王勤 胡新良
(湖北工程學(xué)院化學(xué)系,湖北 孝感 432100 )
飽和蒸汽壓是液體物質(zhì)的一個重要參數(shù)。測定液體的飽和蒸汽壓是普通本科院?;瘜W(xué)專業(yè)物理化學(xué)實驗必做實驗之一。它能幫助學(xué)生進一步理解氣液平衡,克拉貝龍方程,以及吉布斯相律等概念。液體飽和蒸汽壓的測定多采用的是靜態(tài)法,通過壓力的調(diào)節(jié)進樣,調(diào)節(jié)樣品U型管液面的平衡(如圖1所示),并在平衡時讀出壓力計的大小,即可獲得飽和蒸汽壓。
圖1:普通飽和蒸汽壓的測量裝置圖
這套裝置存在以下缺點:
1.等壓計拐彎太多,而且封閉性太好,導(dǎo)致每次清洗,烘干,裝樣或烘干樣品時,操作非常麻煩,需要花很長時間才能將舊的樣品倒出,新的樣品裝入,使學(xué)生做實驗的預(yù)備過程很繁瑣。
2.在同學(xué)們初做實驗時,由于對整個系統(tǒng)的運作還不夠熟悉,很容易使U型管中的液體倒吸入安全瓶,導(dǎo)致必須重新開始抽氣,如果實驗精度要求高的話就需要重新排凈空氣,這樣一來,就大大增加了實驗的工作量。
3.由于實驗裝置 U型管上方與冷凝管之間的玻璃管也太細,導(dǎo)致操作過程中也很容易破碎,所以需要考慮一下改進這個主裝置。
總之,由于這種傳統(tǒng)裝置的壓力很容易變化,不易操作,U型管的平衡又很不容易調(diào)節(jié),而且很容易發(fā)生倒吸,導(dǎo)致實驗過程操作很困難。我們需要對實驗裝置的易碎性和裝樣方法進行改進。筆者根據(jù)一些經(jīng)驗和一些文獻的啟發(fā),特設(shè)計新的測試裝置如圖2:
新裝置的使用方法:
1 在大燒杯和內(nèi)燒杯中裝入待測液體,用恒溫槽加熱使其達到所需的溫度。
2 此時大燒杯內(nèi)的液體由于熱脹冷縮而體積增大,導(dǎo)致容器4內(nèi)液面下降,容器5內(nèi)液面升高。
3 為了使液面重新恢復(fù)平衡,開始從大燒杯中抽氣,直到兩液面恢復(fù)平衡,讀數(shù),即可得到此時兩個燒杯液面平衡時的壓力大小。
4 由于液體變成飽和蒸汽是一個過程,所以這個過程應(yīng)該是一個類似準靜態(tài)過程的緩慢動態(tài)過程,此過程中抽氣速度和壓力的降低都比較緩慢。
5 每次做完實驗之后,溫度降低,會使系統(tǒng)內(nèi)氣體體積減小,此時打開活塞3,可以讓整個系統(tǒng)的氣壓達到平衡點。
6 但可設(shè)置某一個溫度點,然后調(diào)整系統(tǒng)使之達到平衡,記錄數(shù)據(jù),然后再設(shè)置另一個點,以此類推,即可完成實驗。
該實驗裝置的優(yōu)點是:
1 燒杯4,5都是普通易得的簡單燒杯,只要保證活塞性能完好,由于它們都有缺口,也不可能存在因氣體擠壓而爆裂。(當(dāng)氣溫升高過快時,可以適當(dāng)打開3閥門使部分液體蒸汽排出。
2 溫度計直接插入大燒杯而非恒溫槽,所以測量誤差應(yīng)該很小,如有需要,可以在小燒杯中也安置一個溫度計,使測量更加精確。
3 由于整個過程不可能存在空氣倒灌的現(xiàn)象,即使學(xué)生操作不熟練也不會出現(xiàn)圖 1中實驗裝置混入空氣而不得不將整個實驗重做的情況。
4 在實驗前,可以事先將燒杯5中裝滿待測液體,這樣就免去了排空氣的過程,大大減少了因裝置中有空氣混入而造成的系統(tǒng)誤差,也方便了實驗的操作。
5 由于實驗裝置的簡單易用,可以采用兩組合用一個恒溫槽的方式,大大節(jié)省了實驗開支。
6 新的裝置易于拆卸,清洗,裝樣,且結(jié)構(gòu)簡單,無需特殊工藝制作,可反復(fù)使用。
需要注意的是,此裝置若用于測量有機物的飽和蒸汽壓,兩個燒杯的橡皮塞要選用硫化較為完全的優(yōu)質(zhì)橡皮塞,且未免橡皮塞表面的其他有機物污染待測液體,在組裝前要將橡皮塞用所測液體清洗干凈。
經(jīng)過改進,該實驗裝置的制備比原來簡單,廉價了很多,且不容易引起倒吸,在實驗過程中也不會突然因用力過度而折斷,操作方便,原理清楚,宜于推廣。