物理化学实验电子版

1、ii目目 录录绪绪 论论.1 1第一节 物理化学实验的目的与要求.1第二节误差分析.2第三节物理化学实验数据的表达方法.9热力学部分实验一实验一 硫酸铜硫酸铜溶解热的溶解热的测定测定.1515实验二实验二 液体饱和蒸汽压的测定液体饱和蒸汽压的测定静态法静态法.2121实验三实验三 完全互溶双液系气液平衡相图完全互溶双液系气液平衡相图最低恒沸点的测定最低恒沸点的测定.2626电化学部分实验四实验四 电导法测定弱电解质的电离常数电导法测定弱电解质的电离常数.3333实验五实验五 原电池电动势的测定原电池电动势的测定对消法对消法.4040动力学部分实验六实验六 蔗糖水解转化的动力学研究蔗糖水解转化的

2、动力学研究.4646表面化学部分实验七实验七 溶液表面张力的测定溶液表面张力的测定最大气泡法最大气泡法.5252实验八实验八 液体粘度测定及恒温槽的性能测定液体粘度测定及恒温槽的性能测定.585811绪绪 论论第一节 物理化学实验的目的与要求物理化学实验的主要目的是使学生初步了解物理化学的实验研究方法，掌握物理化学的基本实验技术。通过正确测量、记录实验数据，运用物理化学基本理论，正确处理实验数据，分析实验现象和实验结果，加深对物理化学基本理论的理解，增强解决实际化学问题的能力。物理化学实验课程，对培养学生独立从事科学研究工作能力具有重要的作用。为了达到学习该课程的目的与要求，保证课程质量，对学

3、生物理化学实验课程学习的基本要求如下。一、实验前的预习学生在实验前应认真仔细阅读实验内容，了解实验的目的、原理、所用仪器的构造和使用方法，了解实验操作过程。在预习的基础上写出实验预习报告。预习报告内容包括实验目的、实验仪器与试剂、实验数据记录表格、预习中遇到的问题和实验步骤中的注意事项（往往对测量结果和仪器产生重要影响） 。预习报告写在实验记录本上，实验时交给指导教师检查。二、实验操作在实验过程中，严格地按实验操作规程认真进行实验。记录实验现象及数据必须真实、准确，不能随意更改，实验数据尽可能以表格形式整齐地记录在实验记录本上。 在实验过程中要勤于思考，细心观察实验现象，及时发现并设法解决实验

4、中出现的各种问题。完成实验后，将测量数据交指导教师检查签字。三、实验报告写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，为今后写科学研究论文打下基础。实验报告的书写要求字迹清楚整洁，作图和数据处理规范。物理化学实验报告一般包括：实验目的、实验原理、实验操作步骤、数据处理及结果与讨论等。（）实验目的要求简要地说明实验方法及研究对象。（）实验原理应简要地用文字、公式和图概述。（）实验步骤简要地用文字分点概述，注明仪器装置名称。22（）数据处理要写出计算公式，并注明公式中所需的已知常数值，同时举一个计算例子，注意各种数值的单位；实验数据尽可能以表

5、格形式表达，每一表格标题要有名称，每项数据要在数据表头标出单位及量纲；作图按实验数据表达方法中的作图方法进行，图要有标题，并端正地粘贴在实验报告上。（）结果与讨论的内容可包括对实验现象的分析和解释，以及对原理、操作、仪器设计和实验误差等问题的讨论与建议。第二节误差分析一、研究误差的目的物理化学实验以测量物理化学变化过程中物理量的变化为基本内容，通过对所测数据的合理处理，验证某些重要的规律，或得出一些实验结论，来了解研究体系的物理化学性质与化学反应之间的关系。在物理量的实际测量中，无论是直接测量的量，还是间接测量的量（由直接测量的量通过公式计算得到的 量） ，由于测量方法以及外界条件等因素的影响

6、，使得测量值与真值（或实验平 均值）之间存在一个称为“测量误差”的差值。由于误差无法消除，研究误差的目的是要在一定条件下得到更接近于真实值的最佳测量结果，并确认结果的不确定程度。在实验前估算各测量值的误差，为正确选择实验方法、选用精密度相当的仪器、降低成本、缩短实验时间以及获得预期的实验效果提供基本保证。因此，除了认真仔细地进行实验外，还要具备正确表达实验结果的能力。仅提供报告结果而不同时指出结果的不确定程度的实验是没有价值的。正确的误差概念对正确表达实验结果非常重要。二、误差的种类根据误差的性质和来源，可将测量误差分为系统误差、偶然误差和过失误差。系统误差在相同条件下，对某一物理量进行多次测

7、量时，测量误差的绝对值和符号保持恒定（总比真值大或小） ，这种测量误差称为系统误差。产生系统误差的原因有以下几点：（）实验方法的理论依据有缺陷，或实验条件控制不够严格，或测 量方法本身受到限制。如根据理想气体状态方程测量某种蒸气分子的质量时，由于实际气体对理想气体的偏差，若不采用外推法，测量结果总比实 际分子的质量高。（）仪器的灵敏度不够高，或仪器装置精度有限，试剂纯度不符合要求等。33（）个人习惯性误差，如读数、计时的误差等。系统误差决定了测量结果的准确度。系统误差可通过校正仪器刻度、改进实验条件、提高药品纯度、修正计算公式等方法减少或消除。但有时系统误差的存在很难确定，通常需要用几种不同的

8、实验方法或改变实验条件来确定。偶然误差在相同实验条件下，多次测量某一物理量时，每次的测量结果都不会完全相同，它们围绕着某一数值无规则地变动，误差的绝对值和符号无规则地变动，这种测量误差称为偶然误差。产生偶然误差的原因可能有：（）实验者对仪器最小分度值的估读，每次很难相同；（）测量仪器的某些元部件性能变化；（）影响测量结果的某些实验条件的控制。偶然误差在测量时不可能消除，也无法估计，但它一般服从正态分布的统计规律。若以横坐标表示偶然误差 ，纵坐标表示偶然误差出现的次数，可得到图-1。其中 为标准误差（标准误差 的定义见四） 。由图中曲线可见： 愈小，分布曲线愈尖锐，即实验测量数据中，偶然误差小的

9、数据出现的概率大； 分布曲线对纵坐标呈轴对称，即误差分布具有对称性，说明误差出现的绝对值相等，且正负误差出现的概率相等。当测量次数 无限多时，偶然误差的算术平均值趋于零：01lim1niin因此，要减小偶然误差，对被测物理量要进行多次重复测量，以提高测量的精密度。过失误差实验者在实验中出现失误所造成的误差。如数据读取、记录及计算错误或实验条件失控导致的数据误差。只要实验者细心操作，这类误差完全可以避免。44三、准确度和精密度精密度与准确度准确度指测量值与真实值符合的程度。测量值越接近真实值，准确度越好。精密度指多次测量某一物理量时，其数值的重现性。重现性好，精密度高；但精密度高，准确 度不一定

10、好；相反，若准确度好，精密度一定高。如三位实验者在相同的实验条件下测出的三组数据（） 、（）和（）有不同的精密度和准确度，见图 1-。（）组数据精密度高，但准确度差；（）组数据离散，精密度和准确度都不好；（）组数据的精密度高，且接近真实值 真，故准确度也高。真实值一般是不可知的，通常以几种正确的测量方法和经校正过的仪器，进行多次测量所得物理量的算术平均值或文献手册上的公认值作为真实值使用。四、误差的表示方法绝对误差和相对误差 绝对误差（）测量值（） 真值（真） 绝对偏差（d）测量值 （） 平均值（）x 平均值（算术平均值）：xxniixn11 为第 次测量值，为测量次数。一般 真用代替，而误差

11、x和偏差也不加以区别，统一称之为“误差” 。55 相对误差 xi绝对误差的单位与被测量的物理量单位相同，相对误差无因次，故不同物理量的相对误差可以互相比较，在比较各种被测物理量的精密度或评定测量结果的品质时，采用相对误差更合理。平均误差和标准误差平均误差niiniinnxx111平均相对误差 %100 x标准误差（或均方根误差） 的定义为：niiniinxxn1212) 1(1)() 1(1用标准误差表示精密度比用平均误差或平均相对误差更为优越。用平均误差评定测量精度的优点是计算简单，缺点是可能把质量不高的测量给掩盖了。而用标准误差表示时，测量误差平方后，较大的误差能更显著地反映出来，更能说明

12、数据的分散程度。因此，要精确地计算测量误差时，大多采用标准误差。五、可疑观测值的取舍在对原始数据的处理中，对可疑测量数据进行取舍的一种简便判断方法如下叙述。根据概率论，大于 的误差出现的概率只有 0.3%，通常把 的数值称为极限误差。当测量次数很多时，若有个别测量数据误差超过，则可舍弃。此判断方法不适用测量次数不多的实验。对测量次数不多的实验，先略去可疑的测量值，计算测量数据的平均值和平均误差，再算出可疑值与平均值的偏差，若（出现这种测量值的概率约 0.1%） ，此可疑值可舍去。注意：舍弃测量值的数目不能超出测量数据总数的 1/5。在相同条件下测量的数据中，有几个数据相同时，这种数据不能舍去。

13、六、间接测量结果的误差误差传递66物理化学实验进行的测量大多为间接测量，即需将实验测量的数据代入一定的函数关系式进行计算，才能获得需要的结果。显然，计算会将测量误差传递到最终的结果。实验测量数据的准确度会影响最终结果的准确度。平均误差和相对平均误差的传递设直接测量的物理量为和，其平均误差分别为 和 ，最终结果为，其函数关系为：(，） ，将 微分，则dyyudxxuduxy由于 和 的值都很小，可以用其代替上式中的，得yyuuxxuuuxy11uu 的平均相对误差部分函数的平均误差计算公式列于表 1-1 2间接测量结果的标准误差计算设函数关系同上节： （，） ，则标准误差与各次测量标准误差的关系

14、为：七、有效数字与测量结果的正确记录表示测量结果的数值，其位数应与测量精密度一致。如称得某物的重量为（1.32350.0004），1.323 是完全确定的，末位的不确定。于是前面位数字和第位不确定的数字一道被称为有效数字。记录和计算时，要注意有效数字的位数，如果一个数据未记录其不确定度（即精密度）的范围，严格地2222yxxyuyuxu77说，这个数据含义不清。一般认为最后一位数字的不确定范围为。间接测量的最终结果需运算才能得知，运算过程涉及有效数字位数的确定问题，有效数字位数的确定有如下规则。有效数字的表示法（）误差一般只有一位有效数字，最多不得超过两位。（）任何一个测量数据，其有效数字的位

15、数与误差位数一致。例 如：记为 1.240.01 是正确的，记为 1.2410.01 或 1.20.01，意义就不明确了。（）一般采用指数表示法表示有效数字的位数，如：1.234103，1.23410-1，1.23410-4，1.234105都是位有效数字。0.0001234 也表示有位有效数字，但是数字 123400 则无法说明有效数字的位数，采用指数记数法不存在这一问题。有效数字运算规则（）用四舍五入规则舍弃不必要的位 数。当数字 的首 位 大 于 或 等 于 时，可以多算一位有效数字，如 8.31 可在运算中看成是位有效数字。（）加减运算时，各数小数点后所取的位数与其中最少位数者对齐，如

16、：0.1212.2321.4580.1212.231.4613.81（）在乘除运算中，保留各数的有效位数不超过位数最少的有效数字。例如：1.5760.018281，其中 81 有效位数最低，但由于首位是，故可看作是位有效数字，所 以 其 余 各 数 都 保 留 位 有 效 数 字，则 上 式 变 为：1.580.018281，最后结果保留位有效数字。对于复杂的运算，先进行加减，然后再乘除，在计算过程中，若考虑四舍五入造成的误差积累可能会影响最终结果，可多保留一位有效数字，但最终结果仍保留适当的有效数字位数。（）计算式中的常数如 、或等一些从手册查出的常数，可按2计算需要确定有效数字位数。（）对

17、数运算中所取的对数位数（对数首数除外）与测量数据的有效数字位数相同。例如：K=3.4109化为对数应为 lgK=9.35。（）在整理最后结果时，须对测量结果的有效数字位数进行处理。表示误差的有效数字最多位。当误差的第一位数为或时，只须保留一位。测量值的末位数应与误差的末位数对齐。例如：测量结果：1001.770.033，237.4640.127，3=124557878 处理后为：1001.770.03，237.4640.13，3=(1.2460.009)105表示测量结果的误差时，应指明是平均误差、标准误差还是作者估计的最88大误差。八、误差分析应用举例a) 已知直接测量值的误差，计算函数的误

18、差：例一例一：最大气泡法测量溶液表面张力实验的计算公式为若测量值为=0.5260.002 KPa，水水溶液溶液PP水P=0.4470.002 KPa，求此次测量的相对误差和绝对误差。溶液P解：由于实验温度时（25）=71.9710-3 N/m 为从手册查出的水常数，可以认为不引入误差，根据误差传递公式（见表 1-1）：所以mNmNPPPPPP/105 . 00083. 0102 .610083. 0/102 .611071.97526. 0447. 00083. 0526. 0002. 0447. 0002. 0)()(3-3-3-3-溶液溶液水水溶液溶液水水溶液溶液溶液溶液此次测量的相对误差

19、为 0.8%，绝对误差为，测量结mN /105 . 0-3果应表示为（61.20.5）10-3 N/m。b) 已知函数误差要求，选择合适的精密度的仪器或方法。例二：例二： 以 KCl 为标准物质测量无水硫酸铜的无限稀释积分熔解热的计算公式为，要求实验误4444CuSOCuSOCuSOKClKClKclKClCuSOmMTTHMmH差小于 3%，各直接测量值的误差有多大？实验中所用仪器是否合适？解：上式中 MKCl,MCuSO4和为常数可认为无误差,根据误差传递KClH公式444444)()()(CuSOCuSOCuSOCuSOKClKClKClKClCuSOCuSOmmTTTTmmHH99实验

20、中用百分之一天平（天平绝对误差为 0.01 克）称量的质量KClm为 67 克，的质量为 34 克，用读数误差为0.002的贝克曼4CuSOm温度计测量，的读数在 0.6500.800之间，现按最大误KClT4CuSOT差计算，则%73. 1%33. 0%62. 0%62. 0%16. 0)(%62. 0650. 0004. 0)(%62. 0650. 0004. 0)(%33. 0301. 0%16. 0601. 0444444CuSOCuSOCuSOCuSOKClKClCuSOCuSOKClKClHHTTTTmmmm从计算结果可知本次实验选用的仪器可以满足实验误差要求（3%） 。从计算还可

21、以看出影响本次实验误差的关键在于温度的准确性。第三节物理化学实验数据的表达方法物理化学实验数据的表达方法主要有种：列表法、作图法和数学方程式法。一、列表法在物理化学实验中至少包括两个变量，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。列表时注意：（）每个表开头都要写出表的序号及表的名称；（）在表格的每行写出数据的名称及量纲，数据的名称用符号表示，如P(压力)/Pa；（）表中的数值用最简单的形式表示，公共的乘方因子应放在首栏注明；1010（）每行数字要排列整齐,小数点对齐，并注意有效数字的位数。二、图解法图解法在物理化学实验

22、中的应用用作图法表达物理化学实验数据，能清楚地显示研究变量的变化规律，如极大值、极小值、转折点、周期性以及变量的变化速率等重要性质。根据表格数据作出的图形，可以将数据作进一步处理，以获得更多的信息。作图有多种方法，常用的作图方法有以下种。（）外推法一些无法由实验测量直接得到的数据，可用作图外推法获得。外推法是根据图中曲线的发展趋势，外推至测量范围之外来获得所求的数据（极限值） 。如用液体饱和蒸汽压的测定实验中，须用外推法来获得环己烷的正常沸点。（）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。例如作环己烷-乙醇双液系相图可确定体系的最低恒沸点及恒沸物组成。（）求经验方程若

23、因变量与自变量之间有线性关系，表示 与的几何图形为一条直线，直线的斜率为，直线对轴的截距为。从直线的斜率和截距可求得 和的具体数据，得到经验方程： 。若自变量和因变量有指数函数的关系，进行对数转化后可得到线 性关系。例如化学动力学中的阿仑尼乌斯公式：k =exp(-E / RT)两边取对数：lnk = lnA - E/RT 以 lnk 对 1/T 作 图，从斜率可以求出活化能，从截距可求出碰撞频率。（）作切线求函数的微商实验数据经处理后作图，从图中的曲线可求出曲线上各点表示的函数的微商值。从曲线求函数的微商值的方法是在选定点上作切线，切线的斜率是该点函数的微商值。作切线较准确的方法为镜面法。（

24、）图解积分法若图中的因变量是自变量的导数函数，当无法知道该导数函数解析表达式时，通过求图中曲线所包围的面积，可得到因变量的积分值。作图方法（）坐标纸的选择坐标纸有直角坐标纸、半对数或对数坐标纸和极坐标纸，最常用的坐标纸是直角坐标纸。（）坐标标尺的选择 坐标纸选定后，按下面的要求选择适当的 坐标标尺。 坐标的标尺要能表示出全部有效数字，使图上读出的各物理量的精密度与测量时的精密度一致。1111 能方便地读出坐标轴上最小单位的数值，一般最小单位代表的变量数值为整数的、倍，不宜选用整数的、倍如图1-3 所示。无特殊需要时，不必把坐标的原点定为变量的零点，一般坐标的原点从略低于最小测量值的整数开始，这

25、样使坐标纸被充分利用，图形紧凑美观如图-（）所示。 若曲线是直线或接近直线，坐标标尺的选择应使直线与轴的夹角接近 45，图 1-3（）及 图 1-4（）正 确，而图 1-3（）及图 1-4（）不正确。（）作代表点作图时，将数据以点（用 、或等符号表示）的方式明显地描绘在图上（点的大小由误差确定） 。将几组测1212量数据作在同一个图上时，用不同的符号来表示不同组的测量数据，以示区别。（）绘曲线描点后，用铅笔循点变化的趋势手描 曲 线，再用曲线 板 按描线的曲率逐段绘图，得到光滑的曲线。做好这点的关键是将曲线板上的曲边与手描线的部分重合，描出重合部分的 1/2 到 2/3 段。作图时，曲线不必通

26、过所有的点，应使各点均匀地分布在曲线两侧，曲线两旁各点与曲线间的距离，大致相同。（）图名及图坐标的标注作好曲线后，写上完整的图名，在图的坐标旁标注各轴代表的物理量及单位。如图 1-5 所示。（）作切线通常用镜像法在曲线上作切线。若需在曲线上任一点作切线，可取一平面镜（可用玻璃棒代替）垂直地放于图纸上，使镜面通过点与曲线相交，映在镜面中的曲线与实际的曲线有折点如图 1-6(a)所示，以点为轴调整镜面，使映在镜面中的曲线与实际的曲线连成一光滑曲线如图 1-6(b)所示，沿镜面作直线（法线） ，通过点作的垂线（切线）如图 1-6(c)所示。1313三、三、 数学方程式法将一组实验数据用数学方程式表达

27、出来是最为精练的一种方法。它不但方式简单而且便于进一步求解，如积分、微分、内插等。此法首先要找出变量之间的函数关系，然后将其线性化，进一步求出直线方程的系数斜率 m 和截距 b，即可写出方程式。也可将变量之间的关系直接写成多项式，通过计算机曲线拟合求出方程系数。求直线方程系数一般有三种方法： 图解法将实验数据在直角坐标纸上作图，得一直线，此直线在 y 轴上的截距即为 b值(横坐标原点为零时)；直线与轴夹角的正切值即为斜率 m。或在直线上选取两点(此两点应远离) (x1，y1) 和 (x2，y2)。则1212211212;xxxyxybxxyyxym 平均法若将测得的 n 组数据分别代人直线方程

28、式，则得 n 个直线方程bmxybmxybmxynn2211将这些方程分成两组，分别将各组的 x，y 值累加起来，得到两个方程1414bknxmykbxmynkiinkiikiikii1111解此联立方程，可得 m，b 值。 最小二乘法这是最为精确的一种方法，它的根据是使误差平方和最小，以得到直线方程。对于（xi, yi）(I=1,2,n)表示的 n 组数据，线性方程中的回归bmxy数据可以通过此种方法计算得到。xmyb，niixnx11niiyny11xxxySSm 其中 x 的离差平方和21121niiniixxxnxSy 的离差平方和21121niiniiyyynySx, y 的离差乘积

29、之和niiniiniiixyyxnyxS1111得到的方程即为线性拟合或线性回归。由此得出的y值称为最佳值。1515实验一实验一 硫酸铜硫酸铜溶解热的溶解热的测定测定一、实验目的及要求（1）掌握用量热计测量无水硫酸铜的无限稀释积分熔解热的方法。（2）掌握贝克曼温度计的原理及使用方法。（3）运用雷诺图解法对热交换、搅拌热等进行校正，求出真正温差。二、 实验原理物质溶于溶剂时，常伴随着热效应产生。经研究表明，温度、压力以及溶质和溶剂的性质、用量都对热效应有影响。物质溶解过程，常包括溶质晶格的破坏和分子或离子的溶剂化作用。一般晶格的破坏为吸热过程，溶剂化作用为放热过程。总的热效应由两个过程的热量相对

30、大小决定。溶解热分为积分溶解热和微分溶解热，积分溶解热是在标准压力和一定温度下，1 摩尔溶质溶于一定量的溶剂中所产生的热效应。微分溶解热是在标准压力和一定温度下，1 摩尔溶质溶于溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应。本实验测定的是积分溶解热。测定积分溶解热是在绝热的量热计（杜瓦瓶）中进行。首先标定量热系统的热容（指量热计和溶液温度升高 1 开尔文所吸收的热量，单位为 JK-1）。将某温度下已知积分溶解热的标准物质 KCI 加入量热计中溶解，用贝克曼温度计测量溶解前后量热系统的温度，并用雷诺作图法求出真实温度差Ts，若系统的绝热性能很好，而且搅拌热可忽略时，由热力学第一定律可得如下公式：

31、 (1)0ssssTCHMm 即： (2) ssssTHMmC式中 ms 、Ms分别为标准物质即 KCI 的质量和摩尔质量(74.55)，为sH标准压力和一定温度下 1 摩尔 KCI 溶于 200 摩尔水中的积分溶解热（不同温度下 KCI 积分溶解热见附表）。Ts为 KCI 溶解前后温度变化值。C 为量热1616计（包括杜瓦瓶、搅拌器、水、温度计浸入部分）热容，又称热当量或水当量。用同一量热系统（量热计热容 C 不变）测待测物质的积分溶解热时，.若待测物质的质量为 m，摩尔质量为 M。溶解前后温度变化T，则由（2）式得待测物质的积分溶解热： (3)mMTCHCuSO4必须指出，上述计算中包含了

32、水溶液的热容都相同的假设条件。本实验的待测物质为无水硫酸铜，其摩尔质量 M 为 159.6。为了使实验误差小于 3%，本次实验使用读数误差在0.002的贝克曼温度计（计算见绪论）测量Ts和T。贝克曼温度计的调节使用方法见本次实验附录。在实际量热过程中应该使Ts 和T 落在同一温度计的相同温度区域内，数值应尽量接近，这样由于温度计本身的不均匀性所产生的误差就可以抵消掉。由于量热计不是严格的绝热系统，又由于传热速度的限制，物质溶解后温度变化需要一定的时间，在这段时间里，系统和环境要发生热交换，因而从温度计上读的温差就不是真实的温差，需对测量温差进行校正，常用温度校T正图即雷诺图解法来校正。 图 2

33、-1 绝热较差时温度校正图 图 2-2 绝热较好时温度校正图雷诺图解法方法是根据实验过程中的测量数据，作温度时间曲线。如图2-1，2-2 所示是不同的系统及环境温度所产生的温变曲线，其中 ab 段表示实验前期，b 点相当于开始溶解放热之点；c 点为观测到的温度转折点，bc 段相当于主期；cd 段则为后期。由于量热计与周围环境有热量交换，热漏的现象还是无法完全避免的，所以曲线 ab 和 cd 常常发生倾斜，图中 b 点相当于溶1717解开始时出现升温点，温度为 T1，C 点为读数中的最高温度点，在 T =（T1+T2）/2 处作平行于横轴的直线交曲线于 O 点，过 O 点作垂直于横轴的直线 AB

34、，然后分别作 b、c 两点的切线，分别交 AB 于 E、F，E、F 两点所表示温度差，即为硫酸铜溶解于水所引起的温度升高值。图中 EE表示由于环境辐射进来和搅拌引起的热量所造成的温度升高，这部分是应当扣除的；而 FF表示热量计向环境辐射出热量所造成的温度降低，这部分是应当加入的。经过上述温度的校正所得的温度差 EF 表示了由于样品溶解使热量计温度升高的数值。如果溶解前量热计的水温稍低或热量计绝热性能较好，则反应后期的温度并不降，在这种情况下的 T 仍然按着上述方法进行校正（如图 2-2 所示）。三 、仪器与药品测温量热计(保温瓶、贝克曼温度计、电动搅拌机各一个) 1 套，秒表 1块，台称 1

35、台，漏斗 1 个，普通温度计 1 只，放大镜 1 个，容量瓶 1 个，分析纯 KCI 和 CuSO4四、实验步骤1.实验前准备（1）按图 2-3 把量热计装置好。（2）用容量瓶准确称量适量（视杜瓦瓶大小，也可用 500 ml 或 350 ml）蒸馏水加入杜瓦瓶中，盖好杜瓦瓶塞及加样孔塞。保持一定的搅拌速度，待蒸馏水与量热计的温度达到平衡时，用普通温度计量出水温，记为t01。(3) 称量 KCI，无水硫酸铜的质量，记录它们的质量。（4）调节贝克曼温度计，使其插入量热计水中汞柱在”3”附近。2.量热计热容 C 的测定开动秒表，用放大镜读取贝克曼温度计的读数，每分钟读一次，读准到 0.002，到八分

36、钟（此时已读八个数据即为温度时间曲线的前期）时取下加样孔塞（切记，此时秒表决不能停），插入专用漏斗，立即将称量的 KCI 迅速全部到入杜瓦瓶中，取下漏斗，重新塞上孔塞，立即读出 图 2-3 量热计装置图1.贝克曼温度计 2.搅拌器3.漏斗 4.杜瓦瓶1818一个温度数据并记下时间，以后每半分钟读一个数（即为温度时间曲线的主期） ，到温度不再迅速下降后，继续每分钟读一次连续读取 8 次（即为温度时间曲线的后期） 。测溶解温度关闭搅拌机，读出普通温度计在溶液中的温度作为溶解温度 t02。查时 KCI 的无限稀释积分熔解热。20201tt3. 无水 CuSO4溶解热的测定用无水 CuSO4代替 KC

37、I，重复上述操作。五、注意事项1. 整个实验过程搅拌速度应保持一致且速度不宜过快，已免产生较大的搅拌热。2. 试样决不能吸潮并研成粉末，加试样仍在半分钟内完成，而且试样不能有损失。3. 实验从开始启动秒表计时直到整个过程结束，决不能停秒表。4.本实验应保证样品完全溶解，否则需要重做实验。5.量热器绝热性能与盖上各孔隙密封程度有关，实验过程中要注意盖好，减少热损失。六、数据记录与处理1. KCI 质量_ g ， 无水 CuSO4质量_ g， 水温 t01_， KCI 完全溶解时温度 t02_ 时间 t(s)温度 t()时间 t(s)温度 t()时间 t(s)温度 t()时间 t(s)温度 t()

38、时间 t(s)温度 t()2.分别将 KCI、无水 CuSO4数据作温度时间曲线，并用雷诺法求取真实温差Ts和T。3. 计算量热计热容 C。19194. 应用公式，计算在 KCI 溶液温度时无水 CuSO4的积分溶解热。5. 按照误差传递公式计算出实验测量无水 CuSO4的积分溶解热的相对误 差。七、思考题1. 若蒸馏水与杜瓦瓶温度不平衡，对测定有何影响？2. 试分析实验中影响温差T 的各种因素。3. 在此实验基础上，如何进一步提高量热的准确性。4. 加入量热计中的蒸馏水是否要很准确?用少量水冲洗漏斗中残留盐晶体对实验结果有无影响?附录 1不同温度下不同温度下 1 摩尔摩尔 KCI 溶于溶于

39、200 摩尔水中的积分溶解热摩尔水中的积分溶解热温度溶解热 KJmol-1温度溶解热 KJmol-11011121314151617181919.9919.8019.6419.4619.2819.1118.9518.7818.6218.462021222324252627282918.3118.1618.0117.8617.7217.5717.4317.2817.1517.02附录 2.贝克曼温度计物理化学实验中常用贝克曼温度计精密测量温差，不能测量绝对温度。其构造如图2-4所示。它与普通水银温度计的区别在于测温端水银球内的水银量可以借助毛细管上端的U状水银贮槽来调节.贝克曼温度计上的刻度通常

40、只有5C（或6C） ，每1C刻度间隔5cm，中间分为100等分，可直接读出0.01C，用放大镜可估读到0.002C，测量精密度高。主要用于量热技术中，如凝固点降低、沸点升高及燃烧热的测定等精密测量温差的工作中。贝克曼温度计在使用前需要根据待测系统的温度及误差的大小、正负来调节水银球中的水银量，把温度计的毛细管中水银端面调整在标尺的合适范围内。使用时，首先应将它插入一个与所测系统的初始温度相同的系统内，待平衡后，2020如果贝克曼温度计的读数在所要求刻度的合适位置，则不必调节，否则，按下列步骤进行调节：用右手握住温度计中部，慢慢将其倒置，用手轻敲水银贮槽，此时，贮槽内的水银会与毛细管内的水银在

41、A 点处相连，将温度计小心正置，防止贮槽内的水银断开。调节烧杯中水温至所需的测量温度。设要求欲测温度为 t 时，使水银面位于刻度“3”附近，则使烧杯中水温 t= t +（5-3）+R（R为 H 点到 A 点这一段毛细管所相当的温度，一般约为 2。见图（2-4） 。将贝克曼温度计，插入温度为 t的盛水烧杯中，待平衡后取出（离实验台稍远些）,右手握住贝克曼温度计的中部，左手沿温度计的轴向轻轻敲击右手腕部位，振动温度计，使水银在 A 点处断开，这样就使温度计置于温度t的系统中时，毛细管中的水银面位于 A 点处，而当系统温度为t时，水银面将位于 3附近。 贝克曼温度计较贵重，下端水银球尺寸较大，玻璃壁

42、很薄，极易损坏，所以一般应放置温度计盒中，或者安装在使用仪器架上，或者握在手中。不应任意放置。在使毛细管内水银与槽内水银断开的操作中，敲击手背时勿用力过猛，使用时不要与任何物体相碰，避免重击。温度计调节好后，不能再将其倒置，或用手掌握水银球等以防毛细管中水银进入贮槽导致调节失效。图 2-4 贝克曼温度计A.毛细管末端 B.水银球C.毛细管 R 水银贮槽 H.刻度尺2121实验二实验二 液体饱和蒸汽压的测定液体饱和蒸汽压的测定静态法静态法一、实验目的及要求1. 用静态法测定环己烷在不同温度下的饱和蒸汽压，了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。2. 明确液体饱和蒸汽压的定义，了解纯液体饱和蒸汽压与温

43、度的关系。克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义。3. 学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。4. 初步掌握低真空实验技术二、 实验原理 在一定的温度下，真空密闭容器内的液体能很快和它的蒸汽相建立动态平衡，即蒸汽分子向液面凝结和液体中分子从表面逃逸的速率相等。此时液面上的蒸汽压力就是液体在此温度下的饱和蒸汽压力。液体的饱和蒸汽压与温度有关：温度升高，分子运动加速，因而在单位时间内从液相进入气相的分子数增加，蒸汽压升高。 蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙克劳修斯方程式来表示：2lnRTHdTpdm式中 P 为液体在温度 T 时的饱和

44、蒸汽压（Pa） ，T 为热力学温度（K） ，Hm为液体摩尔气化热（Jmol1） ，R 为气体常数。如果温度变化的范围不大，Hm可视为常数，将上式积分可得：C PPlgRT.Hm3032式中 C 为积分常数，此数与压力 P 的单位有关。由上式可见，若在一定温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸汽压，以对作图，可得一直PPlgT1线，直线的斜率为，而由斜率可求出实验温度范围内液体的平均摩R.Hm30322222尔气化热Hm。 （或者，直线的斜率（B）与环己烷的摩尔气化TBAPlg热的关系由克劳修斯克拉贝龙方程式给出为：）RHBmgl303. 2当液体的蒸汽压与外界压力相等时，液体便沸腾，外压不同，液体

45、的沸点也不同，我们把液体的蒸汽压等于 101.325KPa 时的沸腾温度定义为液体的正常沸点。从图中也可求得该液体的正常沸点。本次实验采用静态法测定环己烷的饱和蒸汽压的：该方法是把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下直接测量蒸汽压，它要求体系内无杂质气它要求体系内无杂质气体体。此法适用于易挥发液体饱和蒸汽压的测量和固体加热分解平衡压力的测量，准确性较高。通常是用平衡管（又称等位计，等压计）进行测定的。平衡管平衡管由 A 球和 U 形管 B、C 连接而成（如图1 所示） ，待测物质置于球管内，U 形管中放置被测液体，将平衡管和抽气系统、压力计连接，在一定温度下，当 U形管中的 B、C 液面

46、在同一水平时，表明 U 形管两臂液面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。可见，利用平衡管可以获得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽，U 形管中的液体起液封和平衡指示作用。本实验的具体实验装置见图 2。三 、仪器与药品SYP 型玻璃恒温水浴1 套 平衡管（带冷凝管） 1 支SWQ-IA智能数字恒温控制器1 台 DP-A 精密数字压力计 1 台缓冲储气罐1 台 环己烷（A.R）2XZ-1 型旋片真空泵及附件1 套2323四、实验步骤 图 2 实验装置图1. 连冷凝管的平衡管 2. 搅拌器；3. 温度计；4 冷阱5. 数字

47、压力计 6. 缓冲储气罐7.接真空泵(G 为抽气活塞;H 为放空活塞)1. 装样将平衡管（又称等位计、等压计）内装入适量待测液体环己烷。A球管约2/3体积，U形管两边B，C各1/2体积，然后按图装好各部分。如图2所示。(各个接头处用短而厚的橡皮管连接，然后再用石蜡密封好，此步骤实验室已装好)。2压力计采零关闭缓冲罐的活塞 G，打开活塞 H，此时 DP-A 精密数字压力计所测压力即为当前大气压，按下压力计面板上的采零键，显示值将为 00.00 数值（大气压被视为零值看待） 。2. 系统气密性检查开动真空泵，关闭活塞H，缓慢打开活塞G使系统与真空泵连通，抽气减压至压力计显示至-600mmHg时，关

48、闭活塞G，使系统与真空泵、大气皆不相通。观察压力计的示数，如果压力计的示数能在35min内维持不变，或显示数字下降值7mmHg/秒，则表明系统不漏气，否则应逐段检查，消除漏气原因。3. 排除球管上方空间内的空气调节水浴温度为40，开启搅拌器匀速搅拌，其目的是使等压计内外温度平衡，抽气减压气泡逸出的速度以一个一个地逸出为宜，不能成串成串地冲出至液体轻微沸腾（如果有此现象应当如何处理？） ，此时AB弯管2424内的空气不断随蒸汽经C管逸出，如此沸腾35min，可认为空气被排除干净。4. 饱和蒸汽压的测定当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转活塞H缓缓放入空气，直至B、C管中液面平齐，关闭活塞H，

49、记录温度与压力。然后，将恒温槽温度升高5，当待测液体再次沸腾，体系温度恒定后，放入空气使B、C管液面再次平齐，记录温度和压力。依次测定，共测7个值。升高温度间隔为35K。5测大气压下的沸点当体系完全与大气相通时(压力计读数为 0 mmHg)，记录 B、C 管中液面平齐时水浴温度，即为实验测定的环己烷的正常沸点。6实验完毕后，关闭所有电源，将体系放入空气，整理好仪器装置，但不要拆装置。五、注意事项1、抽气速度要适中，避免平衡管内液体沸腾过剧致使 U 形管内的液体被抽尽。2、测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管的空间中。如果发生倒灌，则必须重新排除空气。3等压计 A 球

50、液面上空气必须排除干净，因为若混有空气，则测定结果便是环己烷与空气混合气体的总压力而不是环己烷的饱和蒸汽压。2要防止被测液体过热，以免对测定饱和蒸汽压带来影响，因此不要加热太快，以免液体蒸发太快而来不及冷凝，冲到冷凝观上端 T 型管处。3另外，也可以沿温度降低方向测定。温度降低，环己烷饱和蒸汽压减小。为了防止空气倒灌，必须在测定过程中始终开启真空泵以使系统减压。降温的方法可用在烧杯中加冷水的方法来达到。其它操作与上面相同。4、本实验方法不能用于测定溶液的蒸汽压，因为静态法它要求体系内无杂质气体。六、数据记录与处理大气压力：实验开始读数 KPa 实验结束读数 KPa 平均值 KPa温 度压力测量

51、仪读数环已烷的饱和蒸气压实验次数T1/TEPlgp25251. 在坐标纸上绘制图，从图中求出环己烷的平均摩尔气化热，PPlgT1并将直线延长到 p=101325kPa 处，求环己烷的正常沸点。2. 环己烷的正常沸点为 80.75，气化热为 32.06KJ.mol-1， 计算实验的相对误差。3. 求出液体蒸汽压与温度关系式（= ）中的 A、B 值。PPlgATB七、思考题1 为什么 AB 弯管中的空气要排干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？2、压力计的读数是否即为系统绝对压力？3. 为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？4、若某一次 B、C 水平，但该次温度没有记录下来，实验

52、能否继续下去？123456782626实验三实验三 完全互溶双液系气液平衡完全互溶双液系气液平衡相图相图 最低恒沸点的测定最低恒沸点的测定一、实验目的及要求1. 掌握绘制完全互溶双液系相图的方法，并确定最低恒沸点组成及其温度。 2. 掌握用沸点仪测沸点的方法3. 掌握用阿贝折射仪测量液体和蒸气的组成的工作原理及其使用方法。二、 实验原理两种液态物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合构成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的液相组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，沸点与两组分的相对含量有

53、关。我们把一定压力下，双液系的沸点与组成的 T-x 关系图称为相图。一般有下列三种情况：tAtAtAtBtBtBt / oCt / oCt / oCxBxBxBABAABB(a)(b)(c)xx图 1 完全互溶双液系的沸点组成图1. 混合物的沸点介于两种纯组分之间（如图 1(a)）2. 混合物存在着最高沸点（图 1(b)）3. 混合物存在着最低沸点（图 1(c)）对于后两种情况，为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低或最高恒沸点时的气相和液相组成相同。因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双2727液系的两个组分相互分离，只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。为了测定双液系的

54、 T-x 图，需在气液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。实验中气液平衡组分的分离是通过沸点仪实现的，由于折射率与浓度有关（见本实验附录） ，所以各相组成的准确测定是通过阿贝折光仪测量折射率进行的。本实验测定的环己烷乙醇双液系相图属于具有最低恒沸点一类的体系。方法是利用沸点仪（图 2）直接测定一系列不同组成混合物的气液平衡温度（沸点） ，并收集少量气相和液相冷凝液，分别用阿贝折光率仪测定其折射率，然后根据折射率与样品浓度之间的工作曲线，查得所对应的气相、液相组成。沸点仪有多种，各自有各自的特点，但主要是达到测量沸点和分离平衡时气相和液相的目的。本实验使用的沸点仪是一只带有回流冷

55、凝管的长径圆底蒸馏瓶。冷凝管底部有一凹槽，可收集少量冷凝的气相样品。通入的电流先经过变压器调压后，再通过浸没在溶液中的电热丝对溶液加热，这样可防止暴沸和过热现象。本实验需要对沸点作精确测定，故需对水银温度计进行校正，校正方法见本实验附录。三 、仪器与药品沸点测定仪 阿贝折光仪（包括恒温装置） 恒温槽长、短滴管 调压器 温度计（50-100 C, 1/10 C） 温度计（0-50 C，1/10 C） 量桶（100 ml） 烧杯 （500 ml） 环己烷-乙醇混合液 （595%） 丙酮 重蒸馏水图 2 沸点仪的结构图A 圆底蒸馏瓶 B.主温度计 C.小玻管 D.贮液凹槽 E.电热丝 F.冷凝管 G

56、.辅助温度计 L.支管2828四、实验步骤1调节阿贝折光仪。（1）将折光仪与恒温水浴连接，调节所需要的温度（一般恒温在25.00.2） ，同时检查保温套的温度计是否准确。打开直角棱镜，用丝绢或擦镜纸沾少量丙酮轻轻擦洗上、下镜面，注意只可单向擦而不可来回擦，待晾干后方可使用。（2）仪器校准 使用重蒸馏水作为标准样品，把重蒸馏水滴在下面棱镜的毛玻璃面上，并合上两棱镜，旋转棱镜转动手轮，记录读数镜内刻度值与水的折率(水的折光率 nD25=1.3325, nD30=1.3319)的差值,作为仪器的系统误差。2.工作曲线的测定（此步操作已由老师操作完成）用分析天平准确快速地称取环己烷和乙醇，分别配制环己

57、烷的质量分数为0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90 和 1.0 的环己烷乙醇溶液各 5ml，调节阿贝折射仪，测得样品的折射率 nD。3.测沸点将沸点仪安装好，注意电热丝要靠近烧瓶底部中心，温度计水银球的位置要在支管以下，至少要高出电热丝 2cm，自沸点仪的支管中加入待测液 30ml，其液面应处于水银球中部。将支管塞紧。打开冷却水，接通电源，调节变压器，使溶液缓慢加热至沸腾。当蒸气在冷凝管中开始冷凝时，再调节冷却水的流量及电压大小，注意保持蒸气在冷凝管中的回流高度在2cm 左右，待温度计的读数稳定 35min 后，记录温度值（包括测量温度计

58、读数及辅助温度计读数） 。4取样测折射率切断电源，停止加热，随即用一个盛水的大烧杯套在烧瓶的底部，使系统冷却。用一支洁净干燥的长滴管自冷凝管口处吸取气相区球形水槽内的液体，用另一短滴管吸取圆底烧瓶内的液体，迅速用阿贝折光仪分别测其折射率。依照上述方法测定其它样品的沸点及气、液相的折射率。五、注意事项1. 电热丝及其接触点不能露出液面，一定要浸没在待测液内，否则通电加热会引起有机溶剂燃烧。2.读取溶液沸点和停止加热准备测定折光率时，一定要使体系达到气液平衡。取样分析后，吸管不能倒置。3. 严格控制加热电压，只要能使液体沸腾即可。过大的电流，会引起待测液燃烧或烧断电阻丝，甚至烧坏变压器。4、测定折

59、射率的时候一定要迅速，以防止由于挥发而改变其组成。2929六、数据记录与处理1将实验数据记录于表中。室温： 大气压： KPa环己烷乙醇混合物的沸点、折射率及组成测定组数12345678910组成(乙醇)测量沸点观t露径温度环t露径校正露茎t压力校正大气t沸点正常沸点正常t123折射率平均值气相冷凝液组成123折射率平均值液相冷凝液组成2.根据表 2 中气相、液相的折射率由折射率组成的标准曲线查出平衡后气相和液相的组成。3. 溶液的沸点与大气压有关，正常沸点可按下式由实验测出的沸点进行校正。3030，t沸是实验的大气压下所测沸点，；P 是实)101.325P-(110沸大气tt验时的大气压，K。

60、所以露大气观正常tttt4根据表中校正后的沸点和组成绘制出气液平衡相图，确定恒沸组成和恒沸温度。七、思考题. 折射率测定为什么要在恒温下进行？. 影响实验精度的因素之一是回流的好坏，如何使回流进行得充分，标志是什么？. 蒸馏瓶、量桶等是否需要用水洗涤，是否需要用待测液润洗？环己烷乙醇溶液的浓度是否要准确配制？4在常压下，用精馏的方法能否实现环己烷和酒精的完全分离？5沸点仪中 D 贮槽过大或过小，对测量有什么影响？附录 1 水银温度计的校正大部分水银温度计是“全浸式”的，使用时应将其完全置于被测体系中，使两者完全达到热平衡。但实际使用时往往做不到这一点，所以在较精密的测量中需作校正。露茎较正 全