物理化学实验讲义
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物理化学实验讲义
重庆科技学院
化学教研室
2010.8
1 目录
实验一 恒温槽的装配与性能测定………………………………….2
实验二 燃烧热的测定……………………………………………...3
实验三 液体饱和蒸气压的测定…………………………………….8
实验四 二组分液液相图的绘制………………………………….11
实验五 二元固液相图的绘制……………………………………….15
实验六 液相平衡常数的测定……………………………………….21
实验七 凝固点降低法测定物质的摩尔质量………………………..23
实验八 摩尔电导率的测定…………………………………………..27
实验九 电池电动势的测定…………………………………………..30
实验十 一级反应过氧化氢分解……………………………………..35
实验十一 乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定……………………38
实验十二 B－Z振荡反应……………………………………………41
实验十三 最大气泡法测定液体表面张力…………………………46
实验十四 粘度法测高分子化合物的分子量…………………….. 51
附录………………………………………………………………….. 56 2 实验一 恒温槽的装配与性能测定
一 预习要求
1．明确恒温槽的控温原理，恒温槽的主要部件及作用。
2．了解本实验恒温槽的电路连接方式。
3．了解贝克曼温度计的调节和使用方法。
二 实验目的
1．了解恒温槽的构造及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。
2．绘制恒温槽灵敏度曲线。
3．掌握水银接点温度计，继电器的基本测量原理和使用方法。
三 实验原理
恒温槽使实验工作中常用的一种以液体为介质的恒温装置。用液体作介质的优点是热容量大和导热性好，从而使温度控制的稳定性和灵敏度大为提高。
根据温度控制的范围，可采用下列液体介质：
-60℃~30℃—乙醇或乙醇水溶液；
0℃~90℃—水；
80℃~160℃—甘油或甘油水溶液；
70℃~200℃—液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。
恒温槽通常由下列构件组成：
1、槽体：如果控制的温度同室温相差不是太大，则用敞口大玻璃缸作为槽体是比较满意的。对于较高和较低温度，则应考虑保温问题。具有循环泵的超级恒温槽，有时仅作供给恒温液体之用，而实验则在另一工作槽中进行。
2、加热器及冷却器：如果要求恒温的温度高于室温，则须不断向槽中供给热量以补偿其向四周散失的热量；如恒温的温度低于室温，则须不断从恒温槽取走热量，以抵偿环境向槽中的传热。在前一种情况下，通常采用电加热器间歇加热来实现恒温控制。对电加热器的要求是热容量小、导热性好，功率适当。选择加热器的功率最好能使加热和停止的时间约各占一半。
3、温度调节器：温度调节器的作用是当恒温槽的温度被加热或冷却到指定值时发出信号，命令执行机构停止加热或冷却；离开指定温度时则发出信号，命令执行机构继续工作。
目前普遍使用的温度调节器是汞定温度计。它与汞温度计不同之处在于毛细管中悬有以根可上下移动的金属丝，两根金属丝再与温度控制系统连接。
4、温度控制器：温度控制器常由继电器和控制电路组成，故又称电子继电器。从定温机来的信号，经控制电路放大后，推动继电器去开关电热器。
5、搅拌器：加强液体介质的搅拌，对保证恒温槽温度均匀起着非常重要的作用。
设计一个优良的恒温槽应满足的基本条件是：
（1）定温计灵敏度高，
（2）搅拌强烈而均匀，
（3）加热器导热良好而且功率适当，
（4）搅拌器、定温计和加热器相互接近，使被加热的液体能立即搅拌均匀并流经定温计及时进行温度控制。
四 仪器与药品 3 玻璃缸1个，秒表1个，温控仪1台，0～50℃的1/10的温度计1支，搅拌马达1个，电加热丝1个，蒸馏水、导线若干。
五 实验步骤
1．根据所给元件和仪器，安装恒温槽，并接好线路。经教师检查完毕，方可接通电源。
2．槽体中放入约3/4容积的蒸馏水，打开搅拌器，调节搅拌速度。插上继电器，打开继电器开关。
3．旋松接点温度计上端的调节帽固定螺丝，旋转磁铁，使粗调温度较希望控制的温度低5-10℃，然后插上加热器插头进行加热。
4．当加热至水银柱与钨丝接触时，水银接点温度计处于通断的临界状态。
5．观察槽中的精密温度计，根椐其与控制温度差值的大小，进一步调节接点温度计，反复进行，直到设定温度止。（注意调节速度，以免使实际温度超过所需要控制的温度）
6．将调节帽固定螺丝旋紧，使之不再转动。
7．记录温度随时间的变化值，绘制恒温槽灵敏度曲线。（要求记录的数据能出现三个波峰三个波谷，即有三个最高点，三个最低点）
8．实验完毕后，关闭电源，整理实验台。（注意千万不要忘记拔下加热器插头）
六 数据记录及处理
1. 数据记录：
时间(min) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
温度℃
时间(min) 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5
温度℃
2. 数据处理：以时间为横坐标，温度为纵坐标作图，分析实验结果。
七 思考题
1．利用实验数据确定实验所用恒温槽温度波动范围及灵敏度。
2．简单叙述继电器的工作原理。
3．对于提高恒温槽的灵敏度，可以从那些方面进行改进？
实验二 燃烧热的测定
一 预习要求
1．学习热化学的基本理论和基本知识，明确燃烧焓的定义，标准摩尔燃烧焓在热力学计算中的重要意义。
2．了解氧弹式量热计的基本原理和使用方法。了解氧气钢瓶和减压阀的使用方法。
3．熟悉精密温度温差仪（贝克曼温度计或热敏电阻温度计）的调节和使用。 4 4．本实验操作步骤较多，要了解影响测定燃烧热的关键因素，对实验过程做到心中有数。
二 实验目的
1．用氧弹热量计测定萘或蔗糖的燃烧热。
2．明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。
3．会应用图解法校正温度的改变值。
三 实验原理
燃烧热是指一摩尔物质完全燃烧时的热效应。所谓“完全燃烧”，是指 C变为CO2 (g)，H 变为H2O(l)，S变为SO2 (g)，N变为N2 (g)，Cl变为HCl(aq)，金属都成为游离状态。例如：萘的完全燃烧方程式为
C10H8 (s)+12 O2 (g)= 10 CO2 (g)+ 4 H2O(l)
萘的燃烧热的测定可以在恒容或恒压下进行。由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功情况下，恒容燃烧热Qv=△U,恒压燃烧热Qp=△H。在氧弹式量热计中测得燃烧热为Qv,即:
RTgQQBVP)( (2—1)
在盛有定量水的容器中，放入内装有一定量的样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量传给测量体系，引起温度上升。根据能量守衡可得：
))('('0ttWCWqmQnMmV (2—2)
其中：m为待测物质的质量；M为待测物质的摩尔质量；q为单位质量燃烧丝的燃烧值；m’为燃烧丝的的质量；C为水的比热容；W为已知的水量；W’为仪器的水当量（量热计每升高1℃所需的热量，为量热系统除水以外的其它所有部分的总热容）。0t、nt分别为燃烧前﹑后体系的温度。
在量热系统温度变化区间小且没有相变化的情况下，（CW+W’）可视为常数。另外因为燃烧丝所引进的热量小，因此在一般测定中常常略去q m’项，故：
))('(0ttWCWQnmMV (2—3)
欲测定物质的燃烧热QV ，需要先测定仪器的当量W’，其求法是用已知标准燃烧热的标准物质（如本实验用苯甲酸，ΔCHmΘ（298.15K）=－3226.7kJ.mol-1）放在量热计中燃烧，测其始﹑末温度，按式（2-3）求W’。一般因每次的水量相同，(CW+ W’)可作为一个定值( W”)来处理。令 K= (CW+ W’)，实际测定中往往不是标定仪器的水当量而是直接标定K。可求QV： 5 )(0ttKQnmMV (2—4)
在较精确的实验中，辐射热，铁丝的燃烧热，温度的校正等都应予以考虑。若供燃烧用的氧气中含有氮气时，则在燃烧过程中。氮气氧化成硝酸而放出热量。这部分热量亦不能略去。因环境和量热系统之间不可能避免的存在相互热交换，对量热系统的温度变化值产生影响，这可以通过图解法来校正，其中系统热漏必须经过雷诺作图法校正。校正方法如下：称适量待测物质，使燃烧后水温升高1.5～2.0℃，预先调节水温低于环境0.5～1.0℃。然后将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，连成FHID折线，见图b（1），图中H相当于开始燃烧之点，D为观察到最高的温度读数点，在环境温度读数点，作一平行线JI交折线于I，过I点作垂线ab,然后将FH线和GD线外延交ab于A、C两点。A点与C点所表示的温度差即为欲求温度的升高△T。图中AA’为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间△t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量而造成量热计温度的升高，必须扣除之。CC’为温度由室温升高到最高点D这一段时间△t2内，量热计向环境射出能量而造成卡计温度的降低，因此需要添加上。由此可见，AC两点的温差较客观地表示了由于样品燃烧促使温度计升高的数值，有时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进能量使得燃烧后的最高点不出现，这种情况下△T仍然可以按照同法校正，图b（2）。
四 仪器和药品
SHR-15 燃烧热实验装置(氧弹量热计)1套；压片机1台； YCY-4充氧器；氧气钢瓶（附氧气表）1个；SWC—ⅡD精密温度温差仪（或贝克曼温度计）1台（支）；容量瓶（1L）1个；电吹风1个；万用电表1个。
苯甲酸（标准量热物质,A.R.）； 萘（A.R.）；或蔗糖（A.R.）。
五 实验步骤
（一）苯甲酸燃烧标定仪器的水当量
1．仔细阅读《SWC－ⅡD精密数字温度温差仪说明书》。熟悉氧弹装置。
