [ ] ln
作(p儿p~1VT图，得一直线，斜率为_△，由斜率可求算液体的△apm R 饱和蒸气压测定：有静态、动态、饱和气三种方法。本实验采用静态法，以 等压计在不同温度下测定乙醇的饱和蒸气压。 实验装置见下图： 12 11 11 10 抽气 蒸气压测定装置 1不锈钢真空包；2抽气阀；3.真空包抽气阀；4.进气阀； 5DP-A数字压力表；6玻璃恒温水浴；7.温度计：8.等压 计：9.试样球；10冷凝管；1真空橡皮管：12加样口 被测样装入小球9中，以样品作U型管封闭液。某温度下若小球液面上方仅 有被测物的蒸气，则等压计U型管右支液面上所受到的压力就是其蒸气压。当 该压力与U型管左支液面上的空气的压力相平衡(U型管两臂液面齐平)时，就可 从与等压计相接的压力计测出在此温度下的饱和蒸气压。 1.3仪器试剂 DP-AF数字压力计1台； 不锈钢缓冲储气罐1个： SYP玻璃恒温水浴1台： 真空泵1台： 饱和蒸气压玻璃仪器(U型等位计、冷凝管)1套 橡胶管；电吹风1个；无水乙醇(AR)。 1.4实验步骤 1.装样：从加样口加入23体积的无水乙醇，并在U型管内装入一定体积的 无水乙醇。 2.组装：按图安装仪器。 3.预热：打开数字压力计电源开关，预热5mim。 4.采零：按下“复位”键，调单位至“mmHg”,打开阀门4，按“采零”，使显 0
10 作 ln( p /[ p])～1/T 图，得一直线，斜率为 R Hm * vap − ，由斜率可求算液体的 ΔvapH* m。 饱和蒸气压测定：有静态、动态、饱和气三种方法。本实验采用静态法，以 等压计在不同温度下测定乙醇的饱和蒸气压。 实验装置见下图： 被测样装入小球 9 中，以样品作 U 型管封闭液。某温度下若小球液面上方仅 有被测物的蒸气，则等压计 U 型管右支液面上所受到的压力就是其蒸气压。当 该压力与 U 型管左支液面上的空气的压力相平衡(U 型管两臂液面齐平)时，就可 从与等压计相接的压力计测出在此温度下的饱和蒸气压。 1.3 仪器试剂 DP-AF 数字压力计 1 台； 不锈钢缓冲储气罐 1 个； SYP 玻璃恒温水浴 1 台； 真空泵 1 台； 饱和蒸气压玻璃仪器(U 型等位计、冷凝管) 1 套 橡胶管；电吹风 1 个；无水乙醇(A.R.)。 1.4 实验步骤 1．装样：从加样口加入 2/3 体积的无水乙醇，并在 U 型管内装入一定体积的 无水乙醇。 2．组装：按图安装仪器。 3．预热：打开数字压力计电源开关，预热 5 min。 4．采零：按下“复位”键，调单位至“mmHg”，打开阀门 4，按“采零”，使显
示为0。 5.检漏：关闭进空气口4，打开阀门2,3和真空泵，抽真空，待数字压力 计读数大约400mmHg时，关闭2,3，若数字压力计上的数字基本不变，表明系 统不漏气，可进行下步实验。否则应逐段检查，消除漏气因素。 6.排空气：关闭阀门3，并打开阀门2，抽真空1-2min,缓慢打开阀门3， 使空气呈，气泡状逸出，（当发现气泡成串逸出时，迅速关闭抽气阀门3（若沸腾不 能停止，可缓缓打开进气门4，使少许空气进入系统)，待数字压力计读数大约 700mmHg时，关闭阀门2和阀门3。 7.升温：打开恒温水浴的加热开关，将水温升高至25℃。升温时可看到有 气泡通过U型管逸出。 8.测定：待温度稳定后，缓慢调节阀门3或4，使U型管液面相平瞬间，记 录压力，温度，反复测定三次。计算出所测温度下的饱和蒸气压(p饱和=p大气一P表)， 并与标准数据比较（按附录五计算后，作图），误差控制在5mHg以内。若大于 此误差，重复此步骤。 9.多点测定：分别测定25℃，35℃，40℃，45℃时，重复上述操作，测定 乙醇在不同温度下的蒸气压。 10.实验结束后：打开阀门3、4，关闭气压计、恒温水浴的开关，先将系统 排空，然后关闭真空泵。 1.5注意事项 1.排净等压计小球上面的空气，使液面上空只含液体的蒸气分子（如果数据 偏差在正常误差范围内，可认为空气已排净)。但要注意抽气速度不要过快，以 防止液封溶液被抽干。 2.等压计中有溶液的部分必须放置于恒温水浴中的液面以下，否则所测溶 液温度与水浴温度不同。 3.待等压计左右支管中液面调平时，一定要迅速关闭阀门4，严防空气倒 灌影响实验的进行。 4.在关闭真空泵前一定要先将系统排空，然后关闭真空泵。 11
11 示为 0。 5．检漏：关闭进空气口 4，打开阀门 2，3 和真空泵，抽真空，待数字压力 计读数大约 400 mmHg 时，关闭 2,3，若数字压力计上的数字基本不变，表明系 统不漏气，可进行下步实验。否则应逐段检查，消除漏气因素。 6．排空气：关闭阀门 3，并打开阀门 2，抽真空 1-2 min，缓慢打开阀门 3， 使空气呈,气泡状逸出，（当发现气泡成串逸出时，迅速关闭抽气阀门 3(若沸腾不 能停止，可缓缓打开进气门 4，使少许空气进入系统)，待数字压力计读数大约 700 mmHg 时，关闭阀门 2 和阀门 3。 7．升温：打开恒温水浴的加热开关，将水温升高至 25℃。升温时可看到有 气泡通过 U 型管逸出。 8．测定：待温度稳定后，缓慢调节阀门 3 或 4，使 U 型管液面相平瞬间，记 录压力，温度，反复测定三次。计算出所测温度下的饱和蒸气压(p 饱和＝p 大气－p 表)， 并与标准数据比较(按附录五计算后，作图)，误差控制在 5 mmHg 以内。若大于 此误差，重复此步骤。 9．多点测定：分别测定 25C，35C，40C，45C 时，重复上述操作，测定 乙醇在不同温度下的蒸气压。 10. 实验结束后：打开阀门 3、4，关闭气压计、恒温水浴的开关，先将系统 排空，然后关闭真空泵。 1.5 注意事项 1． 排净等压计小球上面的空气，使液面上空只含液体的蒸气分子(如果数据 偏差在正常误差范围内，可认为空气已排净)。但要注意抽气速度不要过快，以 防止液封溶液被抽干。 2． 等压计中有溶液的部分必须放置于恒温水浴中的液面以下，否则所测溶 液温度与水浴温度不同。 3． 待等压计左右支管中液面调平时，一定要迅速关闭阀门 4，严防空气倒 灌影响实验的进行。 4． 在关闭真空泵前一定要先将系统排空，然后关闭真空泵
1.6数据记录与处理 1.实验数据科学列表。室温仁℃ 大气压p=kPa 乙醇的饱和蒸气压及ln(p/p)和1T数据 编号 温度/℃ 表 压PPa ln(P/[P]) /mmHg 1 2 3 2.以h(pp对l/T作图，得直线，由直线的斜率求出△wap Hm°。 12
12 1.6 数据记录与处理 1.实验数据科学列表。室温 t=℃ 大气压 p= kPa 乙醇的饱和蒸气压及 ln(p/[p])和 1/T 数据 编号 温度/℃ 表 压 /mmHg P/Pa ln(P/[P]) 1 T /K-1 1 2 3 2. 以 ln( p /[ p]) 对 1/T 作图，得直线，由直线的斜率求出 ΔvapHm ө
实验2凝固点降低法测相对分子质量 2.1实验目的 1.测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的分子量。 2.掌握溶液凝固点的测定技术。 3.技能要求：掌握冰点降低测定管、数字温差仪的使用方法，实验数据的作图 处理方法。 2.2实验原理 1.凝固点降低法测分子量的原理 化合物的分子量是一个重要的物理化学参数。用凝固点降低法测定物质的分 子量是一种简单而又比较准确的方法。稀溶液有依数性，凝固点降低是依数性的 一种表现。稀溶液的凝固点降低（对析出物是纯溶剂的体系）与溶液中物质的摩尔 分数的关系式为： △Tf=Tf-Tf=KfmB (1) *式中，T为纯溶剂的凝固点，TF为溶液的凝固点，ms为溶液中溶质B的质量摩尔浓度，K:为溶剂的 质量摩尔凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。 己知某溶剂的凝固点降低常数K,并测得溶液的凝固点降低值△T,若称取一 定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g),配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度B为： me= Wg-×102mokg (2) MW 将(2)式代入(1)式，则： MB= KWg×103gmol (3) △TWA 表1几种溶剂的凝固点降低常数值 溶剂 水 醋酸 苯 环己烷环己醇萘 三溴甲 T:/K 273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95 Kf/(K.kgmol-1) 1.86 3.90 5.12 20 39.36.9 14.4 因此，只要称得一定量的溶质(WB)和溶剂(WA)配成一稀溶液，分别测纯溶 剂和稀溶液的凝固点，求得△T,再查得溶剂的凝固点降低常数，代入(3)式即 可求得溶质的摩尔质量。 6
13 实验 2 凝固点降低法测相对分子质量 2.1 实验目的 1. 测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的分子量。 2. 掌握溶液凝固点的测定技术。 3. 技能要求：掌握冰点降低测定管、数字温差仪的使用方法，实验数据的作图 处理方法。 2.2 实验原理 1. 凝固点降低法测分子量的原理 化合物的分子量是一个重要的物理化学参数。用凝固点降低法测定物质的分 子量是一种简单而又比较准确的方法。稀溶液有依数性，凝固点降低是依数性的 一种表现。稀溶液的凝固点降低(对析出物是纯溶剂的体系)与溶液中物质的摩尔 分数的关系式为： ΔTf = Tf * - Tf = KfmB (1) *式中，Tf *为纯溶剂的凝固点，Tf 为溶液的凝固点，mB为溶液中溶质 B 的质量摩尔浓度，Kf 为溶剂的 质量摩尔凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。 已知某溶剂的凝固点降低常数 Kf,并测得溶液的凝固点降低值 ΔT，若称取一 定量的溶质 WB(g)和溶剂 WA(g)，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度 mB为： 3 B A B B 10 M W W m = mol/kg (2) 将(2)式代入(1)式，则： 3 f A f B B 10 T W K W M = g/mol (3) 表 1 几种溶剂的凝固点降低常数值 溶剂 水 醋酸 苯 环己烷 环己醇 萘 三溴甲 T 烷 * f/K 273.15 289.75 278.65 279.65 297.05 383.5 280.95 Kf/(K·kg·mol-1 ) 1.86 3.90 5.12 20 39.3 6.9 14.4 因此，只要称得一定量的溶质(WB)和溶剂(WA)配成一稀溶液，分别测纯溶 剂和稀溶液的凝固点，求得 ΔTf ，再查得溶剂的凝固点降低常数，代入(3)式即 可求得溶质的摩尔质量