实验六.二组分固-液体系相图的绘制 一、实验目的 （1）热分析法测绘Sn-Bi二元合金相图 （2）掌握热分析法的测量技术 （3）掌握热电偶测量温度的基本原理以及数字控温仪和升降温电炉的使用方法 二、实验原理 用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相,各相的成分如何,不同相的相对量是多少,以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图叫相图。以体系所含物质的组成为自变量,温度为应变量所得到的T-x图就是常见的一种相图。 绘制相图的方法很多,热分析法就是常用的一种实验方法。即按一定比例配成一两组分体系,将体系加热到熔点以上成为液态,然后使其逐渐冷却,每隔一定时间记录一次温度,以体系的温度对时间的关系曲线称为步冷曲线。熔融体系在均匀冷却过程中无相变时,其温度将连续均匀下降,得到一条平滑的冷却曲线,当冷却过程中发生相变时,放出相变热,使热损失有所抵偿,冷却曲线就会出现转折。当两组分同时析出时，冷却速度甚至变为零,冷却曲线出现水平段。转折点或平台所对应的温度,即为该组成合金的相变温度。 取一系列组成不同的二元合金，测得冷却曲线，再将相应的转折点连接起来即得到二元合金相图（如下图所示） 三、实验所用仪器、试剂 1.KWL-09可控升降温电炉，SWKY-1数字控温仪 2.编号为1-6的六个金属硬质试管依次分装：纯铋、含锡20%，42%，60%，80%的合金、纯锡。8号试管为空管。 四、实验步骤 1.安装并调整SWKY-1数字控温仪与KWL-09可控升降温电炉，将控温仪与电炉用电缆连接。2号炉膛（右侧）放8号空管，将与控温仪相连的温度传感器（传感器2）插入其中 2.1．将装有试剂的试管1放入1号炉膛（注意安全，始终用铁夹小心夹住试管），并将与电炉连接的温度传感器（传感器1）插入炉膛旁边的另一小孔中（注：不要将传感器1插入试管中）。将2号传感器插入放有8号空管的炉膛2 2.2.调节控温仪（工作/量数按钮），将电炉温度设定为350℃，再调为工作状态，此时1号炉膛开始加热。调节定时按钮，是时间显示为30s。将电炉“冷风量调节”电压调到零，“加热量调节”调到180V(电压过低加热太慢，电压过高有损仪器使用寿命)，给2号炉膛预热到200度左右（避免温度下降过快，减小试管冷却时发生过冷现象的可能） 2.3.当温度显示1号炉膛温度达到350℃时，再等10min左右。待温度稳定后将预热后的8号空管用铁夹移出去，并将1号试管夹入2号炉膛。换入2号试管加热，熔融。关闭“加热量调节”，此时控温仪显示温度上升，当温度上升到310℃以上时，打开“冷风量调节”，电压调为1.5V。此时温度开始下降，当温度降到接近300℃时，开始记录温度。每隔30s，控温仪会响一声，依次记下此时的仪表读数即可。
实验八十三 最大泡压法测定溶液的表面张力 1、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。 答：实验装置如图83-4所示。 将被测液体装于测定管中，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。若毛 细管足够细，管下端气泡将呈 球缺形，液面可视为球面的一 部分。随着小气泡的变大，气 泡的曲率半径将变小。当气泡 的半径等于毛细管的半径时， 气泡的曲率半径最小，液面对 气体的附加压力达到最大，如 图5所示。 在气泡的半径等于毛细 管半径时：p 内＝p 外 气泡内的压力： p 内=p 大气-2γ/r 气泡外的压力： p 外=p 系统+ρgh 实验控制让毛细管端口与液面相切，即使h=0，p 外= p 系统 根据附加压力的定义及拉普拉斯方程，半径为r 的凹面对小气泡的附加压力为 △p max = p 大气- p 系统= p 最大=2γ/r （6） 于是求得所测液体的表面张力为 max 'max 2p K p r ?=?=γ （7） 此后进一步抽气，气泡若再增大，气泡半径也将增大，此时气泡表面承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，所以导致气泡破裂从液体内部逸出。最大压力差可用数字式压力差仪直接读出，K ′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。 2、简述测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子横截面积的实验原理。 答：根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质表面层中的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。表面吸附的多少常用表面吸附量Γ表示，其定义为：单位面积表面层所含溶质的物质的量比与同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。显然，在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯（Gibbs ）吸附等温方程： T ??? ??-=Γdc d RT c γ 用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时，可由实验测定一组恒温下不同浓度c 时的表面张力，以γ对c 作图，可得到γ-c 曲线，将曲线上某指定浓度下的斜率d γ/d c 代人（2）式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。当浓度足够大时，则呈现一个吸附量的极限值，即∞Γ=Γ。此时若再增加浓度，吸附量不再改变。所以 ∞Γ称为饱和吸附量。∞Γ可以近似的看做是在单位表面上定向
物理化学实验（南京大学出版社）课后思考题总结——网络收集仅供参考液体饱和蒸汽压的测定----静态法 课内思考题： 1答：分情况，测定过程中溶剂挥发溶液的浓度发生变化，则不能测;但是对于难溶物的饱和溶液或者恒沸物等可以使用本方法测定。 2答：蒸汽温度越高相对的测量器具温度同样会升高从而改变测量器具的物理特性使测量器具内部金属硬度降低延展性增加等等从而使 测量值改变 燃烧热的测定 1实验中哪些是体系？哪些是环境？实验过程中有无热损耗？这些热损耗对实验结果有无影响？ 答：内桶和氧弹作为体系，而外桶作为环境。实验过程中有热损耗，有少量热量从内桶传到外桶，使得内桶水温比理论值低，而使得燃烧焓偏低。 2水桶中的水温为什么要选择比外筒水温低？低多少合适？为什么？答案：为了减少热损耗，因反应后体 系放热会使内筒的温度升高，使体系与环境的温度差保持较小程度，体系的热损耗也就最少。低1度左右合适，因这个质量的样品燃烧后，体系放热会使内筒的温度升高大概2度左右，这样反应前体系比环境低1 度，反应后体系比环境高1 度，使其温差最小，热损耗最小。 3找找总会有。（1）实验过程中搅拌太慢或太快；（2）引火丝和药片之间的距离; (3)药片没有干燥；（4）搅拌时有摩擦；（5）压片时或松或紧 应从以上方面考虑，实验过程中匀速搅拌，引火丝和药片之间的距离要小于5mm或接触，但不能碰到燃烧皿，记住药片一定要干燥，保证燃烧完全，搅拌式不能有摩擦，而且压片时，压力要适中等等。 T----X图 1蒸馏器中收集气相冷凝液的袋状部的大小对结果有何影响？ 答：若冷凝管下方的凹形贮槽体积过大，则会贮存过多的气相冷凝液，其贮量超过了热相平衡原理所对应的气相量，其组成不再对应平衡的气相组成，因此必然对相图的绘制产生影响。 2该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测 定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为 什么？ 答：因溶液的折射率是温度的函数，温度不同，折射率不同，因此，二者的温度必须一致。 3过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？ 答：如果产生过热现象，会使液相线上移，相区变窄；可通过 加入沸石的方法消除，加入时，应少量多次，防止沸石失效。 成。另外，气相和液相取样量较多，也影响溶液的组成。 4本实验的误差主要来源有哪些？ 答：组成测量：(1)工作曲线；(2)过热现象、分馏效应；(3)取样量。 温度测量：(1)加热速度；(2)温度计校正。蔗糖水解速率常数的测定 1蔗糖的转化速率常数k 与哪些因素有关？ 答：温度、催化剂浓度。 2在测量蔗糖转化速率常数的，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？ 答：选用较长的旋光管好。根据公式〔α〕＝α×1000/Lc，在其它条件不变情况下，L越长，α越大，则α的相对测量误差越小。 3如何根据蔗糖、葡萄糖和果糟的比旋光度计算α0和α∞? 答：α0＝〔α蔗糖〕D t℃L[蔗糖]0/100 α∞＝〔α葡萄糖〕D t℃L[葡萄糖]∞/100＋〔α果糖〕D t℃L[果糖]∞/100 式中：[α蔗糖]D t℃，[α葡萄糖]D t℃，[α果糖]D t℃分别表示用钠黄光作光源在t℃时蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度，L(用dm表示)为旋光管的长度，[蔗糖]0为反应液中蔗糖的初始浓度，[葡萄糖]∞和[果糖]∞表示葡萄糖和果糖在反应完成时的浓度。 设t＝20℃L=2 dm [蔗糖]0=10g/100mL 则： α0＝66.6×2×10/100＝13.32° α∞＝×2×10/100×（52.2-91.9）＝－3.94° 4、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？ 答：温度、光源波长须恒定、蔗糖溶液要现用现配。 1、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在 蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt 是否需要零 点校正？为什么？ 答：(1)因水是溶剂且为非旋光性物质。 (2)不需，因作lg(αt-α∞)～t 图，不作零点校正，对计算反应速度常数无影响。 2、蔗糖溶液为什么可粗略配制？ 答：因该反应为(准)一级反应，而一级反应的速率常数、半衰期与起始浓度无关，只需测得dC/dt 即可。 4、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？ 答：温度、光源波长须恒定、蔗糖溶液要现用现配。 BZ振荡 1．影响诱导期的主要因素有哪些？ 答：影响诱导期的主要因素有反应温度、酸度和反应物的浓度。温度、酸度、催化剂、离子活性、各离子的浓度2．本实验记录的电势主要代表什么意思？与Nernst方程求得的电位有何不同？ 答：本实验记录的电势是Pt丝电极与参比电极（本实验是甘汞电极）间的电势,而Nernst方程求得的电位是电极相对于标准电极的电势，它反映了非标准电极电势和标准电极电势的关系。 ()℃ 果糖 ℃ 葡萄糖 〕 α 〕 〔α 蔗糖 t D t D 0[ 100 ] L[ 2 1 + =
纯液体饱和蒸汽压的测量 目的要求 一、 明确纯液体饱和蒸气压的定义和汽液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱 和蒸气压与温度的关系公式——克劳修斯－克拉贝龙方程式。 二、 用数字式真空计测量不同温度下环己烷的饱和蒸气压。初步掌握真空实验 技术。 三、 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热与正常沸 点。 实验原理 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气化热。 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1atm （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： 2 m vap d ln d RT H T p ?= (1) 式中，R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度；Δvap H m 为在温度T 时纯液体的摩尔 气化热。 假定Δvap H m 与温度无关，或因温度范围较小，Δvap H m 可以近似作为常数，积分上式，得： C T R H p +??-=1 ln m vap (2) 其中C 为积分常数。由此式可以看出，以ln p 对1/T 作图，应为一直线，直线的斜率为 R H m vap ?- ，由斜率可求算液体的Δvap H m 。 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。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，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图1所示： 平衡管由A 球和U 型管B 、C 组成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管与压
物理化学实验复习 一、选择题 1. 电导率仪在用来测量电导率之前, 必须进行： (A) 零点校正 (B) 满刻度校正 (C) 定电导池常数 (D) 以上三种都需要 2.在测定Ag│AgNO3(m) 的电极电势时，在盐桥中哪一种电解质是可以采用的？ (A) KCl （饱和） (B) NH4Cl (C) NH4NO3 (D) NaCl 3.用惠斯顿电桥法测定电解质溶液的电导，电桥所用的电源为： (A) 220 V ，50 Hz市电 (B) 40 V直流电源 (C) 一定电压范围的交流电，频率越高越好 (D) 一定电压范围1000 Hz左右的交流电 4. pH计是利用下列哪种电学性质测定水溶液中氢离子的活度： (A) 电导 (B) 电容 (C) 电感 (D) 电位差 5.惠斯登电桥是测量哪种电学性质的？ (A) 电容 (B) 电位 (C) 电阻 (D) 电感 6.用对消法测量可逆电池的电动势时，如发现检流计光标总是朝一侧移动，而调不到指零位置，与此现象无关的因素是： (A) 工作电源电压不足 (B) 工作电源电极接反 (C) 测量线路接触不良 (D) 检流计灵敏度较低 7.常用酸度计上使用的两个电极是： (A) 玻璃电极，甘汞电极 (D) 氢电极，甘汞电极 (C) 甘汞电极，铂电极 (D) 铂电极，氢电级 8.用补偿法测可逆电池电动势，主要为了： (A) 消除电极上的副反应 (B) 减少标准电池的损耗 (C) 在接近可逆情况下测定电池的电动势 (D) 简便易测 1
9.在使用电位差计测电动势时, 首先必须进行“标淮化”操作, 其目的是： (A) 校正标准电池的电动势 (B) 校正检流计的零点 (C) 标定工作电流 (D) 检查线路是否正确 10.用对消法测得原电池Zn│ZnSO4(a1)‖KCl(a2)│Ag—AgCl(s) 的电动势与温度关系为E/V=1.0367-5.42×10-4(T/K-298) 则反应Zn+2AgCl(s)=2Ag+ZnCl2 在293.2 K时的焓变为： (A) 169.9 kJ·mol-1(B) -169.9 kJ·mol-1 (C) -231.3 kJ·mol-1(D) 231.3 kJ·mol-1 11.某同学用对消法测得电池Zn│ZnSO4(0.1000mol·kg-1)‖KCl(1.0000mol·kg-1)│Ag—AgCl(s)的电动势与温度的关系为：E/V=1.0367-5.42×10-4(T/K-298)则298 K时，该电池的可逆热效应为 (A) -31.2 kJ (B) -200.1 kJ (C) 31.2 kJ (D) 200.1 kJ 12.多数情况下, 降低液体接界电位采用KCl盐桥, 这是因为： (A) K+, Cl- 的电荷数相同，电性相反 (B) K+, Cl- 的核电荷数相近 (C) K+, Cl- 的迁移数相近 (D) K+, Cl- 的核外电子构型相同 13.对消法测原电池电动势, 当电路得到完全补偿, 即检流计指针为0 时, 未知电池电动势E x (电阻丝读数为AB)与标准电池电动势E s (电阻丝读数为Ab )之间的关系为： (A) E x＝R R Ab AB ·E s(B) E x＝ R R AB Ab ·E s (C) E x＝R R AB Bb ·E s(D) E x＝ R R Bb AB ·E s 14.有人希望不用量热法测定反应2Ag++Sn2+=2Ag+Sn4+的热效应, 若用电化学方法, 应选用下列哪一个电池? (A) Ag—AgCl│KCl(a1)‖AgNO3(a2)│Ag(s) (B) Ag(s)│AgNO3(a1)‖Sn4+(a2),Sn(a3)│Pt(s) (C) Pt(s)│Sn4+(a1),Sn2+(a2)‖Ag+(a3)│Ag(s) (D) Ag(s)│Ag+(a1)‖Sn4+(a2),Sn2+(a3)│Sn(s) 15.饱和标准电池在20℃时电动势为： (A) 1.01845 V (B) 1.01800 V (C) 1.01832 V 2
物理化学实验Ⅰ 课程名称：物理化学实验Ⅰ 英文名称：Experiments in Physical Chemistry 课程代码：147012 学分：0.5 课程总学时：16 实验学时：16 （其中，上机学时：0） 课程性质：?必修□选修 是否独立设课：?是□否 课程类别：?基础实验□专业基础实验□专业领域实验 含有综合性、设计性实验：?是□否 面向专业：高分子材料科学与工程、材料科学与工程（无机非金属材料科学与工程、材料化学） 先修课程：物理、物理化学、无机化学实验、有机化学实验、分析化学实验等课程。 大纲编制人：课程负责人张震实验室负责人刘仕文 一、教学信息 教学的目标与任务： 该课程是本专业的一门重要的基础课程，物理化学实验的特点是利用物理方法来研究化学系统变化规律，是从事本专业相关工作必须掌握的基本技术课程。其任务是通过本课程的学习，使学生达到以下三方面的训练： （1）通过实验加深学生对物理化学原理的认识，培养学生理论联系实际的能力； （2）使学生学会常用的物理化学实验方法和测试技术，提高学生的实验操作能力和独立工作能力； （3）培养学生查阅手册、处理实验数据和撰写实验报告的能力，使学生受到初步的物理性质研究方法的训练。 教学基本要求： 物理化学实验的特点是利用物理方法来研究化学系统变化规律，实验中常用多种物理测量仪器。因此在物理化学实验教学中，应注意基本测量技术的训练及初步培养学生选择和配套仪器进行实验研究工作的能力。 物理化学实验包括下列内容： （1）热力学部分量热、相平衡和化学平衡实验是这部分的基本内容。还可以选择稀溶液的依数性、溶液组分的活度系数或热分析等方面的实验。
一、溶液中的等温吸附 五、注意事项 1.溶液的浓度配制要准确，活性炭颗粒要均匀并干燥 2. 醋酸是一种有机弱酸，其离解常数Ka = 1.76× ，可用标准碱溶液直接滴定，化学计量点时反应产物是NaAc，是一种强碱弱酸盐，其溶液pH 在8.7 左右，酚酞的颜色变化范围是8-10，滴定终点时溶液的pH 正处于其内，因此采用酚酞做指示剂，而不用甲基橙和甲基红。直到加入半滴NaOH 标准溶液使试液呈现微 红色，并保持半分钟内不褪色即为终点。 3．变红的溶液在空气中放置后，因吸收了空气中的CO2，又变为无色。 4. 以标定的NaOH 标准溶液在保存时若吸收了空气中的CO2，以它测定醋酸的 浓度，用酚酞做为指示剂，则测定结果会偏高。为使测定结果准确，应尽量避免长时间将NaOH 溶液放置于空气中。 七、讨论 1. 测定固体比表面时所用溶液中溶质的浓度要选择适当，即初始溶液的浓度 以及吸附平衡后的浓度都选择在合适的范围内。既要防止初始浓度过高导致出现多分子层吸附，又要避免平衡后的浓度过低使吸附达不到饱和。 2. 按朗格谬尔吸附等温线的要求，溶液吸附必须在等温条件下进行，使盛有样品的磨口锥形瓶置于恒温器中振荡，使之达到平衡。本实验是在空气浴中将盛有样品的磨口锥形瓶置于振荡器上振荡。实验过程中温度会有变化，这样会影响测定结果。 3．由实验结果可知，活性炭在醋酸溶液中的吸附为单分子层吸附，可用Langmuir 吸附等温式表征其吸附特性。用溶液吸附法测定活性炭比表面积，不需要特殊仪器，但测定过程中要防止溶剂挥发，以免引起测量误差。此外，由于忽略界面上被溶剂占据部分，因此由这一方法所测得的比表面积一般偏小。但由于方法简便，可以作为了解固体吸附剂特性的一种简便方法。 八、思考题（供参考） 1．吸附作用与哪些因素有关？固体吸附剂吸附气体与从溶液中吸附溶质有何不同？ 答：吸附作用与温度、压力、溶剂、吸附质和吸附剂性质有关。 固体在溶液中的吸附，除了吸附溶质还有溶剂，液固吸附到达平衡时间更长；固体吸附剂吸附气体受温度、压力及吸附剂和吸附质性质影响：气体吸附是放热过程,温度升高吸附量减少；压力增大,吸附量和吸附速率增大；一般吸附质分子结构越复杂,被吸附能力越高。
物理化学实验大三上学期实验一恒温槽 1.实验原理： 恒温槽之所以能维持恒温，主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。当恒温槽因对外散热而使水温降低时，恒温控制器就使恒温槽内的加热器工作，待加热到所需温度时，它又使加热器停止加热，保持恒定水温。 2.实验仪器： 玻璃恒温水浴 精密数字温度温差仪 3.数据处理： 恒温槽灵敏度te=±（t1-t2）/2（t1为最高温度，t2为最低温度），灵敏度曲线（温度-时间） 4.课后题： ⑴恒温槽主要由哪几个部分组成，各部分作用是什么？ 答：①浴槽：盛装介质②加热器：加热槽内物质③搅拌器：迅速传递热量，使槽内各部分温度均匀④温度计：观察槽内物质温度⑤感温元件：感应温度，指示加热器工作⑥温度控制器：温度降低时，指示加热器工作，温度升高时，只是加热器停止
工作。 ⑵对于提高恒温槽的灵敏度，可以哪些方面改进？ 答：①恒温槽的热容要大些，传热质的热容越大越好。②尽可能加快电热器与接触温度计间传热的速度，为此要使感温元件的热容尽量小，感温元件与电热器间距离要近一些，搅拌器效率要高。③做调节温度的加热器功率要小。 ⑶如果所需恒定的温度低于室温如何装备恒温槽？ 答：通过辅助装置引入低温，如使用冰水混合物冰水浴，或者溶解吸热的盐类盐水浴冷却（硝铵，镁盐等） 实验二燃烧焓 1实验原理： 将一定量的待测物质在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使热量计本身及氧弹周围介质的温度升高，通过测定燃烧前后热量计温度的变化值，就可以算出该样品的燃烧热，其关系式为mQv=C△T-Q点火丝m点火丝。 2仪器与药品： 氧弹热量计压片机精密数字温度温差仪 萘苯甲酸 3数据处理：
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 物理化学实验是化学教育专业的一门重要的必修基础课程，是独立设课、并与物理化学理论课程内容相配套的实验课程。物理化学实验教学内容综合了化学领域中各分支需要的基本研究工具和方法，在教学过程中引导学生利用物理化学及相关理论知识，解决化学过程的基本问题，培养学生的基本实验技能和科学研究能力，为学生今后从事专业研究打下坚实的基础，同时对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高也起着至关重要的作用。 2.设计思路： 本实验课程分两学期开设，要求学生完成不少于21个基础实验，初步掌握重要的物理化学实验方法，熟悉各种物理化学现象，了解和掌握各种大型仪器的原理和操作方法，并学会实验数据的归纳和分析方法。实验内容的选取，包括热力学、电化学、动力学、表面现象和胶体、物质结构等部分有代表性的实验，使学生了解物理化学的概貌；另一方面，根据现有仪器设备的条件，力求在实验方法和实验技术上得到较全面的训练。 3. 课程与其他课程的关系： 《物理化学实验》是继《无机化学实验》、《分析化学实验》和《有机化学实验》之后而独立开设的实验课程。通过本课程学习，掌握物理化学的基本实验技术和技能，系统学习物理化学实验的基本概念、基本原理和发展规律，并能在今后的科研及生产 - 1 -
实践中，运用这些规律去分析问题和解决问题。 二、课程目标 物理化学实验课程主要目标是使学生初步了解物理化学的研究方法，掌握物理化学的基本实验技术和技能，学会重要的物理化学性能测定，熟悉物理化学实验现象的观察和记录，实验条件的判断和选择，实验数据的测量和处理，实验结果的分析和归纳等一套严谨的实验方法，从而加深对物理化学基本理论的理解，增强解决实际化学问题的能力。 三、学习要求 完成本课程的学习任务，实现课程目标，具体学习要求： 1.学生按选课时间按时到课，不得随意调课、缺课； 2.实验课前学生认真做好预习，明确实验目的，实验原理，所用仪器构造和操作 规程，熟悉实验内容，明确要测量和记录的数据，书写预习报告。 3.实验过程中学生遵守实验室规则，按要求独立完成实验，做到认真观察、及时 记录、勤于思考。实验结束后实验记录由指导教师检查，并完成工作台和实验室整理及安全检查后方可离开。 4.实验结束后认真分析整理实验结果和数据，按要求书写完成实验报告并按时提 交。 5.爱护实验室的仪器设备和公用设施。 四、教学进度 - 1 -
实验一 电导的测定及其应用 一、实验目的 1、 测量氯化钾水溶液的电导率,求算它的无限稀释摩尔电导率。 2、 用电导率测量醋酸在水溶液中的解平衡常数。 3、 掌握恒温水槽及电导率仪的使用方法。 二、实验原理 1、根据电导公式:G=kA/l 式中k 为该电解质溶液目的电导率,其中 l/A 称为电导池常数,由于l 与A 不易精确测量,因此,试验中就是用一种已知电导率的溶液求出电导池常数k cell ,然后把欲测的溶液放入该电导池测出其电导值,再根据公式G=kA/l 求出摩尔电导率 , k 与 的关系为: 2、 总就是随着溶液的浓度的降低而增大的, 对于强电解质系 对于特定的电解质与溶剂来说,在一定温度下,A 就是一个常数,所以将 作图得到一 条直线,将所得的直线推至c=0可求得A m ∞。 3、对于弱电解质,其 无法用 ,由离子独立运动定律: 求得,其中 A m ∞+ 与A m ∞-分别表示正、负离子的无限稀摩尔电导率,它与温度及离子的本性有关。在无限稀的弱电解质中: 以cAm 对 作图,根据其斜率求出K 、、 三、实验仪器及试剂 仪器:梅特勒326电导仪1台,量杯50ml 2只 ,移液管125ml 9只,洗瓶1只 ,洗耳球1只。 试剂:10、00mol/m3 KCl 溶液, 100、0 mol/m3HAC 溶液 , 电导水。 四、实验步骤 1、 打开电导率仪器开关,预热5分钟。 2、 KCl 溶液电导率的测定: （1） 用移液管准确移取25ml 10、00mol/m3的KCl 溶液,置于洁净、干燥的量杯中,测定器电 导率3次,取其平均值。 （2） 再用移液管准确量取25、00ml 电导水,置于上述量杯中,搅拌均匀后,测定器电导率3 次,取其平均值。 m c κ = Λ m m,+ m, νν+--∞ ∞ ∞ =+ΛΛΛ m Λ m Λ m Λ m m ∞ =-ΛΛ m Λ m m ∞ =-ΛΛ m m = α∞ΛΛ() 2 m m m m 2 m m m m 1c c c K c c ∞∞ ∞∞?? ??-?=-=ΛΛΛΛΛΛΛΛΛ
实验一 燃烧热的测定 1. 在本实验中，哪些是系统？哪些是环境？系统和环境间有无热交换？这些热交换对实验结果有何影响？如何校正？提示：（氧弹中的样品、燃烧丝、棉线和蒸馏水为体系，其它为环境。）盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的热量计其余部分为环境，（实验过程中有热损耗：内桶水温与环境温差过大，内桶盖有缝隙会散热，搅拌时搅拌器摩擦内筒内壁使热容易向外辐射。）系统和环境之间有热交换，热交换的存在会影响燃烧热测定的准确值，可通过雷诺校正曲线校正来减小其影响或（降低热损耗的方法：调节内筒水温比外筒水温低0.5-1℃，内桶盖盖严，避免搅拌器摩擦内筒内壁，实验完毕，将内筒洗净擦干，这样保证内筒表面光亮，从而降低热损耗。）。 2. 固体样品为什么要压成片状？萘和苯甲酸的用量是如何确定的？提示：压成片状有利于样品充分燃烧；萘和苯甲酸的用量太少测定误差较大，量太多不能充分燃烧，可根据氧弹的体积和内部氧的压力确定来样品的最大用量。 3. 试分析样品燃不着、燃不尽的原因有哪些? 提示：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；压片太松、氧气不足会造成燃不尽。 4. 试分析测量中影响实验结果的主要因素有哪些? 本实验成功的关键因素是什么? 提示：能否保证样品充分燃烧、系统和环境间的热交换是影响本实验结果的主要因素。本实验成功的关键：药品的量合适，压片松紧合适，雷诺温度校正。 5. 使用氧气钢瓶和氧气减压器时要注意哪些事项？1. 在氧弹里加10mL 蒸馏水起什么作用？ 答：在燃烧过程中，当氧弹内存在微量空气时，N 2的氧化会产生热效应。在一般的实验中，可以忽略不计；在精确的实验中，这部分热效应应予校正，方法如下：用0.1mol ·dm -3 NaOH 溶液滴定洗涤氧弹内壁的蒸馏水，每毫升0.1 mol ·dm -3 NaOH 溶液相当于5.983 J(放热)。2. 在环境恒温式量热计中，为什么内筒水温要比外筒的低？低多少合适？在环境恒温式量热计中，点火后，系统燃烧放热，内筒水温度升高 1.5-2℃，如果点火前内筒水温比外筒水温低1℃，样品燃烧放热最终内筒水温比外筒水温高1℃，整个燃烧过程的平均温度和外筒温度基本相同，所以内筒水温要比外筒水温低0.5-1℃较合适。 实验二 凝固点降低法测定相对分子质量 1. 什么原因可能造成过冷太甚？若过冷太甚，所测溶液凝固点偏低还是偏高？由此所得萘的相对分子质量偏低还是偏高？说明原因。答：寒剂温度过低会造成过冷太甚。若过冷太甚，则所测溶液凝固点偏低。根据公式*f f f f B T T T K m ?=-=和310B B f f A W M K T W -=??可知由于溶液凝固点偏低， ?T f 偏大，由此所得萘的相对分子质量偏低。 2. 寒剂温度过高或过低有什么不好？答：寒剂温度过高一方面不会出现过冷现象，也就不能产生大量细小晶体析出的这个实验现象，会导致实验失败，另一方面会使实验的整个时间延长，不利于实验的顺利完成；而寒剂温度过低则会造成过冷太甚，影响萘的相对分子质量的测定，具体见思考题1答案。 3. 加入溶剂中的溶质量应如何确定?加入量过多或过少将会有何影响？答：溶质的加入量应该根据它在溶剂中的溶解度来确定，因为凝固点降低是稀溶液的依数性，所以应当保证溶质的量既能使溶液的凝固点降低值不是太小，容易测定，又要保证是稀溶液这个前提。如果加入量过多，一方面会导致凝固点下降过多，不利于溶液凝固点的测定，另一方面有可能超出了稀溶液的范围而不具有依数性。过少则会使凝固点下降不明显，也不易测定并且实验误差增
蔗糖水解速率常数的测定 1．蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关？ 答：主要和温度、反应物浓度和作为催化剂的H+浓度有关。 2．在测量蔗糖转化速率常数时，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？ 答：选用长的旋光管好。旋光度和旋光管长度呈正比。对于旋光能力较弱或者较稀的溶液，为了提高准确度，降低读数的相对误差，应选用较长的旋光管。根据公式（a）=a*1000/LC,在其他条件不变的情况下，L越长，a越大，则a的相对测量误差越小。 3．如何根据蔗糖、葡萄糖、果糖的比旋光度数据计算？ 答：α0＝〔α蔗糖〕Dt℃L[蔗糖]0/100 α∞＝〔α葡萄糖〕Dt℃L[葡萄糖]∞/100＋〔α果糖〕Dt℃L[果糖]∞/100 式中：[α蔗糖]Dt℃，[α葡萄糖]Dt℃，[α果糖]Dt℃分别表示用钠黄光作光源在t℃时蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度，L(用dm表示)为旋光管的长度，[蔗糖]0为反应液中蔗糖的初始浓度，[葡萄糖]∞和[果糖]∞表示葡萄糖和果糖在反应完成时的浓度。 设t＝20℃L=2 dm [蔗糖]0=10g/100mL 则： α0＝66.6×2×10/100＝13.32° α∞＝×2×10/100×（52.2-91.9）＝－3.94° 4．试估计本实验的误差，怎样减少误差？ 答：本实验的误差主要是蔗糖反应在整个实验过程中不恒温。在混合蔗糖溶液和盐酸时，尤其在测定旋光度时，温度已不再是测量温度，可以改用带有恒温实施的旋光仪，保证实验在恒温下进行，在本实验条件下，测定时要力求动作迅速熟练。其他误差主要是用旋光仪测定时的读数误差，调节明暗度判断终点的误差，移取反应物时的体积误差，计时误差等等，这些都由主观因素决定，可通过认真预习实验，实验过程中严格进行操作来避免。 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定 电导的测定及其应用 1、本实验为何要测水的电导率？ 答：因为普通蒸馏水中常溶有CO2和氨等杂质而存在一定电导，故实验所测的电导值是欲测电解质和水的电导的总和。作电导实验时需纯度较高的水，称为电导水。水的电导率相对弱电解质的电导率来说是不能够忽略的。所以要测水的电导率。 2、实验中为何通常用镀铂黑电极?铂黑电极使用时应注意什么？为什么？
, 实验温度在 80℃～ 100℃之间 , 则所测得的 气 水在 100℃时的气化热 实验温度范围内气化热的 平均值 2. 比重瓶中注满待测液(较易挥发)后进行称量，同 条件下重复操作三次，得的结 果为 18.39521 g ，18.39390 g ，18.39609 g ，取三次测定的平均结果则为： (A) (A) 18.395 g (B) 18.39507 g (C) 18.3951 g (D) 18.395066 g 3. 为测定大分子溶液中大分子化合物的平均摩尔质量 , 下列各种方法中哪一种是不宜采用 的? (D ) (A) 渗透压法 (B) 光散射法 (C) 冰点降低法 (D) 粘度法 4. 使用分光光度计测量吸光度 D ，为了使测得的 D 更精确，则应： (B) (A) 在最大吸收波长进行测定 (B) 用比较厚的比色皿 (C) 用合适浓度范围的测定液 (D) 选择合适的波长，比色皿及溶液浓度，使 D 值落在 0 ~ 0.8 区间内 5. 氧气减压器与钢瓶的连接口为防止漏气，应： (C) (A) 涂上凡士林 (B) 垫上麻绳或棉纱 (C) 封上石蜡 (D) 上述措施都不对 6. 某同学用对消法测得电池 Zn │ ZnSO 4(0.1000mol ·kg -1) ‖ KCl(1.0000mol · kg -1 ) │ Ag —AgCl(s) 的电动势与温度的关系为： E/V=1.0367-5.42 × 10-4(T/K-298) 则298 K 时，该电池的可逆 物理化学实验 试题 一、选择题 ( 共 16题 32 分 ) 1. 在动态法测定水的饱和蒸气压实验中 化热数据是： (C) (A) 水在 80℃时的气化热 (B) (C) 该数值与温度无关 (D) (A) -31.2 kJ (B) -200.1 kJ (C) 31.2 kJ (D) 200.1 kJ 7.实验绘制水 - 盐物系的相图 , 一般常采用的方法是： (B) (A) 电导法 (B) 溶解度法 (C) 热分析法 (D) 色谱法 8. 已知环己烷、 醋酸、萘、樟脑的摩尔凝固点降低常数 K f 分别为 6.5, 16.60, 80.25 及173, 今有一未知物能在上述四种溶剂中溶解 , 欲测定该化合物之摩尔质量 , 最适宜的溶 剂是： (D) (A) 萘 (B) 樟脑 9. 在阴极极化曲线测定的实验装置中， (A) 当作盐桥 (B) (C) 减少活化过电位 (D) 10.H 2O 2分解反应的动力学实验中 氧气并测量其体积，这是为了： (A) 赶走反应容器中的空气 (C) 使反应液混合均匀 11. 已知贝克曼温度计 处相当于室温 28 ℃ , (A) 31 ℃ (B) 32.3 12. 在差热分析实验中 热曲线时 , 若已知试样在加热过程中既有吸热效应也有放热效应 调在： (B) (A) 记录仪量程范围内的任何位置 (C) 环己烷 (D) 醋酸 都配有鲁金毛细管 , 它的主要作用是： (C) 降低溶液欧姆电位降 增大测量电路的电阻值 , 待反应进行了两分钟以后 , 才开始收集生成的 (A) (B) (D) O 到断点 B 问要在水中拍断 B 点的水温是： ℃ (C) 35.3 ℃ (D) 38.3 ℃ , 当使用 WXC-200的双笔记录仪同时记录加热时的升温曲线和差 , 则差热曲线的基使反应溶液溶解氧气达到饱和 使反应达到平稳地进行 的温度差值是 7.3 ℃ , 现要使贝克曼温度计刻度“ 3” (A) ℃ (D) 38.3 (B) 记录仪的左端位置
1. 电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？如何保护及正确使用？ 答：（1）电位差计是按照对消法测量原理设计的一种平衡式电学测量装置，能直接给出待测电池的电动势值，测定时电位差计按钮按下的时间应尽量短，以防止电流通过而改变电极表面的 平衡状态。 （2）标准电池是用来校准工作电流以标定补偿电阻上的电位降。 （3）检流计用来检验电动势是否对消，在测量过程中，若发现检流计受到冲击，应迅速按下短路按钮，以保护检流计。检流计在搬动过程中，将分流器旋钮置于“短路”。 （4）工作电池（稳压电源）电压调至与电位差计对电源的要求始终相一致。 3．电位差计、标准电池、检流计及工作电池各有什么作用？ 答：电位差计：利用补偿法测定被测电极电动势； 标准电池：提供稳定的已知数值的电动势EN，以此电动势来计算未知电池电动势。 检流计：指示通过电路的电流是否为零； 工作电池：为整个电路提供电源，其值不应小于标准电池或待测电池的值。 4．测电动势为何要用盐桥？如何选用盐桥以适合不同的体系？ 答：（1）对于双液电池电动势的测定需用盐桥消除液体接界电势。 （2）选择盐桥中电解质的要求是：①高浓度（通常是饱和溶液）；②电解质正、负离子的迁移速率接近相等；③不与电池中的溶液发生反应。具体选择时应防止盐桥中离子与原电池溶液中的物质发生反应，如原电池溶液中含有能与Cl-作用而产生沉淀的Ag+、Hg 离子或含有能与K+离子作用的ClO－离子，则不可使用KCl盐桥，应选用KNO3或NH4NO3盐桥。 5．在测定电动势过程中，若检流计的指针总往一个方向偏转，可能是什么原因？ 答：若调不到零点，可能的原因有： （1）电池（包括工作电池、标准电池和待测电池）的正负极接反了； （2）电路中的某处有断路； （3）标准电池或待测电池的电动势大于工作电池的电动势，超出了测量范围。 4．为何本实验要在恒温条件下进行，而且乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先恒温？ 答：温度对反应速率常数k影响很大，故反应过程应在恒温条件下进行。 3、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中，根据什么原则考虑加入溶质的量，太多太少影响如何？ 答：根据溶液凝固点的下降值考虑加入溶质的量。太多就不是稀溶液，太少凝固点下降值太小，误差大。 3. 实验中为何用镀铂黑电极？使用时注意事项有哪些？ 答：铂电极镀铂黑的目的在于减少电极极化，且增加电极的表面积，使测定电导时有较高灵敏 度。电导池不用时，应把两铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变。 4. UJ34A型电位差计测定电动势过程中，有时检流计向一个方向偏转，分析原因。 原因：电极管中有气泡；电极的正负极接反；线路接触不良；工作电源电压与电位差计对电源的要求数据不一致等。 2．反应物起始浓度不相等，试问应怎样计算k值？ 答：若CH3COOC2H5溶液浓度a＞b（NaOH溶液浓度），则其反应速率方程的积分式为 a a κt+κ0 (—-1) - κ0— b c a ln????????? = κ(a—b)t + ln— ____ b b κt - κc — c C和κc分别为反应进行完全后体系中产物CH3COONa的浓度和电导率 若a＞b时b =C，若a< b时a =C 3．如果NaOH和乙酸乙酯溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么？ 答：不能。只有反应体系是很稀的水溶液，才可认为CH3COONa是全部电离的。反应前后Na+的浓度不变。随着反应的进行，导电能力很强的OH-离子逐渐被导电能力弱的CH3COO-离子所取代，致使溶液的电导逐渐减小。可用电导率仪测量皂化反应进程中电导率随时间的变化，以跟踪反应 物浓度随时间变化。 1、把苯甲酸在压片机上压成圆片时，压得太紧,点火时不易全部燃烧；压得太松,样品容易脱落；要压得恰到好处。 挥发性双液图
实验1.6 原电池电动势的测定 一、实验目的 1．掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法。 2．通过电池电动势的测量，加深对可逆电池、浓差电池、可逆电极、盐桥等基本概念的理解。 3．了解与掌握金属电极的制备与处理技术。 4．掌握原电池热力学函数的计算。 二、基本原理 原电池是化学能转变为电能的装置，它是由两个“半电池”组成，而每一个半电池中有一个电极和相应的电解质溶液。在电池放电反应中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应；电池反应是电池中两个电极反应之和。电池电动势为组成该电池的两个半电池的电极电势的代数和。在恒温、恒压、可逆条件下，原电池电动势与各热力学函数的关系如下： Z E F G m r -=? (1.6-1) p m r T E zFT zE F H )(??+-=? (1.6-2) p m r T E z F S )(??=? (1.6-3) 式中：F 为法拉第常数（96487 C ），z 是原电池发生一单位进度反应时得或失的电子摩尔数，E 是可逆电池的电动势。故只要在恒温、恒压下，测出可逆电池的电动势E ，即可求出原电池的各热力学函数。反之，由原电池的各热力学函数，可求出可逆电池的电动势E 和浓度系数。 书写电池的结构图示式，必须规范。以Cu-Zn 电池为例，电池结构的书写、电动势和电极电势的表达式为： 电池结构 Zn|ZnSO 4(+2Zn a )‖CuSO 4 (+2Cu a )|Cu
负极反应 Zn →Zn 2+(+2Zn a ) + 2e 正极反应 Cu 2+(+2Cu a ) + 2e →Cu 电池总反应 Zn + Cu 2+(+2Cu a )→Zn 2+(+2Zn a )+Cu 根据能斯特方程，电池电动势与各物活度间的关系为： + +-=22Cu Zn Cu Zn o a a a a ln zF RT E E (1.6-4) 式中0E 为在标准条件下溶液中锌和铜离子活度(+2Zn a 和+2Cu a )以及锌和铜活度均等 于1时的电池电动势（即原电池的标准电动势）。假设Cu 、Zn 为纯固体，它们的活度为1，则式（1.6-4）可简化为： + +-=22ln Cu Zn o a a zF RT E E (1.6-5) 由于整个电池反应是由两个电极反应所组成，因此，电池电动势的表达式为正、负两电极电势之差。若正极的电极电势为+?，负极的电极电势-?，则有： -+-=??E (1.6-6) 由于某电极电势的绝对值无法测定，因此必须选择某一电极作为电极电势的参考标准。现在，手册上所列的电极电势均为相对电极电势，即以标准氢电极作为参考标准（标准氢电极是氢气压力为一标准压力、溶液中+H a 为1，规定其电极电势为 零）。将标准氢电极与待测电极组成电池，标准氢电极为负极，所测得的电池电动势就是待测电极的电极电势。由于氢电极使用不方便，因此常用另外一些易制备、电极电势较为稳定的电极作为参比电极。常用的参比电极主要有：甘汞电极、银-氯化银电极等。这些参比电极与标准氢电极比较而得的电极电势，已精确测出。 可逆电池具有较好的重现性与稳定性。可逆电池必须具备的条件为：（1）电极反应必须可逆。（2）电池在工作（充放电）时，所通过的电流必须无限小，此时电池可在接近平衡状态下工作， 即能量必须可逆。（3）电池中所进行的其它过程必须可逆。如溶液间无扩散、无液体接界电势等。因此，在制备可逆电池、测量可逆电池的电动势时，应符合上述可逆电池条件。在精确度不很高地测量中，常用正、负离子迁移数比较接近的电解质构成“盐桥”，减小液体接界电势。要达到测量工