天津大学物理化学实验教学大纲.docx

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天津大学物理化学实验教学大纲

物理化学实验教学大纲

课程名称：

物理化学实验

课程编号：

2100202，2100203

课程性质：

必修

实验指导书名称：

基础化学实验教程

开课学院：

化工学院、材料学院、药学院、理学院

一、学时、学分

总学时：

50    总学分：

3     实验学时：

48

二、课程简介

物理化学实验是面向化工、材料、药学院和理学院各专业开设的专业基础实验，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。

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、化工过程的基本问题，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。

本课程以实验操作训练为主，采用三段式教学模式，即整个教学过程由理论知识课、基础性实验、综合性实验三个教学层次组成。

每学年在开始实验操作课之前，安排若干学时的理论课，讲解内容包括绪论、本课程的教学计划、实验误差分析、实验数据处理方法、实验设计方法、实验报告及实验论文书写规则等，可以使学生对即将开展的物理化学实验有个较为全面的了解。

第二阶段安排12个具有典型性和代表性的实验，对学生进行实验方法和实际技能训练。

实验内容包括热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等方面，包含了物理化学的重要实验方法和技术，这是每个学生都必须独立完成的实验，由此可使学生受到基本的训练；第三阶段为学生开设与实际应用关系密切、具有一定复杂性和综合程度的研究设计型实验，学生选做其中的若干个。

通过这种多层次、全面系统的实验训练，可以使学生掌握物理化学实验的基本方法和技能，锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据、分析实验结果的能力，并初步训练学生根据所学原理设计实验，选择和使用仪器，解决实际问题的能力。

物理化学实验还可以使学生巩固理论知识，加深对物理化学原理的理解，提高学生对物理化学知识灵活运用的能力，同时培养学生严肃认真、实事求是的从事科学研究的态度和作风。

三、实验目的和作用

物理化学实验包括基础知识讲座、基础实验和综合研究型实验三部分。

通过完成基础实验，学生可以亲身体会物理化学的基本实验方法和基本研究方法，掌握基本的实验技术和技能，学会重要的物理化学性质的测定。

通过做实验和书写实验报告，使学生学会观察和记录实验现象、判断和选择实验条件、测量和处理实验数据、归纳与分析实验结果，加深对物理化学基本知识和原理的理解，培养和训练学生整理、归纳、综合、评价知识的能力。

通过综合研究型实验，可以进一步训练学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。

学生通过查阅文献资料、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。

四、实验具体要求

物理化学实验采用三段式教学模式，教学过程由理论知识课、基础性实验、综合性实验三个环节组成。

（一）理论知识讲座

通过教师的讲解，使学生了解课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、实验考核内容、实验守则及实验室安全制度等，为进入实验室做好准备。

（二）基础性实验

此阶段包括12个实验的操作训练，这是本实验课程的中心环节。

要求做好：

1.预习

学生须认真阅读实验指导书，了解实验的目的和原理，明确本次实验中要测定的量、所用实验方法、使用的仪器、控制的条件、需要注意的问题等，在此基础上写出预习报告，内容包括：

实验目的和基本原理，简单的实验步骤，原始数据记录表格。

2.实验

学生进入实验室后首先核对实验仪器，熟悉仪器操作方法、需要记录哪些数据。

教师检查学生的预习情况并做好记录，包括预习报告和对实验的理解，不合格者不得进行实验。

指导教师讲解实验难点和注意事项，通过提问的方式引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力，使学生学会分析和研究问题的方法。

学生独立或按学号编组进行实验，注意实验中的独立操作和相互配合。

要求学生在实验中勤于动手,敏锐观察,细心操作,开动脑筋,分析钻研问题,准确记录原始数据。

实验结束后经教师检查并签名，实验及其原始记录才有效。

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。

3.书写实验报告

认真写出实验报告是本课程的基本训练。

它将使学生在实验数据处理、作图、误差分析、问题归纳等方面得到训练和提高。

实验报告的质量，在很大程度上反映了学生的实际水平和能力。

实验报告的内容大致包括：

实验目的和原理、实验装置、实验条件（室温、大气压、药品纯度、仪器精度等）、原始实验数据、实验数据的处理结果和讨论等。

实验报告的讨论可以包括对实验现象的分析和解释、对实验结果的误差分析、对实验的改进意见、心得体会等。

实验结束的两周内完成实验报告，于下次实验时提交报告，其中必须附有教师签名的原始记录表。

（三）综合性实验

综合放实验又分为三种类型：

类型1：

基础性综合实验。

开设4个与实际应用关系密切、具有一定复杂性和综合程度的实验，学生选做其中的1个。

该类型实验由教师给出实验题目和要求，学生选择实验题目后需要查找资料，研读文献，钻研有关理论知识，在此基础上选择实验方法，提出实验方案，与指导教师讨论实验方案的可行性，然后预约时间进行实验。

类型2：

研究性综合实验。

该类型实验均由教师的科研项目转化而来，目前开发有7个实验供学生选择，为实验兴趣浓厚和学有余力的学生提供更多的实验空间，对培养学生的创新意识和科研能力大有裨益。

研究性改变了传统实验中固定实验步骤，照方抓药式的被动性，使学生有了很大的自由发挥空间；其次，实验引入了挫折—激励教学机制，允许多次失败，但要求最终一定要成功。

类型3：

特色实验。

实验内容由实际工业化生产转化而来，实验中大量使用大型仪器对产物进行表征和分析。

通过实验，学生可以了解和熟悉工业化生产过程与设备，以及大型仪器在工业生产中的应用，提高工程意识。

这个过程大大缩短了教学实验与真实的科研过程和生产过程之间的距离。

综合实验室每天都对学生开放，学生只要有空，都可以预约时间，到实验室做实验。

五、报告与考核

学生在课下做好预习，写出预习报告，实验前指导教师检查预习情况，根据学生预习报告和回答问题情况给出预习成绩。

实验进行中，教师考察学生的实验操作技能，根据学生实验操作、遵守实验规则、实验纪律情况以及原始数据记录情况给出实验操作分。

实验结束后学生书写实验报告，并于下一次实验时提交，其中必须附有教师签名的原始记录表。

教师根据学生实验报告书写的完整性、数据处理的合理性、对实验的理解和体会等给出报告成绩，包含报告完整、字迹工整（30%）、图表规范（10%）、数据处理正确（40%）、结果正确（20%）。

期末的最后两次实验作为考核实验，考查学生独立从事实验研究的能力，给出考核成绩。

本实验课程的最后成绩：

预习分20%+操作分30%+实验报告分40%+实验考核分10%

缺少实验或报告者须在实验教学结束前补做和补交，否则不予通过。

成绩不合格者下学年重修。

综合实验不安排课内学时，学生利用课外时间到开放实验室进行实验。

实验之前写出完整的预习报告，详细列出实验目的、依据的原理、实验步骤、数据表格。

实验结束后，将实验结果整理成小论文的形式提交。

教师根据学生实践能力、实验水平、实验结果的创造性大小来评定实验成绩。

六、实验主要仪器设备

基础实验：

恒温槽，乌式粘度计，凝固点测定装置，精密电子温差测量仪，饱和蒸气压测定装置，真空泵，平衡常数测定装置，量热计，秒表，蒸馏瓶，调压变压器，阿贝折射仪，超级恒温槽，电磁搅拌器，酸式滴定管，皂膜流量计，电导仪，铂电极，微量注射器，表面张力测定装置，数字压差测量仪，电泳仪（含电极），U型电泳管，电位差计，标准电池，检流计，干电池，待测原电池，金属相图测定仪，保温电炉。

基础性综合实验：

恒温槽，杜瓦瓶，磁力搅拌装置，数字温差仪，电加热器，稳压电源，电压表，电流表，可变电阻器，秒表；

恒温槽，阿贝折射仪，比重管，密度计，精密电容测量仪，油浴超级恒温槽，电吹风，干燥器，电容池，25ml容量瓶；

比重管，比重瓶，密度计，乌氏粘度计，旋转粘度计，不同管径的毛细管，测高仪，平衡管（组装毛细管上升法测表面张力的装置），特制的带刻度的滴管，长玻璃套管（组装滴体积法测定表面张力的装置），压差测定仪，加压装置（或减压装置）（组装最大气泡压力法测定表面张力的装置），磨砂漏斗；

表面张力测定装置，电导仪，天平，紫外-可见分光光度计，比色皿，润湿角测量仪，0.25ml注射器，载玻片，镊子，滤纸，秒表，电动搅拌装置，中号试管，大号试管，滴管，显微镜。

研究性综合实验和特色实验（只列出大型仪器部分）：

仪器设备名称

型号、规格

数量

国别、厂家

出厂年份

红外光谱仪（A.F）

紫外-可见光谱仪

气相色谱仪

综合差热分析仪

微机差热天平

X－射线衍射仪

Gc/Ms色谱质谱联用仪

紫外可见分光光度计

高压液相色谱仪

高效液相色谱仪

傅立叶红外光谱仪

原子吸收光谱仪

气相色谱仪

光谱仪

极谱仪

AVATAR360

TU-1901

CP-3800

ZRY-2P

WCT-1

BDX3300

TRACEDSQ

HP8453

HP1100

AGILENT1100

FTS3000MX

Solaar969MKIJ

HPGC-6890

FTS3000

TP-303

2

4

5

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

4

17

5

13

13

10

34

58

11

24

19

10

17.5

11.9

28

2

美国尼高力

北京普析

美国瓦里安

上海精科天平

北京光学仪器厂

北京大学仪器厂

LuniereTech.Ltd

美国惠普

美国惠普

美国安捷伦

美国伯乐

美、英UNICAM

美国惠普

美国BIO-RAD

中国成都

2001

2000

2001

2001

1999

2001

2002

1999

1999

2001

1998

2000

1998

1998

2000

七、实验项目

序号

实验项目名称

内容提要

实验时数

实验要求

实验类型

每组人数

实验者类别

所在实验室

1

恒温槽的调节及粘度测定

1.熟悉恒温槽的构造和恒温原理

2.调节恒温槽以实现恒温

3.测定恒温槽灵敏度数据并绘制灵敏度曲线

4.学习粘度计的使用方法，利用相对法测定无水乙醇的粘度

4

必做

验证

1

本科生

大专生

化学实验中心第八实验室

2

凝固点降低法测定摩尔质量

1.学习凝固点测量技术和方法

2.利用凝固点降低法测定萘的摩尔质量

3.绘制冷却曲线

4.加深对稀溶液依数性知识的理解

4

必做

验证

1

本科生

大专生

化学实验中心第八实验室

3

液体饱和蒸气压的测定

1.用静态法测定液体的饱和蒸气压

2.加深对饱和蒸气压、沸点等概念的理解

3.用克-克方程计算液体的摩尔蒸发焓

4

必做

验证

2

本科生

大专生

化学实验中心第九实验室

4

平衡常数的测定

1.用等压法测定压力的技术和方法

2.测定氨基甲酸铵的分解压力

3.计算氨基甲酸铵分解反应的平衡常数

5.计算热力学函数变

4

必做

验证

2

本科生

大专生

化学实验中心第九实验室

5

二组分液相完全互溶系统的沸点—组成图

1.测定不同组成的乙醇—正丙醇二组分系统气液平衡时气、液相的折射率

2.绘制折射率—浓度标准曲线

3.计算气液两相组成

4.绘制蒸馏曲线

4

必做

验证

1

本科生

大专生

化学实验中心第十实验室

6

反应焓的测定

1.标定量热计的热容

2.测定ZnO与HCl溶液反应中的温度变化

3.用雷诺作图法校正测量温度

4.计算ZnO与HCl反应的摩尔反应焓

4

必做

验证

1

本科生

大专生

化学实验中心第十实验室

7

过氧化氢催化分解

1.通过皂膜流量计测定反应产生氧气的体积Vt与时间的关系2.改变KI（催化剂）浓度测定不同Vt对应的时间

3.改变H2O2（反应物）浓度测定不同Vt对应的时间

4.用作图法求取表观反应速率常数及相应的半衰期

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十一实验室

8

乙酸乙酯皂化反应

1.测定某温度下NaOH溶液的电导G0和CH3COONa溶液的电导G∞

2.测定NaOH溶液与CH3COOC2H5反应过程溶液电导Gt

3.用作图法求反应速率常数k及表观活化能Ea

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十一实验室

9

用最大气泡法测定液体的表面张力

1.测定蒸馏水的最大泡压

2.测定不同浓度的正丁醇水溶液的最大泡压

3.计算正丁醇水溶液的界面张力

4.计算不同浓度正丁醇溶液的吸附量

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十二实验室

10

溶胶的制备、ζ电势与电解质聚沉值的测定

1.用化学凝聚法制备Fe（OH）3溶胶

2.用界面移动法测定和计算溶胶ζ电势

3.计算正丁醇水溶液的界面张力

4.测定电解质KCl、K2CrO4、K3[Fe（CN）6]对Fe（OH）3溶胶的聚沉值，并比较它们聚沉能力的大小

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十二实验室

11

原电池热力学

1.连接线路，进行“标准化”操作

2.用对消法测定待测电池的电动势

3.改变温度重复上述操作，求取电池电动势的温度系数

4.计算电池反应的热力学函数变：

ΔrGm、ΔrHm和ΔrSm

5.计算难溶盐PbSO4的溶度积Ksp

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十三实验室

12

二组分凝聚系统相图

1.测定不同组成Pb-Sn体系的冷却曲线

2.由冷却曲线读取各体系的相变温度

3.绘制Pb-Sn凝聚系统相图

4

必做

验证

1

本科生

化学实验中心第十三实验室

13

液体恒压热容的测定

1.组装简单量热计系统

2.测定液体在一定温度范围内的定压热容

3.求温度区间内液体的平均热容和某温度下的真热容

8

选做

综合

3~4

本科生

化学实验中心第十四实验室

14

结构数据测定

1.配制不同浓度的乙酸乙酯-环己烷溶液

2.测定溶液的密度、折射率、介电常数

3.计算摩尔极化度

和摩尔折射度

及乙酸乙酯的永久偶极矩μ

8

选做

综合

3~4

本科生

化学实验中心第十四实验室

15

物性测定实验

实验室提供4~6种无色透明液体，通过物性测量实验将它们区分开：

1.分析几种液体的特性，查找有关的物性数据

2.设计实验将几种液体区分开

3.用毛细管上升法测定水在30℃、40℃、50℃、60℃的表面张力，并与文献值进行比较，讨论液体表面张力与温度的关系

4.设计实验，测定水与正己烷的液—液界面张力（可用滴体积法或双毛细管上升法）

8

选做

研究

3~4

本科生

化学实验中心第十四实验室

16

表面活性剂的物理化学性质的研究

1.设计实验，测定十二烷基硫酸钠水溶液的临界胶束浓度CMC，考察温度及无机盐添加剂对CMC的影响

2.研究表面活性剂对非水溶性物质的分散和增溶作用

3.测定水和不同浓度的C12H25SO4Na的水溶液在玻璃、石蜡上的润湿角，作cosθ~c图，比较临界胶束浓度前后C12H25SO4Na水溶液的润湿特性

4.制备菜子油乳状液，鉴别乳状液的类型，考察氯化镁对乳状液的转型作用，选择合适的方法实现破乳化

8

选做

研究

3~4

本科生

化学实验中心第十四实验室

研究性实验：

（1）防伪材料的合成及结构与光谱关系（40学时）；

（2）卟啉及其配合物的合成与性质表征（40学时）；

（3）半导体光催化剂的合成以及在有机污染物净化中的应用（40学时）；

（4）固体超强酸的合成及其在有机合成中的应用（40学时）；

（5）水热合成法制备无机功能材料（40学时）；

（6）导电聚合物材料的制备及性能表征（40学时）；

（7）固相反应法合成无机非金属材料（40学时）。

特色实验：

（1）模拟工业化生产氧化铁颜料；

（2）工业规模的“杂醇酯化生产有机溶剂”。