一、 实验技术讲座1.1 物理化学实验目的与要求1.1.1 实验目的物理化学实验是在无机化学、分析化学、有机化学实验的基础上，运用物理化学的理论知识，承上启下对系统进行综合性测定的基础实验。
其特点是实验中采用多种物理测量仪器，利用物理方法来研究系统的化学变化规律。
物理化学实验的主要目的是使学生掌握物理化学实验中常见的物理量（如温度、压力、电性质以及光学性质等）的测量原理和方法；熟悉物理化学实验常用仪器和设备的操作与使用，从而能够根据所学原理与技能选择和使用仪器、设计实验方案，为后继课程的学习及今后的工作打下必要的基础。
培养学生观察实验现象、能够正确记录和处理数据，并具备进行实验结果的分析和归纳以及书写规范而完整的实验报告等的能力；养成严肃认真、实事求是的科学态度和作风。
验证所学的有关基础理论，巩固和加深对物理化学的基本概念、基本原理的理解。
通过查阅文献资料、设计实验方案、比较实验方法和实验条件、分析、总结和归纳实验研究结果、书写实验研究论文，可以受到较为全面的科学研究能力的培养与训练，为学生从事毕业论文和科学研究打下坚实基础。
1.1.2 实验要求物理化学实验整个过程包括：实验前的预习、实验中的操作和数据测量及实验后书写报告几个步骤。
为达到上述实验目的，基本要求如下：1.实验前充分预习学生应事先仔细阅读实验内容，了解实验目的、要求、原理和方法；明确实验所需测量的物理量；了解一些特殊测量仪器的简单原理及操作方法；特别注意影响实验成败的关键操作。
在此基础上写出预习报告。
预习报告包括实验的简单原理和步骤、操作要点和原始记录数据的表格等。
无预习报告者，不得进行实验。
2.认真实验动手进行实验前，指导教师应对学生进行考察，不合格者不可开始实验。
然后，由学生检查实验装置与试剂是否符合实验要求，并记录实验条件。
实验过程中要有严谨的实验态度，要勤于动手，敏锐观察，开动脑筋，分析钻研问题；要操作准确、观察仔细、测量数据认真、记录准确、完整、整洁；要善于发现和解决实验中出现的问题，认证仔细地完成每一步骤的操作。
记录实验数据和现象必须忠实、准确，不能随意涂抹数据，数据记录要表格化，字迹要整齐、清楚，保持一个良好的记录习惯是物理化学实验的基本要求之一。
实验结束后，应将玻璃仪器洗净，所有仪器恢复原状排列整齐，经教师检查后，方可离开实验室。
实验原始记录需经指导教师检查签字。
3.准确撰写实验报告写出合乎规范的实验报告对学生加深理解实验内容、培养严谨的科学态度具有十分重要的意义。
实验报告的内容包括：实验名称、实验目的、简明原理（包括必要的计算公式）、仪器装置示意图、扼要的实验步骤和操作的关键、实验条件（室温、大气压、药品纯度和仪器精度等）、数据记录与运算处理结果以及实验结果讨论等。
其中结果讨论是实验报告的重要部分，主要指实验现象分析和解释、实验结果的可靠程度及误差分析、做好实验的关键、实验时的心得体会等，并对该实验提出进一步的工作和改进意见等。
实验报告要字迹清楚，段落分明，实验目的、原理、步骤要用自己的语言简练地写明，数据记录要齐全、真实、表格要合理清楚，回答问题要反映出自己在实验中的切身体会。
实验数据尽量采用表格形式，作图必须用坐标纸，数据处理和作图应按误差分析有关规定进行。
实验结束的两周内完成实验报告，于下次实验时提交报告。
实验报告要书写完整、数据处理合理、对实验有自己的理解和体会等，要求报告完整、字迹工整、图表规范、数据处理正确、结果正确。
数据处理应在明确原理、方法步骤及计算公式和有效数字的基础上，按法定单位标准进行运算、作图、列表等来得出结果，然后对结果进行误差分析，结合实验现象进行讨论、解释或对实验提出改进意见。
学生的实验报告要求每个人独立完成。
1.2 误差及数据处理实验数据有三种表示方法：列表法、作图法和数学方程式法。
数学方程式法比较复杂，通常采用列表和作图法。
1.2.1 列表法在物理化学实验中，数据测量一般至少包括两个变量，在实验数据中选出自变量和因变量。
列表法就是将这一组实验数据的自变量和因变量的各个数值依一定的形式和顺序一一对应列出来，优点是一目了然，它常是其他数据处理方法的前期工作。
列表时应注意表格一定要有表名，表名要抓住中心简洁明了，放在表头上。
每一表格应有简明、完整的名称。
表格分为若干行，每一变量应占表格一行。
每一行的第一列写上该行变量的名称及量纲。
表格的每一行上，都应该详细写上名称及单位，名称用符号表示，因表中列出的通常是一些纯数（数值），或者是这些纯数的数学函数，例如：ln(p/Pa)。
若表中数据有公共乘方因子，为方便起见，可将指数放在行名旁，但应注意指数上的正负号应异号。
例如不同温度下水的离子积有公共乘方因子10-14，则行名栏写成1014 Kw。
每一行所记的数据应注意其有效数字，并将小数点对齐。
因此表的栏头也应表示成纯数，应当是量的符号G除以量纲的符号[G]，即G/[G]。
如p/Pa，T/K等。
一般选择较简单的量作为主变量，如：温度、时间、距离等。
主变量变化最好是取均匀、等间隔地增加（或减少）。
若实测结果并非如此，可将测定数据绘成图，由图读出主变量为均匀、等间隔地递变时的一套新数据，然后再列成表。
1.2.2 作图法作图法可更形象地表达出数据的特点，如极大值、极小值、拐点等，并可进一步用图解求积分、微分、外推、内插值。
用作图法表达物理化学实验数据，能清楚地显示出所研究的变量的变化规律，如极大值、极小值、转折点、周期性、数量的变化速率等重要性质。
根据所作的图形，我们还可以作切线、求面积，将数据进一步处理。
作图法的应用极为广泛，其中最重要的有：1.求外推值有些不能由实验直接测定的数据，常常可以用作图外推的方法求得。
主要是利用测量数据间的线性关系，外推至测量范围之外，求得某一函数的极限值，这种方法称为外推法。
例如用粘度法测定高聚物的相对分子质量实验中，首先必须用外推法求得溶液的浓度趋于零时的粘度（即特性粘度）值，才能算出相对分子质量。
2.求极值或转折点函数的极大值、极小值或转折点，在图形上表现得很直观。
例如环己烷-乙醇双液系相图确定最低恒沸点（极小值）。
3.求经验方程若因变量与自变量之间有线性关系，那么就应符合下列方程：y=ax+b它们的几何图形应为一直线，a是直线的斜率，b是直线在轴上的截距。
应用实验数据作图，作一条尽可能联接诸实验点的直线，从直线的斜率和截距便可求得a和b的具体数据，从而得出经验方程。
对于因变量与自变量之间是曲线关系而不是直线关系的情况，可对原有方程或公式作若干变换，转变成直线关系。
4.作切线求函数的微商作图法不仅能表示出测量数据间的定量函数关系，而且可以从图上求出各点函数的微商。
具体做法是在所得曲线上选定若干个点，然后用镜像法求作出各切线，计算出切线的斜率，即得该点函数的微商值。
5.求导数函数的积分值（图解积分法）设图形中的因变量是自变量的导数函数，则在不知道该导数函数解析表示式的情况下，也能利用图形求出定积分值，称图解积分，通常求曲线下所包含的面积常用此法。
作图方法具体如下：（1）作图用坐标纸或计算机处理。
作业一般用坐标纸。
论文用计算机处理，较常用的作图软件为Office中Graph（务必选散点图 scatter plot ），功能较差，最好使用Origin 软件。
（2）图形大小一般控制在长宽为（5～10 cm）（5～10 cm）范围。
（3）坐标轴的选取范围：变量的变化范围（极小～极大）。
起点一般不需要0点，除非要外推到0点或极小值靠近0点。
刻度取容易计算的数。
（4）实验点要显著地描绘在图上，多组点用不同符号。
描点时，应用细铅笔将所描的点准确而清晰地标在其位置上，可用 ○，△，□，╳ 等符号表示，符号总面积表示了实验数据误差的大小，所以不应超过1 mm格。
同一图中表示不同曲线时，要用不同的符号描点，以示区别。
（5）直线用直尺画，曲线用曲线板画。
计算机中直线用线性回归（linear regression）处理，曲线用B -样条（B - spline）或其他曲线拟合。
线条要比坐标轴粗。
描出的曲线应平滑均匀。
（6）坐标轴一定要标上名称，通常放在坐标轴中间或左上方和右下方。
坐标轴名为无量纲的量即：物理量/量纲。
（7）图形一定要有图名，放在图下方的中间。
例如：某气体在273.15 K时的密度ρ与压力p的实验数据见表1-1。
请作出（/p）- p曲线，并外推至p0求该气体的摩尔质量。
表 1-1p/kPa 101.32567.550 50.663 33.775 25.331ρ2.307 1.526 1.140 0.757 0.567 /p(kg)解：作（/p）- p曲线见图1-1，外推可得：图1-1（ρ/p）-p曲线关系因为p0时气体的性质接近理想气体，即p=nRT/V=RT/M故：M=RT()p0=8.3145 J mol-1-1273K0.02222910-3kg m-3Pa-1=50.4810-3kg mol-1（8）图解微分。
图解微分的关键是作曲线的切线，而后求出切线的斜率值，即图解微分值。
作曲线的切线可用如下两种方法：①镜像法：取一平面镜，使其垂直于图面，并通过曲线上待作切线的点P（如图1-2）然后让镜子绕P点转动，注意观察镜中曲线的影像，当镜子转到某一位置，使得曲线与其影像刚好平滑地连为一条曲线时，过P点沿镜子作一直线即为P点的法线，过P点再作法线的垂线，就是曲线上P点的切线。
若无镜子，可用玻璃棒代替，方法相同。
②平行线段法：如图1-3，在选择的曲线段上作两条平行线AB及CD，然后连接AB和CD的中点PQ并延长相交曲线于O点，过O点作AB、CD的平行线EF，则EF就是曲线上O 点的切线。
1.3计算机处理物理化学实验数据的方法1.3.1 物理化学实验数据处理方法物理化学实验中常用的数据处理方法主要有三种：（1）图形分析及公式计算，如 “极化曲线的测定”、“电导法测定弱电解质的电离常数”等实验用此方法。
（2）用实验数据作图或对实验数据计算后作图，然后线性拟合，由拟合直线的斜率或截距求得需要的参数。
如“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验用此方法。
（3）非线性曲线拟合，做切线，求截距或斜率。
如“溶液表面吸附的测定”、“沉降分析”[1,2] 等实验用此方法。
第（1）种数据处理方法用计算器即可完成，第（2）和第（3）种数据处理方法可用Origin 软件在计算机上完成。
第（2）种数据处理方法即线性拟合，用Origin软件很容易完成。
第（3）种数据处理方法即非线性曲线拟合，如果已知曲线的函数关系，可直接用函数拟合，由拟合的参数得到需要的物理量；如果不知道曲线的函数关系，可根据曲线的形状和趋势选择合适的函数和参数，以达到最佳拟合效果，多项式拟合适用于多种曲线，通过对拟合的多项式求导得到曲线的切线斜率，由此进一步处理数据。
