“液體飽和蒸氣壓測定”實驗探討

余建國 徐 夢 安會琴 王 兵 高云天

（天津工業大學，天津 300387）

《物理化學》作為一門理論和實驗相結合的課程，其實驗課程既能驗證已有的理論，也能不斷推動物理化學理論向前發展。同時，通過《物理化學實驗》課程的學習，加深了學生對物理化學理論的認識，強化了學生對相關理論的實踐運用。所以，《物理化學實驗》對學生深刻理解、并熟練掌握物理化學理論至關重要。下面以“液體飽和蒸氣壓測定”實驗為例，具體闡述““液體飽和蒸氣壓測定”實驗”教學中應注意的事項。

“液體飽和蒸氣壓測定”實驗驗證了克勞修斯-克拉佩龍方程，如方程（1）所示，方程中p為可逆相變的飽和蒸氣壓，T為可逆相變的沸騰溫度，mvapH? （一定溫度范圍為常數）為液體蒸發的摩爾相變焓。通過測得各溫度下的飽和蒸汽壓，以lnp對1/T作圖，得一直線，再用直線的斜率可求得該液體的摩爾蒸發焓。

下面分別從綠色安全、測定及操作方法、數據處理等角度來具體闡述。

1 綠色化

該實驗可以用來研究各種純液體，比如：苯、甲苯、四氯化碳、水、乙醇、丙酮等。眾所周知，苯有較高的毒性，是一種常見的致癌物質，如用苯作為待測液體，對儀器裝置、環境、測定人員的熟練程度要求很高，由于該實驗需要用真空泵抽氣減小壓強，抽出來的氣體需要回收處理，同時要保證儀器的氣密性完好，在大型的公共實驗室，很難做到。從實驗綠色化得角度，一般也不選擇毒性低一些的甲苯、四氯化碳和丙酮。多數會選擇水或乙醇作為該實驗的待測液體，由于該實驗中多數又以水浴來恒定溫度，如果水作為待測液體，高于85℃的溫度較難恒溫，因而選擇乙醇作為待測液體是常見的選擇。

2 靜態法和動態法

所謂靜態法指的是在恒定溫度下測定其飽和蒸氣壓，即等壓計法；動態法是在恒壓下測定其沸點溫度，即沸點計法。選擇哪種方法取決于測定的液體、壓強范圍及儀器裝置。而面向大量本科生的基礎實驗，首先受限于實驗裝置，比如U型等壓計裝置適合靜態法，通過恒定溫度來測定壓強。對于該實驗，本校在10年前是采用動態法測定四氯化碳的沸點溫度，實驗過程中存在諸多不安全的因素，一是該裝置氣密性差，四氯化碳蒸汽難免泄漏到空氣中；二是升溫過程容易產生過熱現象，進而產生爆沸現象；三是損壞的水銀溫度計中之水銀掉落在實驗室內，后期極難處理。之后實驗室引入了U型等壓計裝置，采用靜態法測定乙醇的飽和蒸氣壓，優點是綠色環保、試劑用量少、安全性高，但也存在調節液面高度相平時主觀性大，裝置還存在進一步優化的空間。

3 靜態法測定乙醇飽和蒸氣壓的操作的問題

3.1 抽氣前準備

1）檢查U型管中乙醇的量，適宜的量為U型管1/2體積充滿乙醇，乙醇量太少或太多，均不利于后期調平U型管液面；

2）“壓差計”調零。取下球形冷凝管上方的磨口塞，使壓差計與大氣連通，把“壓差計”的單位切換到“kPa”，然后按壓“壓差計”的調零按鈕，使壓差計的讀數為“0”，儀器調零完成。把磨口塞涂上凡士林并塞緊。

3.2 氣密性

由于實驗過程中，裝置處于低壓狀態，因而裝置的氣密性十分重要。實驗中要抓住可能漏氣的關鍵節點。

1）玻璃裝置的接口處，檢查凡士林是否涂抹均勻；

2）檢查硅膠管是否漏氣；

3）檢查緩沖儲氣罐三個閥門是否漏氣；

4）抽氣檢查氣密性，通過真空泵抽氣至壓差計的讀數約為-90 kPa（注意：抽氣時需打開冷凝水），關閉緩沖儲氣罐上的抽氣閥門。約30s后，觀察壓差計的讀數，如果壓差計讀數不變，表明裝置氣密性好；如壓差計讀數輕微變化，可能是溫度的變化，也可能是輕微的漏氣，一般而言，輕微漏氣并不會對后續的實驗操作產生影響，所以可以忽略；如讀數變化較快，需對上述（1）～（3）分別進行檢查，判斷出具體漏氣點，找出解決的辦法。

4 重視作圖

學會用Origin處理數據，并注意圖像的美觀，如圖1所示。圖1a中未標記出X和Y軸所代表的參數，其標尺不協調，字體太小而不清晰，擬合的關鍵參數也未標出，表明圖1a所示擬合圖像并不規范；圖1b所示擬合曲線線條、文字清晰，整體協調美觀。因而在教學中應引導學生不僅要作圖，還要把圖片做得好看。

圖1 “測定飽和蒸氣壓”實驗數據擬合曲線

隨著社會和科技的高速發展，物理化學實驗教學也要與時俱進，不斷探索、改進、創新實驗內容及方法，培養基礎理論扎實的新時代人才。