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：加热槽內物质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：通过辅助装臵引入低温，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：
雷诺温度校正曲线
将燃烧前后历次观测到的水温记录下来，并作图，连成abcd线。图中b点相当于开始燃烧之点，c点为观测到的最高温度点，由于热量计与外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。取b点所对应的温度T1,c点所对应的温度T2,其平均温度（T1+T2）/2为T,经过T点作横坐标的平行线TO',与折线abcd相交于O'点，然后过O'点作垂直线AB，此线与ab线和cd线的延长线交于E，F两点，则E点和F点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT。EE
来的热量所造成热量计温度的升高，这部分必须扣除；而FF
境辐射出热量而造成热量计温度的降低，因此这部分必须加入。经过这样校正后
的温差表示由于样品燃烧使热量计温度升高的数值。
必须注意，应用这种作图法进行校正时，量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大（最好不超过2～3℃），否则会引起误差。
△cHm=Qp=Qv+RT∑∨B(g)
Qv=(C△T-Q点火丝m点火丝)/m
误差R=|△cHm理论-△cHm实际|/△cHm理论
4.课后题：
⑴说明定容燃烧热和定压燃烧热的差别和相互关系
答：定容燃烧热是在密闭刚性容器里发生的燃烧热，定压燃烧热则是在具有可移动壁里发生的燃烧热，壁内外压相等，所以燃烧前后其压强不变。一般来说，燃烧时，会放热，产气，如果是在定容里，那压强就会升高，这会储存一部分能量，所以释放出来的热就比较少。而定压则不会储存这部分能量，所以会把这部分能量以做体积功的形式释放出来，因此，量会比较大些。
⑵简述装臵氧弹和拆开氧弹的操作过程
答：装氧弹：拧开氧弹盖，将其内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢接柱更应擦干净。接着小心的将压好的片状试样的点火丝两端分别紧绕在电极的下端，然后旋紧氧弹盖。
拆开氧弹：首先要把氧弹的出气口打开，放出余气，然后才慢慢旋开盖子。
⑶为什么实验测量得到的温度差值要经过作图法进行校正？
答：量热计热量的散失无法避免，这可以是由于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射了热量而使量热计的温度降低。因此燃烧前后温度的改变值不能直接准确测量，而必须经过作图法进行校正。因为环境向量热计辐射进热量而使量热计温度升高，这部分温度必须扣除；而量热计向环境辐射了热量而使量热计的温度降低，这部分温度必须加入。经过校正后的温度差才表示由于样品燃烧使量热计温度升高的数值。
⑷使用氧气刚瓶和减压阀时有哪些注意事项。
答：氧气瓶是高压气体容器，使用时一定要注意安全。首先要弄清楚怎么使用：连接好氧弹后，旋紧减压阀，使压力表上读数为15atm，充气3分钟，然后旋松减压阀，取下氧弹，关闭氧气刚瓶上端的阀门，操作完毕。
5.注释：
实验成功的条件是什么？
答：样品是否完全燃烧，燃烧放出的热量尽可能全部传递给量热计和水，几乎不与环境发生热交换。
实验三中和焓
1实验原理：
1mol一元强酸溶液和1mol一元强碱混合时，所产生的中和热不随酸或碱的种类而改变，因为各组全部电离H+OH=H2O △H中和=-57.36KJ〃mol-1 若强碱中和弱酸时，首先是弱酸进行解离，然后进行中和反应：CH3COOH=H+CH3COO. △H解离H+OH=H2O. △H中和
总：CH3COOH+OH=H2O+CH3COO △H △H是弱酸与强碱中和反应总的热效应，它包括中和热和解离热两部分，由盖斯定律可求得△H解离=△H-△H中和
2仪器与药品：
SWC-ZH中和热(焓)测定装臵
3数据处理：
热量计常数K:K=UIt/△T1=PT/△T1
△rH中和=-1000K△T2/CV. △rHm=-1000K△T3/CV
△rH解离=△rHm-△rH中和
误差R=|△rH解离理论-△rH解离实际|/△rH解离理论
4课后题：
⑴本实验是用电热法标定热量计的热容C,能否改用其他方法？请设计出一个实验方案来。
答：实验前十分钟，用较小的功率搅拌蒸馏水后，再用远大于之前的功率搅拌蒸馏水，待温度升高0.8○C左右，再转为较小功率，作图得出△T,根据K=PT/△T 求出K值。
⑵试分析影响本实验结果的因素有哪些？
答：系统保温效果要好，保温装臵要干燥，电流电压值高低，即引入系统热量不要太高太低，同时升温速度不易太快，酸碱充分快速混合
⑶中和焓除了与温度、压力有关外，还与浓度有关，如何测量无限稀释时的中和焓？
答：在一定的温度下，测得不同浓度的中和热，再做温度与中和热的曲线，通过取极限的方式，测得无线稀释时的中和热。
实验四溶解焓
1实验原理：
盐类的溶解通常包含晶格的破坏和离子的溶剂化两个同时进行的过程。前者为吸热过程，后者为放热过程。溶解热则是两过程热效应的总和，因此，盐溶解过程是吸热还是放热，是由两过程热效应的相对大小所决定的。溶解热的测定是在绝热式热量计中进行的，根据热量计中温度的变化，即可算出热效应。最简单的热量计就是保温瓶(杜瓦瓶)。
2.仪器与药品：
精密数字温度温差仪溶解热实验装臵数字稳压电源
3.数据处理：
热量计常数K:K=UIt/△T=PT/△T
KCL的摩尔溶解焓：
△Hm,kcl=(mkcl Ckcl |△T|+K |△T|)Mkcl/mkcl
4.课后题：
⑴为什么要用雷诺曲线对△T进行校正，如何校正？
答：因为热量的散失与增加是无法完全避免的，所以温度的变化值是不准确的，所以需要用雷诺曲线对△T进行校正。
将燃烧前后历次观测到的水温记录下来，并作图，连成abcd线。图中b点相当于开始燃烧之点，c点为观测到的最高温度点，取b点所对应的温度T1,c点所对应的温度T2,其平均温度（T1+T2）/2为T,经过T点作横坐标的平行线TO',与折线abcd相交于O'点，然后过O'点作垂直线AB，此线与ab线和cd线的延长线交于E，F两点，则E点和F点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT。
⑵热量计热容C还可以用什么方法测定？
答：用标准物质法测定。用已知溶解热的盐如(KNO3)使其溶于定量水中，测得溶解前后温度的变化△T,△Hm已知，即可得出C值。
3.实验过程中加样速度应该如何控制，为什么？
答：将称量纸卷成漏斗状，匀速而缓慢地倒入药品，使KCL能均匀的溶解，不致
由于药品加入太快而使局部温度改变太快。
4.实验时的热量计的摇动速度应如何控制，为什么？
答：用手顺时针匀速的摇动热量计，使热量计中的温度均匀传递，使金属探头检测到准确的温度。
5.实验中要尽可能研细药品，目的是什么？
答：使药品容易溶解。
实验五甲基红的酸解离平衡常数的测定
1实验原理：
HMR(酸形式)=H+MR(碱形式)其离解平衡常数：K=[H][MR]/[HMR] PK=PH-㏒[MR]/[HMR]分光光度计法
2.仪器与药品：
分光光度计 PH计标准甲基红溶液
3.数据处理：
AA=KA,HMR[HMR]L+KA,MR[MR]L
AB=KB,HMR[HMR]L+KB,MR[MR]L
PK=PH-㏒[MR]/[HMR]
误差
4.课后题：
⑴本实验中，温度对测定结果有何影响？采取哪些措施可以减少因此引起的实验误差？
答：温度对PH酸度计测定溶液PH的影响较大，将装有溶液的烧杯臵于恒温水浴中。
⑵甲基红酸式吸收曲线的交点，称为“等色点”，讨论在等色点处吸收光和甲基红浓度的关系。
答：两吸收曲线交点时等浓度存在，左侧碱存在形式较多，右侧酸存在形式较多，吸光度和甲基红浓度符合朗伯定律。
⑶为什么要用相对浓度？为什么可以用相对浓度？
答：由于HMR和MR两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰，溶液离子浓度的变化对它的酸离解平衡常数没有显著的影响，而在简单的缓冲体系中就很容易使颜色在PH=4-6范围内改变，因此比值[MR]/[HMR]可用分光度法测定而求得。
⑷在吸光度测定中，应该怎样选用比色皿？
答：选择不同长度的比色皿应视分析样品的吸光度而定，当比色液的颜色较淡时，应选用光程长度较大的比色皿，当比色液的颜色较深时，应选用光程长度较小的比色皿，本实验采用1cm较小的比色皿。
实验六凝固点降低
1实验原理：
当指定了溶剂的种类和数量后，凝固点降低值取决于所含溶质的数目，即溶剂的凝固点降△低值与溶液的浓度成正比，则△T=To-T=Kf〃m(To溶剂凝固点，T溶液凝固点)则MB=Kf〃mB/△TfmA
2仪器与药品：
SWC-LG凝固点实验装臵 SWC-ⅡD精密数字温度温差仪
环己烷萘
3.数据处理：
△Tf=Tf*-Tf=Kf〃bB
bB=mB/MB/mA
MB=Kf〃mB/△TfmA
4.课后题：
⑴凝固点降低法测定溶质分子摩尔质量的公式在什么条件下才能适用？
答：稀溶液中且溶质在溶液中不发生解离和缔合等的情况下才能适用。
⑵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？由此所得的摩尔质量偏低还是偏高？
答：溶剂温度过低会造成过冷太甚。使凝固点偏低，从而使摩尔质量偏低。
⑶在冷却过程中，冷冻管内固、液相之间和冷剂之间有哪些热交换？它们对凝固点的测定有何影响？
答：热交换有：冷冻管中液相放出热量而转化为固相，冷剂从冷冻管周围吸收热量。当析出固相后，温度不回升到平衡温度，不能保持一恒定值，因部分溶剂凝固后，剩余的浓度逐渐增大，平衡温度要逐渐下降，如果溶液的过冷程度不大，可以将温度回升到最高值作为凝固点，若过冷太甚，凝固的溶剂过多，溶液的浓度变化过大，使得凝固点偏低。
⑷加入溶剂中的溶质的量应如何确定？加入量过多或过少将会有何影响？
答：加入溶剂中溶质的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大。
⑸当溶质在溶液中有解离、缔合和生成配合物的情况时，对摩尔质量测定值的影响如何？
答：解离使浓度增大，温差变大，相对分子质量测定值偏小。缔合生成缔合物使浓度降低，温差变小，相对分子质量测定值偏大。
⑹影响凝固点精确测量的因素有哪些？
答：冰水浴温度控制在3○C左右，溶液过冷，搅拌速度的控制。
实验七液体饱和蒸汽压的测定
1实验原理
在一定温度下，与液体处于平衡状态的蒸汽的压力称为该温度下液体的饱和蒸汽压。液体的饱和蒸汽压温度的关系可用克劳修斯-克拉佩龙方程表示
d㏑P/dT=△vapHm/RT2(△vapHm为液体摩尔汽化热)。若在较小的温度变化内，视△vapHm为常数，㏑P=-△vapHm/RT+C或㏑P=-A/T+C,C为常数，A=△vapHm/R,以㏑P对1/T作图可得一条直线，由该直线斜率可得液体的摩尔气化焓△vapHm=AR,同时从图上可求出液体的正常沸点。
2仪器与药品：
SHB-ⅢA循环式多用真空泵 DP-AF(真空)精密数字压力计饱和蒸汽压实验装臵-缓冲储气罐 SYP-Ⅲ玻璃恒温水浴等压计冷凝管乙醇
3数据处理
△vapHm=AR
-△vapHm/RT+C
4课后题：
⑴在实验过程中为什么要防止空气倒灌？如果在等压计Ⅰ球与Ⅱ球之间有气体，对测定沸点有何影响？其结果如何？怎样判断空气已被赶净？
答：如果发生空气倒灌现象，则测得系统气压不是乙醇蒸汽压。气压计与管之间有空气进入影响测定沸点准确度，结果偏大。当水浴温度达到设定温度时，打开真空泵使沸腾缓和，小心调节左上角和右下角旋钮，使其成为真空，让其再次沸腾2-3min,此时认为空气被赶净。
⑵能否在加热情况下检验装臵是否漏气？漏气对结果有何影响？
答：不能。因为加热条件下，Ⅰ球内压强不断变化，压力计示数也会变化，无法检查装臵是否漏气。漏气会导致在整个实验过程中体系内部压力的不稳定，气-液两相无法达到平衡，从而造成所测结果不准确。
⑶本实验主要误差来源是什么？
答：装臵的气密性是否良好，乙醇本身是否含有杂质等。
实验八双液系气液相图
1实验原理：
本实验采用回流及分析的方法来绘制相图，取不同组成的溶液在沸点仪中回流，测定其沸点及气、液相组成。获得气、液相组成可通过测定其折射率，然后由组成-折射率关系曲线确定。
2.仪器与药品：
FDY 双液系沸点测定仪阿贝折射仪环己烷乙醇
3.数据处理：
工作曲线：折射率-X环己烷
相图：沸点-X环已烷
找出最低恒沸点
4课后题：
⑴操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如果发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？
答：无影响。加入各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制无影响，因为最终液体的组成是通过对折光率的测定，在工作曲线上得出，所以无影响。
⑵折射率的测定为什么要在恒定温度下进行？
答：因为折射率与温度有关，所以在测量时要在两棱镜的周围夹套内通入恒温水，保持恒温。
(3)影响实验精度的因素之一是回流的好坏。如何使回流进行好？它的标志是什么？
答：要使回流进行好，必须使气液多次充分接触，所以玻璃陶管不可缺，这样沸腾时才能不断撞击水银球，使气液两相平衡。它的标志是温度指示数恒定。(4)对应某一组成测定沸点及气相冷凝液和液相折射率，如因某中原因缺少其中某一个数据，应如何处理？它对相图的绘制是否有影响？
答：沸点的数据不能少，其它可以少。对于缺少的数据，可由它们的趋势找出其它点。
(5)正确使用阿贝折射仪要注意些什么？
①仪器应臵于干燥、空气流通的室内，以免光学零件受潮后生霉。②当测试腐蚀性液体时应及时性做好清洗工作（包括光学零件、金属件以及油漆表面），防止侵蚀损坏。③仪器使用完毕后必须做好清洁工作。④被测试样中不应有硬性杂质，当测试固体试样时，应防止把折射棱镜表面拉毛或产生压痕。经常保持仪器清洁，严禁油手或汗手触及光学零件，若光学零件表面有灰尘可用高级鹿皮
或长纤维的脱脂棉轻擦后用皮吹吹去。如光学零件表面沾上了油垢后应及时用酒精乙醚混合液擦干净。⑤仪器应避免强烈振动或撞击，以防止零件损伤及影响精度。
(6)由所得相图，讨论某一组成的溶液在简单蒸馏中的分离情况？
答：若组成在0～x之间，蒸馏会得到A 和C；若组成在x～1之间，蒸馏将会得到C和B。若组成为x，则蒸馏只会得到恒沸混合物C。
实验九金属相图
1实验原理：
对于二组分固-液合金系统，常用热分析法绘制系统的相图。所谓热分析法，就是对所研究的二组分系统，配成一系不同组成的样品，加热使之完全熔化，然后在一定的环境下均匀降温，记录温度随时间的变化曲线（称为步冷曲线）。系统若发生相变，必然产生相变热，使降温速度减慢，则在步冷曲线上会出现拐点或平台，由此可以确定相变温度。
步冷曲线原理：
A和B二组分合金系统的步冷曲线，以横坐标表示时间，以纵坐标表示温度。高温熔液从a点开始降温，在不产生新相时，温度随时间均匀变化，且降温速度较快（ab段）。当系统降温至b点所对应的温度时，开始有固体A析出，此时系统处于固-液两相平衡，根据相率可知，系统的自由度f*=C-Ф+1=2-2+1=1，表示温度可变，但由于在析出固体A的过程中，系统放热，因而使降温速度减慢（bc 段），故步冷曲线出现拐点。当系统继续降温至C点所示温度时，熔液中又有固体B析出，即此时固体A和固体B同时析出，系统处于三相平衡，根据相率可知，系统的自由度f*=C-Ф+1=2-3+1=0，表示温度不变，故步冷曲线出现了平台（cd 段）。当熔液全部凝固后，温度又继续下降（de段）。
2仪器与药品
KWL-08可控升降温电炉 SWKY数字控温仪
样品管：纯Sn，含Sn80％，含Sn61.9％，含Sn40％，纯Pb
3数据处理
做出步冷曲线找到3、5拐点，1、3、4、5、6平台；做出金属相图
4课后题：
(1)试从相率阐明各步冷曲线的形状，并标出相图中各区域的相态。
答：锡的含量为100％，61.9％，0％时，相图中有一个平台，
锡的含量为40 ％80％时，相图中有一个拐点一个平台。各区域的相态见图。(2)为什么制备焊锡（锡和铅的混合物）时，组成选择在含锡为61.9％左右？答：但焊锡中含锡为61.9％左右时，焊锡的熔点为183°C，这还是焊锡的最低熔点，而液态变为固态的温度也是183°C，这个温度点我们称为共晶点。共晶焊锡的特点是在一定温度作用下，由固态到液态，再由液态到固态变化，期间没有固液共存的半熔融状态。
(3)各样品的步冷曲线的平台长短为什么不同？
答：组成不同，融化热不同。融化热越多，放热越多，随时间增长温度降低的越迟缓。故融化热越大，样品的步冷曲线水平段越长。
(4)为什么要缓慢冷却样品作步冷曲线？
答：使温度变化均匀，接近平衡态。因为被测体系必须时时处于或接近于相平衡状态才能得到较好的结果。
5注释：
测量要点：
(1)系统在降温的过程中，降温要尽量慢，以保证系统的相变接近于平衡状态。
(2)被测样品的组成必须与原始配制样品的组成一致，如果测量过程中样品各处的组成不均匀后者发生氧化变质，则相图失真。
(3)实测温度必须是真正反映系统的温度。因此，温度计的外套管的热容要小，它与被测系统的导热性必须足够好。
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 + =
《大学化学基础实验2》实验报告 课程：物理化学实验 专业：环境科学 班级： 学号： 学生姓名：邓丁 指导教师：谭蕾 实验日期：5月24日
实验一、溶解焓的测定 一、实验名称：溶解焓的测定。 二、目的要求:(1)学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。 (2)掌握作图外推法求真实温差的方法。 三、基本原理： 盐类的溶解通常包含两个同时进行的过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，即离子的水合作用，为放热过程。溶解焓则是这两个过程热效应的总和，因此，盐类的溶解过程最终是吸热还是放热，是由这两个热效应的相应大小所决定的。影响溶解焓的主要因素有温度、压力、溶质的性质以及用量等。热平衡式： △sol H m=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2 式中, sol H m 为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解焓, J·mol , m1 , m2 分别为水和溶质的质量, M 为溶质的摩尔质量,kg·mol -1 ;C1 ,C 2 分别为溶剂水, kg; 溶质的比热容,J·kg -1；T 为溶解过程中的真实温差,K;C 为量热计的热容, J·K- 1 ,也称热量计常数.本实验通过测定已知积分溶解焓的标准物质 KCl 的 T ,标定出量热计热容 C 的值. 四、实验主要仪器名称： NDRH-2S型溶解焓测定实验装置1套（包括数字式温度温差测量仪1台、300mL简单量热计1只、电磁搅拌器1台）；250mL容量瓶1个；秒表1快；电子 ；蒸馏水 天平1台；KCl；KNO 3 五、实验步骤： （1）量热计热容 C 的测定 ( 1 ) 将仪器打开 , 预热 . 准确称量 5.147g 研磨好的 KCl , 待用 . n KCl : n水 = 1: 200 （2）在干净并干燥的量热计中准确放入 250mL 温室下的蒸馏水,然后将温度传感器的探头插入量热计的液体中.打开搅拌器开关,保持一定的搅拌速度,待温差变化基本稳定后,读取水的温度 T1 ,作为基温. （3）同时, 每隔30s就记录一次温差值,连续记录8 次后, 将称量好的 5.174g KCl 经漏斗全部迅速倒入量热计中,盖好.10s记录一次温度值,至温度基本稳定不变,再每隔 30s记录一次温度的数值,记录 8 次即可停止. （4）测出量热计中溶液的温度,记作 T2 .计算 T1 , T2 平均值,作为体系的温度.倒出溶液,取出搅拌子,用蒸馏水洗净量热计. KNO3 熔解热的测定:标准称量 3.513g KNO3 ,代替 KCl 重复上述操作.
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。
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 -
绪言 物理化学是化学与化工专业的一门必修核心基础理论课。化学反应常伴随有物理变化，物理因素也可以引起或影响化学变化过程。物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，应用物理学的基本原理与实验方法，如力、热、光、电、磁等，研究化学变化基本规律的科学。物理化学还为化学的其它分支科学提供基本理论与方法。学习物理化学的目的在于打下扎实的化学理论基础，增强分析和解决实际化学问题的能力，加深对无机化学、有机化学、分析化学等课程的理解，为仪器分析、化工热力学、化工原理、化学反应工程、催化化学、应用电化学等课程的学习提供必要的基础知识。物理化学是化学与化工及某些相关专业硕士研究生入学的必考科目之一。 1物理化学课程的基本内容 物理化学可分成以下三个主要部分：化学热力学、化学动力学、物质结构。其中物质结构已单独设课讲授。主要内容有： （一）热力学第一定律及其应用 核心提示：能量守恒与转化定律在热力学、热化学(主要涉及内能、热与功)中的应用。 主要内容：(1)热力学方法的特点和局限性；(2)体系与环境、强度性质与广度性质、可逆过程与不可逆过程、状态、状态函数、状态方程式、过程方程式、过程、途径、功、热、内能、焓、热容、反应进度、热效应、焦耳(Joule)-汤姆逊(Thomson)效应等热力学基本概念；(3)热力学第一定律、盖斯(Hess)定律、基尔霍夫(Kirchhoff)定律；(4)热力学第一定律对简单状态变化(如理想气体自由膨胀过程、等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程、节流膨胀过程等)、相变、化学反应过程(等温与非等温)的分析，热、功、内能变化以及焓变(包括应用生成焓、燃烧焓、键焓等热力学数据)的计算。 （二）热力学第二定律及其应用 核心提示：过程的方向性与限度。 主要内容：(1)熵(S)判据：熵的引出(由卡诺循环出发)，熵增加原理，熵的统计意义，热力学第二定律的表述与数学表达式，物质的规定熵；(2)赫姆霍兹
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
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？
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
物理化学实验（1）课程教学大纲 Course Outline 课程基本信息（Course Information） 课程代码（Course Code）CA130 *学时 （Credit Hours） 48 *学分 （Credits） 3 *课程名称（Course Title）（中文）物理化学实验（1） （英文）Physcial Chemistry Experiments (1) *课程性质 （Course Type） 必修课授课对象 （Target Audience） 致远学院化学班大二学生 *授课语言 (Language of Instruction) 中文 *开课院系 （School） 化学化工学院先修课程 （Prerequisite） 无机化学实验、有机化学实验、物理化学 授课教师（Instructor）陈先阳 课程网址 (Course Webpage) *课程简介（Description）物理化学实验教学要求化学实验教学既能传授化学知识和技术，更要训练科学方法和思维，还要培养科学精神和品德。旨在通过化学实验这种有效的教学方式培养具有创新意识、创新精神和创新能力的适应社会发展所需要的化学人才。 物理化学实验是继无机及分析实验和有机化学实验之后而独立开设的实验课程，是一门面向致远学院化学班学生的必修课。本课程在基本教学内容上，主要分为热力学、相图及电化学部分。既保留了部分经典实验，同时又结合学科前沿增加了一些新的测量手段。教学目的是使学生通过实验课程的学习实践，了解物理化学的基本研究思想和方法，掌握物理化学的基本实验技能和现代的科学研究技术，加深对物理化学基本原理和基本知识的理解，从而提高学生分析问题、解决
物理化学实验报告 院系化学化工学院 班级化学061 学号13 姓名沈建明
实验名称 化学电池温度系数的测定 日期 2009.4.20 同组者姓名 史黄亮 室温 19.60 ℃ 气压 102.0 kPa 成绩 一、目的和要求 1、掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作技术； 2、学会几种电极和盐桥的制备方法； 3、通过原电池电动势的测定求算有关 热力学函数。 二、基本原理 (一)、凡是能使化学能转变为电能的装置都称之为电池对定温定压下的可 逆电池而言 : r m (1) nFE T , p G E S nF (2) r m T p E H nE F nF T (3) r m T p 式中，F 为法拉弟(Farady)常数;n 为电极反应式中电子的计量系数 ;E 为电池 的电动势。
另， 可逆电池应满足如下条件: 1．电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。 2．电池中不允许存在任何不可逆的液接界。 即充放电过程必须在平衡态下进行，3．电池必须在可逆的情况下 工作，
因此在制备可逆电池、 测定可逆电池的电动势时应符合上述条件， 不高的测量中，常用正负离子迁移数比较接近的盐类构成 “盐桥 ”来消除液接电 位。用电位差计测量电动势也可满足通过电池电流为无限小的条件。 (二)、求电池反应的 Δ r G m 、Δr S m 、Δr H m 设计电池如下 : Ag(s) | AgCl(s) ｜饱和 KCl | Hg 2Cl 2(s) | Hg(l) 分别 测定电池在各个温度下的电动势，作 E — T 图，从曲线斜率可求得任一温度 下的 E T p 利用公式 (1),(2),(3) 即可求得该电池反应的 Δ r G m 、Δr S m 、Δr H m 三、仪器、试剂 SDC — Ⅱ数字电位差综合测试仪 1 台 精密稳压电源(或蓄电池) SC — 15A 超级恒温槽 铜电极 2 只 铂电极 1 只 饱和甘汞电极 1 只 恒温夹套烧杯 2 只 HCl ( 0.1000mol k ·g-1) AgNO3 ( 0.1000mol k ·g-1) 镀银溶液 镀铜溶液 四、实验步骤 一、电极的制备 1．银电极的制备 将欲用的两只 Pt 电极(一个电极 Pt 较短，作为阳极， 另一个电极作为阴极， 用于镀银) 浸入稀硝酸溶液片刻， 取出用蒸馏水洗净。 将洗净的电极分别插入盛 有镀银液( AgNO 3 3g ，浓氨水， KI 60g )中，控制电流为 0.3mA ，电镀 1h ，得 白色紧密的镀银电极一只。 2． Ag-AgCl 电极制备 在精确度 KCl 饱和溶液