化学系物理化学思考题及答案

化学系物理化学实验思考题及答案 实验一 液体饱和蒸汽压的测定 一.液体饱和蒸气压的测定 1. 测定液测量体饱和蒸气压的方法有哪些？本系物理化学实验室采用的是什么方法？ 答：(1)静态法：在某一温度下直接饱和蒸汽压。 (2)动态法：在不同外界压力下测定沸点。 (3)饱和气流法：使干燥的惰性气体通过被测物质，并使其为被测物质所饱和，然后测定 所通过的气体中被测物质蒸汽的含量，就可根据道尔顿分压定律算出此被测物质的饱和蒸汽压。 本实验采用静态法测定乙醇的饱和压。 2 等压计 U 型管中的液体起什么作用？冷凝器起什么作用？为什么可用液体本身作 U 型管 封闭液？ 答：(1)U 型管作用：封闭气体，防止空气进行 AB 弯管内； 作等压计用，以显示 U 型管 两端液面上的压力是否相等。 (2)将 U 型管内封闭液蒸气冷凝，防止其“蒸干” (3)封闭液作用是封闭和作等压计用，可用液体本身作封闭液。若用其它液体作封闭液， 则平衡时 a 球上方的气体为封闭液蒸气和乙醇蒸气的混合气体，测定结果偏高。 3 开启旋塞放空气入体系内时，放得过多应如何办？实验过程中为为什么要防止空气倒灌？ 答：(1)必须重新排除净 AB 弯管内的空气。 (2)AB 弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压;另一部分是空气的压力。测 定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体的蒸气压。 4 如果升温过程中液体急剧气化，该如何处理？ 答：缓慢放入空气，使系统压力慢慢升高，以保持等压计两液面平齐，以免使等压计内的乙醇 急剧沸腾，使液封量减少。 实验二 燃烧热的测定 1. 在本实验中，哪些是系统？哪些是环境？系统和环境间有无热交换？这些热交换对实验结 果有何影响？如何校正？ 答：盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的热量计其余部分为环境，系统 和环境之间有热交换，热交换的存在会影响燃烧热测定的准确值，可通过雷诺校正曲线校正来 减小其影响。 2. 固体样品为什么要压成片状？萘和苯甲酸的用量是如何确定的？ 答;压成片状有利于样品充分燃烧；萘和苯甲酸的用量太少测定误差较大，量太多不能充分燃 烧，可根据氧弹的体积和内部氧的压力确定来样品的最大用量。 3. 试分析样品燃不着、燃不尽的原因有哪些? 答：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；压片太松、氧气不足会造成燃不尽；燃烧丝 接触不良。 4. 试分析测量中影响实验结果的主要因素有哪些? 本实验成功的关键因素是什么? 答：能否保证样品充分燃烧、系统和环境间的热交换是影响本实验结果的主要因素。本实验成 功的关键：药品的量合适，压片松紧合适，雷诺温度校正。 5. 使用氧气钢瓶和氧气减压器时要注意哪些事项？ 答：打开时：先逆时针开总阀，再顺时针开减压阀。关闭时：先逆时针关减压阀，再顺时针关 总阀，再打开减压阀排出总阀与减压阀之间剩余的氧气，然后关闭减压阀。 本答案部分属个人见解，欢迎指正 第 3 页 共 12 页 实验三 双液系的气液相平衡相图 1 在“二组分气液平衡相图的测定”实验中，作标准溶液的折光率组成曲线的目的是什 么？ 答：从标准溶液的折光率组成曲线上可以得出某沸点下的气相组成和液相组成。 2 在“二组分气液平衡相图的测定”实验中，收集气相冷凝液的小槽的大小对实验结果有 无影响？ 答：若冷凝管下方的凹形贮槽体积过大，则会贮存过多的气相冷凝液，其贮量超过了按相平衡 原理所对应的气相量，其组成不再对应平衡的气相组成，因此必然对相图的绘制产生影响。 3 每次加入蒸馏瓶中的三氯甲烷或乙醇是否应按记录表规定精确计量？ 答：不一定。绘制沸点组成图时，不必精确知道系统组成。需要精确知道的数据是不同系统 组成时的沸点、气相组成和液相组成，而气液两相组成可通过折光率组成标准曲线得到。 4 如何判定气液两相已达到平衡？ 答：将液体缓慢加热，当液体沸腾回流一段时间，且体系温度计读数稳定时，可判定气液两 相已达到平衡。 5. 该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保 持一致？为什么？ 答：在该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度应保持一 致，因为温度不同，物质的折射率不同；而且测定样品的折射率后，要在工作曲线上查折射率 对应的气液相组成。 实验四 溶解热的测定 1 根据积分溶解热的定义，可知随着n 0增大， solH应该不断增大的，且增大的速率逐渐变 慢。图中拟合的二次曲线并不是与此严格相符的，在n 0=700左右有下降趋势。所以，该拟合曲 线线只能概括实验进行范围内的 solH n0的关系。若要得到更大范围内的关系曲线，需要增 加实验组数，获得更全面的数据 。 2 硝酸钾溶解在水中吸热，这是破坏硝酸钾的晶格能，硝酸钾的电离能以及溶剂化热等能量 的综合效应。从实验结果看出，溶剂的量n 0越多，吸热也越多，这可能是与溶剂化热有关，溶 剂的量不同， 会影响K +,NO3-周围的水合离子数。 3 溶剂量的影响随着溶剂量的增多而逐渐减弱，反映在图中曲线的斜率减少上。当溶剂很多 时，加入少量的溶剂，浓度的变化甚小。这些体现在微分稀释热上。 微分稀释热定义为1mol 溶质溶解在无限量一定浓度溶液中产生的热效应。按此定义，在定温定压下它为一定值。实验 处理得到的微分稀释热是不断变小的，这是因为溶液量并不是无限的。当溶剂量很大时，认为 溶液浓度不再变化，这时得到的微分稀释热便趋于稳定了。 solHn0最终应为一线性关系。 4 在不同温度压力下，硝酸钾的溶解热是不同的，尤其是温度的影响更大。当温度改变时， 由vantHoff等温式知，溶解平衡常数和溶解焓均会发生变化。故实验时需要注明环境的温度、 压强。 5 硝酸钾加入快慢的控制，是实验成败的关键。加得太快，会使得温差过大，体系与环境 的热交换加快，测得的溶解热偏低。加得太慢，一旦温度升到一个较 高的值，即使加入所有 硝酸钾也无法使温差回到零度以下，导致实验失败。一般T控制在-0.3左右为宜，最低不 要超过-0.5，但要始终为负值。实验中要时刻注意温差的变化，掌握好加料的时间和量。在 每次组实验完后，温差回升到0以上，此时升温较快，需要及时加入较多的硝酸钾，否则温 差可能再无法回到负值。加料时应小心，以免硝酸钾洒落，留在瓶口的需要用毛刷刷进去。 6 磁子的搅拌速度也很重要。搅拌太慢，硝酸钾难以完全溶解，若实验结束发现有未溶解的 硝酸钾，应重复实验。搅拌太快，会加快散热，且温差归零的时间难以准确记录 。 7 实验中使用的硝酸钾不是十分干燥，已经略有吸潮。这对实验结果会有影响（相当于硝酸 钾已经溶解了一些）。实验中，应在其它事宜都准备好后，再称量硝酸钾，称完后盖上盖子， 并尽快开始实验。建议实验过程中将称好的药品放在干燥器中。 本答案部分属个人见解，欢迎指正 第 5 页 共 12 页 实验五 蔗糖水解 1 本实验为什么用蒸馏水校正旋光计；是否一定需要校正旋光计的读数？ 答：因为蒸馏水的旋光度为 0。不一定；数据处理时利用 ln(t-)对 t 作图得直线，在 同一台旋光仪测定时，t- 的差值与旋光计的零点校正无关。 2 为什么配蔗糖溶液可用粗天平衡量？ 答：本实验只需要记录 tt 数据，根据 ln(t-)对 t 作图求得反应速率常数 k，数据 处理时不需要知道蔗糖溶液的精确初始浓度，故配蔗糖溶液可用粗天平衡量蔗糖。 3 如何测定 ？ 答：将剩余的混合液置于 55左右的水浴中温热 30 分钟，以加速水解反应，然后冷却至实验 温度，测其旋光度，此值即可认为是 。 4 本实验的关键步骤是什么？如何减少误差？ 答：(1) 温度对反应速度影响较大，所以整个过程应保持恒温。用水浴加热反应液测 时， 温度不宜过高，以免产生副反应，溶液变黄，加热过程应同时避免溶液蒸发使糖的浓度改变， 从而影响 的测定。 (2)由于反应初始阶段速率较快，旋光度变化大，一定要注意时间的准确性。 (3)根据反应温度，可适当增加 HCl 的浓度，以缩短反应时间。 实验六 凝固点降低法测定相对分子质量 1. 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？由此所得蔗糖 的相对分子质量偏低还是偏高？ 答：寒剂温度过低会造成过冷太甚。若过冷太甚，则所测溶液凝固点偏低。根据公式 和 可知由于溶液凝固点偏低， Tf 偏大，由 *ffffBTKm310BffAWMT 此所得萘的相对分子质量偏低。 2. 寒剂温度过高或过低有什么不好？ 答：寒剂温度过高一方面不会出现过冷现象，也就不能产生大量细小晶体析出的这个实验现象， 会导致实验失败，另一方面会使实验的整个时间延长，不利于实验的顺利完成；而寒剂温度过 低则会造成过冷太甚，影响蔗糖的相对分子质量的测定，具体见思考题 1 答案。 3. 加入溶剂中的溶质量应如何确定?加入量过多或过少将会有何影响？ 答：溶质的加入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，不利于溶液凝固点的测定，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。 4. 估算实验测定结果的误差，说明影响测定结果的主要因素？ 答：影响测定结果的主要因素有控制过冷的程度和搅拌速度、寒剂的温度等。本实验测定凝固 点需要过冷出现，过冷太甚会造成凝固点测定结果偏低，因此需要控制过冷程度，只有固液两 相的接触面相当大时，固液才能达到平衡。实验过程中就是采取突然搅拌的方式和改变搅拌速 度来达到控制过冷程度的目的；寒剂的温度，寒剂温度过高过低都不利于实验的完成。 5. 当溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时，测定的结果有何意义？ 答：溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时，凝固点降低法测定的相对分子质量 为溶质的解离、缔合、溶剂化或者形成的配合物相对分子质量，因此凝固点降低法测定出的结 果反应了物质在溶剂中的实际存在形式。 6. 在冷却过程中，凝固点测定管内液体有哪些热交换存在？它们对凝固点的测定有何影响？ 答：凝固点测定管内液体与空气套管、测定管的管壁、搅拌棒以及温差测量仪的传感器等存在 热交换。因此，如果搅拌棒与温度传感器摩擦会导致测定的凝固点偏高。测定管的外壁上粘有 本答案部分属个人见解，欢迎指正 第 7 页 共 12 页 水会导致凝固点的测定偏低。 实验七 丙酮碘化反应 1. 实验时用分光光度计测量什么物理量？它和碘浓度有什么关系？ 答：测量的是溶液的吸光度 T；根据朗伯比尔定律可知，在指定波长下，所测吸光度与 I2 溶液浓度成正比关系。 2. 本实验中，将 CH3COCH3 溶液加入盛有 I2、HCl 溶液的碘瓶中时，反应即开始，而反应 时间却以溶液混合均匀并注入比色皿中才开始计时，这样操作对实验结果有无影响？为什么？ 答：无影响。不同时间所作的直线的位置不同而已，但 k（所作直线的斜率）相同。 3. 速率常数 k 与 T 有关，而本实验没有安装恒温装置，这对 k 的影响如何？所测得的 k 是 室温下的 k，还是暗箱温度时的 k? 答：本实验整个过程是在室温下进行的，由于室温在短时间内变化幅度很小，故对 k 的影响不 大。所测得的 k 是暗箱温度时的 k。 4. 本实验丙酮碘化反应的速率常数 k 与哪种反应物无关？ 答：根据计算式的速率常数 k 与 I2 的浓度无关。 实验八 二组分金属相图的绘制 1. 对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同？ 答：纯物质的步冷曲线在其熔点处出现水平段，混合物在共熔温度时出现水平段。而平台长短 也不同。 2. 作相图还有哪些方法？ 答：作相图的方法还有溶解度法、沸点法等。 3. 通常认为，体系发生相变时的热效应很小，则用热分析法很难测得准确相图，为什么？ 在含 Bi30%和 80%的二个样品的步冷曲线中第一个转折点哪个明显？ 为什么？ 答：因为热分析法是通过步冷曲线来绘制相图的，主要是通过步冷曲线上的拐点和水平段(斜 率的改变)来判断新相的出现。如果体系发生相变的热效应很小，则用热分析法很难产生拐点 和水平段。30%样品的步冷曲线中第一个转折点明显，熔化热大的 Sn 先析出，所以当发生相变 时可以提供更多的温度补偿，使曲线斜率改变较大。 4. 有时在出现固相的冷却记录曲线转折处出现凹陷的小弯，是什么原因造成的？此时应如何 读相图转折温度？ 答：这是由于出现过冷现象造成的，遇到这种情况可以通过做延长线的方式确定相图的转折温 度。 5. 金属熔融系统冷却时，冷却曲线为什么出现折点？纯金属、低共熔金属、及合金等转折点 各有几个？曲线形状为何不同？ 答：因为金属熔融系统冷却时，由于金属凝固放热对体系散热发生一个补偿，因而造成冷却曲 线上的斜率发生改变，出现折点。纯金属、低共熔金属各出现一个水平段，合金出现一个折点 和一个水平段。由于曲线的形状与样品熔点温度和环境温度、样品相变热的多少、保温加热炉 的保温性能和样品的数量均有关系，所以样品的步冷曲线是不一样的。对于纯金属和低共熔金 属来说只有一个熔点，所以只出现平台。而对于合金来说，先有一种金属析出，然后 2 种再同 时析出，所以会出现一个折点和一个平台。 6. 有一失去标签的 SnBi 合金样品，用什么方法可以确定其组成？ 答：可以通过热分析法来确定其组成。首先通过热分析法绘制 SnBi 的二组分相图，然后再 绘制该合金样品的步冷曲线，与 SnBi 的二组分相图对照即可得出该合金的组成。 7总质量相同但组成不同的 Pb-Sn 混合物的步冷曲线，其水平段的长度有什么不同？为什么？ 答： （1）混合物中含 Sn 越多，其步冷曲线水平段长度越长，反之，亦然。 （2）因为 Pb 和 Sn 的熔化热分别为 23.0 和 59.4jg-1，熔化热越大放热越多，随时间增长温 本答案部分属个人见解，欢迎指正 第 9 页 共 12 页 度降低的越迟缓，故熔化热越大，样品的步冷曲线水平段长度越长。 实验九 弱电解质电离常数的测定 1. 为什么要测电导池常数？如何得到该常数？ 答：测出电导池常数后，把待测溶液注入该电导池测出其电导值，再根据 G=A/l 求出其电 导率,然后根据 m/C， = m /m Kc = c2/(1-)可求 Kc。由于电极的 l 和 A 不易精确测量，因此实验中用一种已知电导率值的溶液，测出其电导，根据 G=A/l 可求出电 导池常数 Kcell。将已知电导率的溶液装入电导池中测其电导值，即可求得电导池常数。 2. 测电导时为什么要恒温？实验中测电导池常数和溶液电导，温度是否要一致？答：因为电 导与温度有关，所以测电导时要恒温，而且实验中测电导池常数和溶液电导温度是要一致。 3. 实验中为何用镀铂黑电极？使用时注意事项有哪些？ 答：铂电极镀铂黑的目的在于减少电极极化，且增加电极的表面积，使测定电导时有较高灵敏 度。 电导池不用时，应把两铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变。 实验十 最大气泡法测表面张力 1. 在表面张力测定的试实验中，为什么毛细管尖端应平整光滑，安装时要垂直并刚好接触液 面？ 答：(1)气泡形成半球形时曲率半径 R 和毛细管半径 r 相等达最小值，附加压力达最大值，由 公式 可求出被测液体的表面张力。故为得到半球形气泡，毛细管尖端应平整光滑。 (2)如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力。 2 本实验的关键在什么地方，如何减少误差？ 答：(1)仪器系统不能漏气。 (2)所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。 (3)读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 实验十一 乙酸乙酯皂化反应 1 配制乙酸乙酯溶液时，为什么在容量瓶中事先加入适量的蒸馏水？ 答：避免乙酸乙酯挥发。在容量瓶中事先加入适量的蒸馏水，可以使加入的乙酸乙酯很快溶于 水中形成溶液，减少了乙酸乙酯的损失。 2 为什么要使两种反应物的浓度相等？如何配制指定浓度的乙酸乙酸溶液？ 答：(1)为了处理问题方便，在设计这个实验时将反应物 CH3COOC2H5 和 NaOH 取相同的初浓度 a 作为起始浓度。在此条件下存在下式： ，以 Kt 对 （K0-Kt）/t 作图可得一直线，其斜率 等于 1/kC0，由此可求得反应速率常数 k 。 (2) 找出室温下乙酸乙酯的密度，进而计算出配制 100mL 与 NaOH 同浓度的乙酸乙酯水溶液所 需的乙酸乙酯的毫升数 V，然后用 1mL 移液管吸取 VmL 乙酸乙酯注入 100mL 容量瓶中，稀释 至刻度即可。 3 为什么要使两溶液尽快混合完毕？开始一段时间的测定时隔期为什么要短？ 答：(1)实验过程中，要记录不同反应时间时体系的电导率，因此两溶液要尽快混合，且在混 合时开始按下秒表计时。 (2)反应在开始一段时间内，体系的电导率下降较快，因此这段时间测定的时间间隔期要短。 4 何本实验要在恒温条件下进行，而且乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先恒温？ 答：温度对反应速率常数 k 影响很大，故反应过程应在恒温条件下进行。 5 本实验注意事项： 答：(1)本实验需用电导水，并避免接触空气及灰尘杂质落入。 (2)配好的 NaOH 溶液要防止空气中的 CO2 气体进入。