物理化学 课件5

物理化学实验课件物理化学实验课件一、实验目的通过本实验，掌握物理化学实验基本操作技能和仪器的使用方法，了解物理化学实验的相关知识，培养科学实验的思维能力和实验操作的实践能力。

二、实验原理本实验主要包括以下几个方面的物理化学实验：1. 常温常压下纯水密度测定实验原理：在常温常压下，纯水的密度可以作为标准物质，在此基础上可以测定其他物质的密度。

2. 热力学第一定律测定实验原理：热力学第一定律是能量守恒定律，指的是系统内的能量总量是一个固定值，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量总量不变。

3. 热力学第二定律测定实验原理：热力学第二定律是关于能量转化的不可逆性的定律，指的是系统内部熵的增加是不可避免的，也就是说，任何一个系统在进行一定的活动时，都会产生一定的熵，从而使得其能量最终被消耗殆尽。

4. 饱和汽液平衡曲线实验实验原理：饱和汽液平衡是指液态和气态之间的平衡状态，当系统处于饱和状态时，液相和气相都可以达到最大的平衡状态。

5. 物质的比热测定实验原理：物质的比热是指单位质量的物质在温度变化1℃时所吸收或放出的热量的大小，与物质本身的内部结构和性质有关。

三、实验仪器和设备1. 数据采集装置2. 高精度天平3. 温度计4. 重力秤5. 差压计6. 安培表7. 恒温水槽8. 实验室制冷机9. 热量计四、实验步骤1. 常温常压下纯水密度测定步骤一：将称出的一定质量的水倒入密度计中，并用温度计测量温度。

步骤二：通过引流管排放气泡，使密度计内无气泡并与水平。

步骤三：用读数镜观测密度计刻度，记录显示的读数。

2. 热力学第一定律测定步骤一：打开实验箱，调节实验箱内的温度，并记录温度的变化。

步骤二：将热量计固定在实验箱内，并记录所吸收的热量和温度的变化。

步骤三：绘制实验箱内温度和热量变化随时间的关系的曲线图。

3. 热力学第二定律测定步骤一：将水放在密闭容器内，然后将容器放在恒温水槽中，测量水的温度和压力。

步骤二：对容器施加热量，使水蒸发，然后测量水在不同温度下的蒸汽压和温度。

实验一 液体饱和蒸气压的测定
指导教师 王素娜
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实验一
液体饱和蒸气压的测定
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一 实验目的和要求
掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作
方法，学会由图解法求其平均摩尔气化热和正 常沸点。 了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳 修斯-克拉贝龙(Clausius- Clapeyron)方程式的 意义。 了解真空泵、玻璃恒温水浴，缓冲储气罐及 精密数字压力计的使用及注意事项。
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二 实验原理
测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，
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。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气 压测定装臵，如实验步骤中的图1所示。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方 法，有升温法和降温法二种。
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三 仪器药品
恒温水浴
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二 实验原理
在通常温度下(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时，液体的沸点称为该液体的正 常沸点。
由斜率算出此温度间隔内水的平均摩尔气化
热ΔvapHm，通过图求出乙醇的正常沸点。
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七 实验讨论
降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压 1. 接通冷凝水，调节三通活塞使系统降压13kPa(约100mm汞柱)，加热 水浴至沸腾，此时A管中的水部分气化，水蒸气夹带AB弯管内的空 气一起从C管液面逸出，继续维持10min以上，以保证彻底驱尽AB弯 管内的空气。 2. 停止加热，控制水浴冷却速度在1℃/min内，此时液体的蒸气压(即B 管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与C管的压力相等时， 则B、C两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度（精确至1/100摄氏 度）和压力计之压力，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度， 以备对温度计进行校正。读数后立即旋转三通活塞抽气，使系统再 降压10kPa(约80mm汞柱)并继续降温，待B、C两管液面再次平齐时， 记下此瞬间的温度和压力。如此重复10次（注意实验中每次递减的 压力要逐渐减小），分别记录一系列的B、C管液面平齐时对应的温 度和压力。 3. 在降温法测定中，当B、C两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕 应立即抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净 AB弯管内之空气。

* 应用：利用温差提纯盐类
图(1)NaNO3 -KNO3 - H2O(298 K)相图 图(2)NaNO3 -KNO3 - H2O(373 K) 相图 将(1) ，(2)叠合 T↗，不饱和区 扩大，两种盐的 溶解度增加。
得到图 (c) 利用相图(c) 将 NaNO3 与KNO3 的 混合物分离
298 K 时仅仅看 * 应用：利用温差提纯盐类 此温度下的相图 （1）设混合物中含 KNO3 较多，物系点为 x 。 298 K 下加水溶解，物系点 沿xA 移动，进入MDB 区， NaNO3全溶解，剩下 KNO3(s) 、 组成为 D 的饱和溶液。 如有泥沙等不溶杂 质，将饱和溶液加热至 373 K，这时在线 M’D’ 之上， KNO3 全部溶解， 趁热过滤，将滤液冷却 可得纯 KNO3(s) 。
第5章
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单相
TB
B
等压
等温
p
pB
T/K
373
A'
An
A"
T1
pA
两相
C 313 D 0 0.2 0.4 0.6 H2 O 质量分数
0.8 1.0 A C6 H5 NH2
E
xB
B
湖 南 师 范 大 学 化 学 化图的共同特征 ① 水平线都是三相线，三相线上 f * = 0。 ② 垂直线都是单组分（化合物或单质）。 稳定化合物的垂线顶端与曲线相交。不稳定 化合物的垂线顶端与一水平线相交。 ③ 单相固溶体特征：围成的单相固溶体的线 段中不含三相水平线。 ④ 杠杆规则只适用于两相平衡区。
5.7.4 三组分低共熔相图 Sn-Bi-Pb 可形成 三个二元低共熔相图， 低共熔点分别为 E1， E3 和 E2，其在底边 组成线上的位置分别 为 C ，F 和 B。 将平面图向中间 折拢，三个底边 SnBi，Bi-Pb 和Pb-Sn 组 成正三角形，就得到 了三维的正三棱柱形 的三组分低共熔相图， 纵坐标为温度。

二、理想液态混合物中各组分的化学势 设 (A+B) 理 想 液 态 混 合 物 ， 一 定 温 度 、 压 力
下达到气液平衡时：
对A组分 A (l) A (g)
ΘA (T )
RT
ln
pA pΘ
ΘA (T )
RT
ln
pA* xA pΘ
ΘA (T )
RT
ln
pA* pΘ
RT
ln
xA
A* (l) RT ln xA
RT ln xA(2) 2RT ln xB(2) 2RT ln xA(1) 2RT ln xB(1)
8.314
298(ln
1 3
2 ln
2 3
2 ln
1 2
2 ln
1 2
)J
2139.4J
∴ WR G 2139.4J
例4 20℃下，将压力为pΘ的1mol气态NH3溶解到大
量的物质的量之比为 nNH3 : nH2O 1: 21 的溶液中。
例3 在298.15K时，要从下列混合物中分出1mol纯A，试计算 Gibbs自由能的变化值及最少必须做功的值。 （1）大量的A 和B的等物质的量的混合物； （2）含A和B的物质的量各为2mol的混合物。 (p267 7题参考)
解：（1）
大量A和B混合物 T, p一定，G大量A和B混合物
nA : nB 1:1
GΘ m
NH3
Θ NH3
RT ln
pNH3 pΘ
8.314
293
.15
ln
3.6 101 .325
J
8134
J
问 题
0.5mol萘溶于1升苯中形成的溶液，与
0.25mol萘溶于0.5升苯中形成的溶液，二溶液