實驗二 蒸氣密度的測定

49812046 胡凱弦 目的及步驟 49812022 洪維彣 原理及推導 49812010 王鄧安 數據處理

實驗目的

利用 Victor Meyer Method裝置

測定 的固體或液體的蒸氣密度

(1)理想氣體方程式

了解 (2)凡得瓦方程式 的應用

(3)伯舍樂方程式

(1)易揮發性

(2)加熱不易分解

原理推導

利用標準狀態蒸氣密度 (vapor density)推得分子量

m:sample重 (g)

: 蒸氣體積 (ml) 樣品完全汽化後的體積

i. 理想氣體方程式 ( Ideal Gas equation )

標準狀態下 1atm=760mmHg

0 =273.15K℃

而在標準狀態下， 1 mole 的氣體體積為 22.414L

1000414.22 M

TP

VTPPV w

要修正 P ，因為我們要的是蒸氣體積 → ( 飽和水蒸汽壓 )wPP

1000414.22 M

K 11 moleatml ‧‧‧

m 已知，求

( →在密封狀態下 n constant； R=0.082 )

1000414.22 M

TP

VTPPV w

1000414.22

VTPP

TmPM

w

V

nR

T

P

VPP

mRTM

w

nRTRTM

mVPP w

------(1)

將 (2) 、 ( ３ ) 　 代入 ( １ )

P ｡ and T ｡ are const.

即符合理想氣體方程式

------(2)

------(3)

→

( 公式 -６ )

( 公式 -7)

1000414.22

1

R

T

P

理想氣體與真實氣體的比較︰

分子自身體積 分子間引力 高壓，低壓狀況

真實氣體不等於 0 不等於 0 可液化 不等於 1

理想氣體等於 0 等於 0 不可液化 等於 1

nRT

PV

第一個既能用於氣體，又能用於液體，並能顯示氣 - 液相變的方程式

ii. 凡得瓦方程式 ( van der Waals equation )

) ( 122 molebmoleatma

2

32

V

abn

V

annPbnRTPV

n

mM

a 為作用力b 為單位莫耳的體積

P ：觀測所得實際壓力 (atm) V ：蒸氣體積 (l)

n ：試樣莫耳數 T ：觀測溫度 (K)

R ：氣體常數 =0.08206

m ：試樣質量 (g)

a.b：凡得瓦常數

) K ( 11 moleatml

( 公式 -8)

( 公式 -9)

( 公式 -10)

iii. 伯舍樂方程式　 ( Berthelot equation )

RTbVTV

aP m

m

2

)61(

128

91

2

2

T

T

TP

PTnRTPV c

c

c

P ：觀測所得實際壓力 (atm) V ：觀測蒸氣體積 (l)

n ：試樣莫耳數 (mole) T ：觀測溫度 (K)

R ：氣體常數 =0.08206

Pc ：臨界壓力 (atm) Tc ：臨界溫度 (K)

m ：試樣質量 (g)

) K ( 11 moleatml ‧‧‧

( 公式 -11)

CRITICAL POINT

臨界點：當物質的溫度、壓力超過此界線即臨界溫度及臨界壓力。

有名的方程式如凡得瓦方程式 (Van der Waals)，修正了分子間的作用力，改善理想氣體方程式“缺陷”； 伯舍樂方程式 (Berthelot)把溫度與壓力的問題一併修正，使得更接近了真實氣體的表現

van der Waals equation v.s. Berthelot equation

實驗步驟

(1)試液充填法

秤一毛細管重 m1 (精秤至 0.1mg)

填入待測溶液約 1/3滿以酒精燈加熱熔封兩端 ( 火焰勿太靠近溶液處 )

擦乾外表，精秤重量 m2，計算毛細管內試液重 m

(2)蒸氣密度及其分子量的測定

於 A 管注入沸點較試液高30度之液體 ( 水 ) ，將毛細管置於 B 管

加熱 A 管，使沸騰

移動水準瓶 K 測試系統是否封閉，若為封閉量氣管H 中液面無顯著變化

H

關 C+E ，同時關 G 開 F

過一段時間關 F 開 G ，觀察 H 內液位有無變化

無變化，表示溫度已穩定 ;

有變化，則重複以上步驟至穩定

壓力校正

1.瓶內外液面高度相等：Pgas＝Patm– P OH2

2.瓶內液面較外面為低時：Pgas＝Patm– P OH2＋

6.13

10h (單位：mmHg)

3.瓶內液面較外面為高時：Pgas＝Patm– P OH2－

6.13

10h (單位﹕mmHg)

開 G 關 F ，調節 K 的液面 與 H 等高，記錄 H 液位為

V1

……… …… ……V1

將鋼管下壓，使毛細管破裂

樣品受熱氣化， B 內空氣至 H ，使液面下降 , 移動水準瓶，保持 H 及 K 的液面等高，記錄液面移動最

大值 V2

……… …… ……V2

紀錄 H 周圍之溫度及當時的大氣壓

重複以上步驟三次，求平均分子量

數據處理

n

mM 求分子量

)( RTM

mnRTVPP W

i. 理想氣體方程式 ( Ideal Gas equation )

P ：量氣管周圍大氣壓力(mmHg)

Pw ：飽和水蒸氣壓 ( 查表一 )V ：蒸氣體積 (l)

m ：試樣質量 (g)

R ：氣體常數 =0.08206

T ：觀測溫度 (K)

) K ( 11 moleatml

( 公式 -7)

P ：觀測所得實際壓力 (atm) V ：蒸氣體積 (l)

n ：試樣莫耳數 T ：觀測溫度 (K)

R ：氣體常數 =0.08206

a.b ：凡得瓦常數 ( 查表 2)課本 p13

m ：試樣質量 (g)

）‧，‧ ( 122 molelbmoleatmla

ii. 凡得瓦方程式 ( van der Waals equation )

2

32

V

abn

V

annPbnRTPV

n

mM

) K ( 11 moleatml

( 公式 -9)

iii. 伯舍樂方程式　 ( Berthelot equation )

] ) 61 ( 128

9 1 [

2

2

T

T

TP

PTnRTPV

c

c

c

n

mM

P ：觀測所得實際壓力 (atm) V ：觀測蒸氣體積 (l)

n ：試樣莫耳數 T ：觀測溫度 (K)

R ：氣體常數 =0.08206

Pc ：臨界壓力 (atm) ( 查表 2)

Tc ：臨界溫度 (K) ( 查表 2)

m ：試樣質量 (g)

) K ( 11 moleatml

( 公式 -11)

REFERENCE

http://www.kwantlen.ca/science/chemistry/faculty/pduffy/

2310/labs/victormeyer.pdf

http://chemistry.tutorvista.com/physical-chemistry/steps-

for-molecular-mass-determination.html#top

http://www.che.kuas.edu.tw/blog/36/20