物理化学实验.doc

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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：

通过辅助装置引入低温，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¢表示环境辐射进来的热量所造成热量计温度的升高，这部分必须扣除；而FF¢表示量热计向环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简述装置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）测定装置

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，保温装置要干燥，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置数字稳压电源

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=（mkclCkcl|△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，将装有溶液的烧杯置于恒温水浴中。

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凝固点实验装置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置-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置是否漏气？

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，无法检查装置是否漏气。

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：

装置的气密性是否良好，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仪器应置于干燥、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。