四川理工理工学院材化学院物化实验报告 集合四川理工学院八个物理化学实验.pdf

四川理工学院四川理工学院 材料与化学工程学院 应用化工技术应用化工技术 简明无机化学物理化学实验八个集合，给予后者启示 包括主要的数据分析和实验数据记录， 明白数据的本数据仅供参包括主要的数据分析和实验数据记录， 明白数据的本数据仅供参 考，谢谢支持觉得可以的请多多分享，你的分享就是我们的支持考，谢谢支持觉得可以的请多多分享，你的分享就是我们的支持 实验一实验一 液体饱和蒸汽压的测定液体饱和蒸汽压的测定 实验二实验二 电导法测定乙酸电离平衡常数电导法测定乙酸电离平衡常数 实验三实验三 有机物有机物燃烧焓的测定燃烧焓的测定 实验四实验四 电池电动势及温度系数的测定电池电动势及温度系数的测定 实验五实验五 完全互溶双液系气液平衡相图的绘制完全互溶双液系气液平衡相图的绘制 实验六实验六 最大泡压法测定液体表面张力最大泡压法测定液体表面张力 实验实验七七 凝固点降低法测定摩尔质量凝固点降低法测定摩尔质量 实验八实验八 蔗糖水解反应速率常数的测定蔗糖水解反应速率常数的测定 出版人 小飞的 bravery 重庆大学出版社重庆大学出版社 2 实验一实验一 液体饱和蒸汽压的测定液体饱和蒸汽压的测定 一、一、实验目的实验目的 1.明确液体饱和蒸汽压的意义，熟悉纯液体的饱和蒸汽压与温度 的关系以及克劳休斯-克拉贝农方程。 2.了解静态法测定液体饱和蒸汽压的原理。 3.学习用图解法求解被测液体在试验温度范围内的平均摩尔蒸 发焓与正常沸点。 二、实验原理二、实验原理 1.1.热力学原理热力学原理 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 101.325kPa 时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示： 2 mvap d lnd RT H T p = (1) 式中，R为摩尔气体常数；T为热力学温度；vapHm为在温度T时纯液体的摩尔气 化热。 假定vapHm与温度无关，或因温度范围较小，vapHm可以近似作为常数，积 分上式，得： C TR H p+ = 1 ln mvap (2) 其中C为积分常数。由此式可以看出，以lnp对 1/T作图，应为一直线，直线的斜 率为 R Hm vap ，由斜率可求算液体的vapHm。 2.2.实验方法实验方法 静态法测定液体饱和蒸气压，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。静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压， 有升温法和降温法二种。 本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气 压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置。 3 平衡管由 A 球和 U 型管 B、C 组成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管与压 力计相连。A 内装待测液体，当 A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而 B 管与 C 管的液面处于同一水平时，则表示 B 管液面上的(即 A球液面上的蒸气压)与加在 C 管 液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。可见，利用平衡管可以 获得并保持系统中为纯试样时的饱和蒸汽，U 形管中的液体起液封和平衡指示作用。 图 1 液体饱和蒸气压测定装置图 1.恒温槽；2.冷凝管；3.压力计；4.缓冲瓶平衡阀；5.平衡阀 2(通大气用)；6. 平衡阀 1（抽真空用）；8 平 衡管 三、仪器与试剂三、仪器与试剂 恒温水浴；平衡管，温度计，冷凝管，数字式低真空测压仪， 真空泵及附件，无水乙醇。 四、实验步骤四、实验步骤： 1 1、安装仪器、安装仪器 等待测液体（本实验是无水乙醇）装入平衡管，A 球内约占 4/5 体积，此时 U 型管内不能有液体。再按照图一装妥个 部分。 2 2、抽真空、系统检漏、抽真空、系统检漏 将进气阀、阀 2 打开，阀 1 关闭。抽气 减压至压力计显示压差为-80KPa 时关闭进气阀和阀 2，如压力计示 数能在 3-5min 内维持不变，则系统不漏气。 3 3、排除、排除 ABAB 弯管空间内的空气和形成液封弯管空间内的空气和形成液封 打开阀 1，恒温槽温 度调至比次大气压下待测液沸点高 3-5，如此沸腾 3-5min，停止 加热，关闭阀 1 4 4、乙醇饱和蒸汽压的测定、乙醇饱和蒸汽压的测定 当 b、c 两管的液面到达同一水平面 精密数字 压力计 4 时，立即记录此时的温度和压力，并打开阀 2，使测量系统的压力 减小 5-7kPa， 液体将重新沸腾， 又有气泡从平衡管冒出， 关闭阀 2， 继续降低水温。当温度降到一定程度时，B,C 液面又处于同一水平 面，记录此时的温度计压力计读数。 重复上述操作，每次使系统减压 5-7kpa，测至少 8 组数据。 实验结束后，先将系统排空，然后关闭真空泵。 五、数据处理五、数据处理： 被测液体：乙醇室温： 26.29大气压：97.15kPa 恒温草温度 1/T/K 压力计读数 p 液体的蒸气压 Lnp t T/K 78.81 351.96 2.841 -0.55 96.6 4.571 76.55 349.70 2.860 -8.03 89.12 4.490 75.23 348.38 2.870 -13.24 83.91 4.430 73.46 346.61 2.885 -20.34 76.81 4.341 72.06 345.21 2.897 -25.67 71.48 4.269 70.03 343.18 2.914 -31.23 65.92 4.188 67.82 340.97 2.933 -37.24 59.91 4.093 65.02 338.17 2.957 -43.05 54.1 3.991 分析： 以第一组为例 t=78.81 K=273.15 T=78.81+273.15=351.96 1/T=1351.96 103=2.841 p= -0.55 测量的大气压 p=97.15 液体的蒸气压 P=p+p= -0.55+97.15=96.6 Lnp=Ln96.6=4.571 依次以上面方式算出下面的 7 组，然后画出1 与 Lnp 的图 5 (2)以 lnp 对 1/T 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度范围内液体的平 均摩尔汽化热vapHm 。 由k = R Hm vap 得：vapHm= k R = 5.01501 8.314 = 41.69KJ 六、注意事项六、注意事项: : (1)预习时应该读懂各个阀门的作用及气路连接。 (2)实验前应检查并保证体系不漏气。 (3)减压速度要适合，必须防止平衡管内液体沸腾过于剧烈，致使管内液体快速 蒸发。 (4)实验过程中，必须充分排尽 AB 弯管空间中的全部空气，使 B 管液面上方只含 液体的蒸汽分子。平衡管内必须放置于恒温水欲中的水面以下，否则其温度与水 温不同。 七、思考题七、思考题: : （1）为什么 AB 弯管中的空气要干净？怎样操作？怎样防止空气倒灌？ 答答: 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；将水浴温度升高到 85C 沸腾 3 分钟即可；检漏之后要关闭阀 1，防止 外界空气进入缓冲气体罐内。 （2）本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？ 答：答：溶液不是纯净物，其沸点不稳定，实验操作过程中很难判断是否已达到其沸 点。 2.852.902.95 3.9 4.2 4.5 p 1000/（ T/K） y= -5.01501x+19.20424 2=0.99627 6 （3）为什么实验完毕以后必须使系统和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？ 答答：如果不与大气相通，球管内的液体可能会被吸入到缓冲储气罐。 （4）如果用升温法测定乙醇的饱和蒸汽压，用该实验装置是否可行？若行，如 何操作？ 答答：升温法可行。先打开阀 2，关闭阀 1，使储气管内压强达-50kPa 左右， 关闭阀 2， 温度每升高 3-5C， 打开阀 1， 增大压强使球形管内液面相平。 （5）将所测摩尔汽化热与文献值相比较，结果如何？ 答：答：由于当地大气压及实验误差，结果将偏小。 （6）产生误差的原因有哪些？ 答答：当地大气压、判断液面是否相平的标准、液面相平时数据的采集都会对实验 结果造成影响。 7 实验二实验二 电导法测定乙酸电离平衡常数电导法测定乙酸电离平衡常数 一目的要求一目的要求 1掌握电导、电导率、摩尔电导率的概念以及它们之间的相互关系。 3掌握电导法测定弱电解质电离平衡常数的原理。 二实验原理二实验原理 1电离平衡常数Kc的测定原理 在弱电解质溶液中，只有已经电离的部分才能承担传递电量的任务。在无限 稀释的溶液中可以认为弱电解质已全部电离，此时溶液的摩尔电导率为，可 以用离子的极限摩尔电导率相加而得。而一定浓度下电解质的摩尔电导率与 无限稀释的溶液的摩尔电导率是有区别的，这由两个因素造成，一是电解质 的不完全离解，二是离子间存在相互作用力。二者之间有如下近似关系： = m （1） 式中为弱电解质的电离度。 对AB型弱电解质，如乙酸（即醋酸），在溶液中电离达到平衡时，其电离 平衡常数Kc与浓度c和电离度的关系推导如下： CH3COOH CH3COO + H 起始浓度 c 0 0 平衡浓度 c(1) c c 则 = 1 2 c c K （2） 以式（1）代入上式得： () mmm m c c K = 2 （3） 因此，只要知道 m和 m 就可以算得该浓度下醋酸的电离常数Kc。 将式（2）整理后还可得： cmcm KKc m = 1 2 （4） 由上式可知，测定系列浓度下溶液的摩尔电导率 m ，将 m c 对 m 1 作图可得一 条直线，由直线斜率可测出在一定浓度范围内的平均值。 2摩尔电导率 m 的测定原理 8 电导是电阻的倒数， 用G表示， 单位S （西门子） 。 电导率则为电阻率的倒数， 用表示，单位为Gm-1。 摩尔电导率的定义为：含有一摩尔电解质的溶液，全部置于相距为 1m 的两 个电极之间，这时所具有的电导称为摩尔电导率。摩尔电导率与电导率之间有如 下的关系。 cm = （5） 式中c为溶液中物质的量浓度，单位为molm-3。 在电导池中，电导的大小与两极之间的距离l成反比，与电极的面积 A 成正 比。 l A G= （6） 由（6）式可得 GKG cellA l = （7） 对于固定的电导池，l和A 是定值，故比值l/A为一常数，以Kcell表示，称为 电导池常数，单位为m-1。为了防止极化，通常将铂电极镀上一层铂黑，因此真 实面积A无法直接测量，通常将已知电导率的电解质溶液（一般用的是标准的 0.01000molL-1KCl溶液）注入电导池中，然后测定其电导G即可由（7）式算得 电导池常数Kcell。 当电导池常数Kcell确定后，就可用该电导池测定某一浓度c的醋酸溶液的电 导，再用（7）式算出，将c、值代入（5）式，可算得该浓度下醋酸溶液的摩 尔电导率。 9 在这里的 m求测是一个重要问题， 对于强电解质溶液可测定其在不同浓度 下摩尔电导率再外推而求得，但对弱电解质溶液则不能用外推法，通常是将该弱 电解质正、负两种离子的无限稀释摩尔电导率加和计算而得，即： + += ,mmm vv （8） 不同温度下醋酸 m的值见表 1。 表 1 不同温度下醋酸的 m (Sm2mol-1) 温度/K 298.2 303.2 308.2 313.2 m102 3.908 4.198 4.489 4.779 三仪器和试剂三仪器和试剂 DDBJ-350 便携式电导率仪， 电导电极， 恒温槽， 烧杯、 锥型瓶， 移液管 （25mL） ； 0.0200 molL-1 KCl标准溶液，0.200 molL-1 HAc标准溶液 四实验步骤四实验步骤 1调节恒温水槽水浴温度至 25（室温偏高，则水浴温度调节到 35）。将 实验中要测定的溶液恒温。 2校准便携式电导率仪的电导池常数 按下电导率仪“on/off”键打开仪器，按“模式/测量”键到模式状态，按“”或“” 键调节模式状态，至左下角出现 CONT，按“确定”键，左下角出现 CAL，按“确 定”键，左下角出现 CA-M，按“”或“”键调节 0.02mol/L 的 KCl 溶液的电导率大 小至 0.276 S/m(35时为 0.331 S/m )，按“确定”键出现标定好的电导池常数， 再按“确定”键输入电导池常数。按“模式/测量”键到测量状态。 3测量醋酸溶液的电导率 10 标定好电导池常数后，将两电极用蒸馏水洗净，用吸水纸吸干液体。处理好 的电极插入到 0.2 mol/L 25mL 醋酸溶液中测量电导率。 再用标有“电导水”字样的 移液管吸取 25mL 水并注入到醋酸溶液中稀释到 0.1 mol/L。此时不要将电极取 出。（为什么？） 测量后，用标有“0.1”字样的移液管吸取 25mL 溶液弃去，用 标有“电导水”字样的移液管吸取 25mL 水并注入到醋酸溶液中稀释到 0.05 mol/L， 摇匀后测量电导率。 如此依次测定 0.2 mol/L、 0.1 mol/L、 0.05 mol/L、 0.025 mol/L、 0.0125 mol/L 醋酸溶液的电导率。 记录相应浓度醋酸的电导率，并计算电离度和解离常数。 4用蒸馏水清洗电导电极和温度电极，将电极浸泡在盛有蒸馏水的锥形瓶中以 备下一次实验用。 五数据处理五数据处理 1将原始数据及处理结果填入下表： 浓度 c /molL-1 1/Sm-1 2/Sm-1 3/Sm-1 平均 /Sm-1 m / Sm2mol-1 Kc 0.183 0.0820 0.0818 0.0819 0.08190 0.0004475 0.011451 2.4273E-05 0.0915 0.0585 0.0588 0.0589 0.05873 0.0006419 0.016425 2.5098E-05 0.04575 0.0418 0.0419 0.0419 0.04187 0.0009152 0.023419 2.5692E-05 0.022875 0.0295 0.0295 0.0295 0.02950 0.0012896 0.032999 2.5759E-05 0.0114375 0.0203 0.0205 0.0205 0.02043 0.0017862 0.045706 2.5038E-05 实验测定电离平衡常数Kc平均值=2.62 5 10 2根据测得的各种浓度的醋酸溶液的电导率，求出各相应的摩尔电导率 m 和 电离度及电离平衡常数Kc。 11 3用c m 对 m 1 作图或进行线性回归，求出相应的斜率和截距，求出平均电离 常数Kc。 由图知，直线斜率为 4 8 10，又因为斜率表示为 cm K 2 所以可得： cm K 2 =4 8 10，得 c K=2.62 5 10 六、注意事项六、注意事项 1.计算 m 和 c K时，需注意浓度 c 单位的区别，详见原理部分。 2.温度对溶液的电导影响较大，因此测量时应保证恒温。 七七、思考题、思考题 1电导池常数是否可用测量几何尺寸的方法确定？ 答：不能。测定电导池常数可以用标准溶液测定法，用氯化钾为标准物质；还可 以用与标准电极比较法测定。 2实际过程中，若电导池常数发生改变，对平衡常数测定有何影响？ 答：溶液电导一经测定，则正比于 cell K。即电导池常数测值偏大，则算得的溶液 的溶解度、电离常数都偏大，反之，电导池常数测值偏小，则电离常数偏小。 摩尔电导率浓度之积与摩尔电导率倒数的函数关系图 y = 4E-08x + 1E-06 R2 = 0.9987 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 05001000150020002500 摩尔电导率倒数 摩尔电导率与浓度的乘积 12 实验三实验三 有机物有机物燃烧焓的测定燃烧焓的测定 一实验目的一实验目的 1明确燃烧焓的定义，了解恒压热效应与恒容热效应的关系。 2掌握有关热化学实验的一般知识和技术。 3用氧弹式量热计测定有机物的燃烧焓。 二实验原理二实验原理 热化学中定义：在指定温度和压力下，一摩尔物质完全燃烧成指定产物的焓变，称为该 物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作CHm。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为CO2(g)、 H2O(l)等。由于上述条件下H=Qp，因此CHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp,m。 在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定它们的 燃烧焓创造了有利条件。 在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行，如在弹式量热计中进行，这样直接测得 的是反应的恒容热效应QV（即燃烧反应的热力学能变CU）。若将应系统中的气体物质视为 理想气体，根据热力学推导可得CHm和CUm的关系为： )(gRTUH B B mcmc += 或 )( , gRTQQ B B mvmp = （1） 式中，T为反应温度(K)；CHm为摩尔燃烧焓(Jmol -1)； CUm为摩尔燃烧热力学能变 (Jmol -1)；v B(g)为燃烧反应方程中各气体物质的化学计量数，规定生产物取正值，反应物 取负值。 通过实验测得QV,m(Jmol -1)值， 根据上式就可计算出Q p,m(Jmol -1)， 即燃烧焓的值 CHm。 本实验是用氧弹式量热计进行萘的燃烧焓的测定。 量热计结构如图 1 所示， 氧弹结构如 图 2 所示。 实验中，设质量为ma（g）的待测物质（恒容燃烧热为Qv,m）和质量为mb（g）的点火丝（恒 容燃烧热为q， Jg -1） 在氧弹中燃烧， 放出的热可使质量为w m的水 （比热容为cw， JK -1g-1） 及量热器本身（热容为Cm，JK -1）的温度由T 1升高到T2，则根据能量守恒定律可得到热平 衡关系 13 )()().( 1212, TTKTTwcCmq M m Q mwmb a m =+=+ （2） 式中，M为该待测物的摩尔质量；规定系统放热时Q取负数；K= ( Cm+cw wm)，同一套仪 器、当内筒中的水量一定时，K值恒定，称K为仪器常数或水当量（JK -1），常用已知燃烧 热值Qv的苯甲酸来测定。 求出量热体系的仪器常数K后， 再用相同方法对其它物质进行测定， 测出温升T=T2 - T1，代入上式，即可求得待测物的燃烧Qv,m或CUm。 实际上，氧弹式热量计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低 温度达最高温度需一定的时间， 在这段时间里系统与环境难免发生热交换， 因而从温度计上 读得的温差就不是真实的温差。为此，必须对读得的温差进行校正。校正的方法可以有作图 法（雷诺法）和公式法（奔特公式）。公式法的使用见“数据处理”部分。 三仪器和试剂三仪器和试剂 氧弹式量热计，精密电子温差测量仪，氧气钢瓶，充氧机，压片机，万用电表，台称， 电子天平，容量瓶(1000mL)，苯甲酸(分析纯，Qv,m-3227.51 kJmol -1)，萘(分析纯)，专 用燃烧镍丝（q-1525 Jg -1）。 四实验步骤四实验步骤 1.1. 仪器常数的测定仪器常数的测定 （1）准备点火丝：量取长约 10cm点火丝，在电子天平上准确称重，得mb值。在直径约 3mm的玻璃棒上，将其中段绕成螺旋形 5 圈6 圈。 （2）压片：用台秤预称取 0.9g1.1g的苯甲酸，在压片机上压成圆片。将压片制成的 样品放在干净的称量纸上，小心除掉有污染和易脱落部分，然后在电子天平上精确称量，得 ma值。 （3） 装氧弹： 将氧弹盖取下放在专用架上， 用滤纸擦净电极及不锈钢坩埚。 先放好坩埚， 然后用镊子将样品放在坩埚正中央 （样品凹面朝上） 。 将准备好的燃烧丝两端固定在电极上， 并将螺旋部分紧贴在样品的上表面，然后小心旋紧氧弹盖（注意：点火丝不可与坩埚接触， 以防短路）。 （4）充氧气：将氧弹接入充氧机，检查氧气钢瓶上的减压阀，使其处于关闭状态，再打 开氧气钢瓶上的总开关。 然后轻轻拧紧减压阀螺杆(拧紧即是打开减压阀)， 使氧气缓慢进入 氧弹内。 待减压阀上的减压表压力指到 1.8MPa2.0MPa 之间时停止， 关闭氧气钢瓶总开关， 并拧松压阀螺杆。 （5）安装热量计：先放好内筒，调整好搅拌，注意不要让叶轮碰撞内筒壁。将氧弹放在 内筒正中央， 接好点火插头， 加入 3000mL 自来水。 插入精密电子温差测量仪上的测温探头， 注意既不要和氧弹接触、内筒壁接触，使导线从盖孔中出来，安装完毕。 （6） 数据测量： 打开精密电子温差测量仪， 打开搅拌， 设定温度读数时间间隔为 30 秒。 待温度基本稳定后将温差测量仪“采零”、“锁定”，开始记录温差数据。整个数据记录分 为三个阶段： a初期：这是样品燃烧以前的阶段。在这一阶段观测和记录周围环境和量热体系在试 验开始温度下的热交换关系。每隔 1 分钟读取温度 1 次，共读取 6 次。 b主期：从点火开始至传热平衡称为主期。在读取初期最末 1 次数值的同时，按一下 “点火”按钮即进入主期。此时每 30 秒读取温度 1 次，直到温度不再上升而开始下降的第 1 次温度为止。 c末期：这一阶段的目的与初期相同，是观察在试验后期的热交换关系。此阶段仍是 每 30 秒读取温度 1 次，直至温度停止下降为止(约共读取 10 次)。 14 停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，放尽其中的气体，拧开并取下氧弹盖，氧弹中 如有烟黑或未燃尽的试样残余，表明试验失败，应重做。 2 2. .萘的燃烧焓的测定萘的燃烧焓的测定 称取 0.8g1g 萘，用与“仪器常数的测定”相同的方法进行测定。 实验结束，用干布将氧弹内外表面和弹盖擦净，最好用热风将弹盖及零件吹干或风干。 五数据处理五数据处理 1 1仪器常数由苯甲酸实验数据按下式计算： )/( 12, tTTmq M m QK b a m += 2 2量热计热交换校正值t，用奔特公式计算：t=m(v+v1) / 2+v1r 3 3记录及计算示例记录及计算示例： 表 2.1 苯甲酸燃烧实验数据 环境温度：22.04； 系统温度：21.34； 读数序号（每 0.5min） 初期温差/ 主期温差/ 末期温差/ 0 0.066 1 0.393 1.804 2 0.103 0.836 1.810 3 1.163 1.815 4 0.127 1.374 1.819 5 1.521 1.821 6 0.145 1.610 1.823 7 1.673 1.824 8 0.153 1.716 1.827 9 1.746 1.829 10 0.161（点火） 1.763 1.829 11 1.784 1.830 12 1.796 苯甲酸热值：Qv,m-3227.51 kJmol -1 15 V=(0.066-0.161)/10=-0.0095 1 v=(1.804-1.830)/10=-0.0026 t=(-0.0095-0.0026)3/2+(-0.0026)9=0.04155 a m=0.8759g q b m=-1525J/g0.0108g=-16.47J K=(-32275100.8759/122-16.47)/(1.796-0.393+0.04155)=-16052.38J/ 4 4萘萘的恒容燃烧热由实验结果按下式计算：的恒容燃烧热由实验结果按下式计算： 表 2.2 萘燃烧实验数据 环境温度：22.12 系统温度：20.30 读数序号（每 0.5min） 初期温差/ 主期温差/ 末期温差/ 0 0.033 1 0.348 2.381 2 0.055 0.880 2.390 3 1.389 2.395 4 0.070 1.731 2.399 5 1.961 2.402 6 0.081 2.105 2.404 7 2.195 2.405 8 0.090 2.262 2.407 9 2.305 2.407 10 0.099 （点火） 2.336 2.408 11 2.356 2.408 12 2.372 2.408 v=（0.033-0.099）/10=-0.0066 1 v=(2.381-2.408)/10=-0.0027 16 t=(-0.0066-0.0027)4/2+(-0.0027)8=-0.0402 燃烧反应方程式为：( )( )( )( )lOHgCOgOsH 222810 41012C+ () a m M bmv mqtTTKQ+= 12, = ()() ()() 8171 . 0 128 0110 . 0 15250402 . 0 348 . 0 372 . 2 34.16052+ =-4985.88KJ/mol RTQnRTUQH mvmcmpmc 2 , =+= =-4985883-28.314293.549 =4990.76KJ/mol 上式中，T(K)为反应温度，可在按下点火按钮时记下精密电子温差测量仪显示的温度读数， 等于 20.399。 七七注意事项注意事项 1每次使用钢瓶时，应在老师指导下进行；充氧时注意操作，手上不可附有油腻物。 2坩埚每次使用后，应清洗干净并擦干。 3试样燃烧焓的测定和仪器常数的测定，应尽可能在相同条件下进行。 4未取出温感器，不得打开量热计的盖子。 5点火线安装时不能碰到氧弹壁。 八八思考题思考题 1.1.本实验如何考虑系统与环境？本实验如何考虑系统与环境？ 答：氧弹内部空间为体系，氧弹以外为环境，实验过程中有热损耗，可增加氧弹壁的厚 度来降低热损耗。 2 2固体样品为什么要压成片状固体样品为什么要压成片状? ?如何测定液体样品的燃烧热如何测定液体样品的燃烧热? ? 答：压成片状是为了方便称量和安装试验装置，避免在称量和装药品时有损失，影响实 验数据的准确性。而且在点火时受热就比较均衡，固体样品更容易燃烧充分，在测定液体样 品时，将液体样品装入坩埚中，将点火丝固定在电极上，有螺旋的部位浸入样品内，并注意 点火丝不与坩埚接触。 3 3如何用萘的燃烧焓数据来计算萘的标准生成焓？如何用萘的燃烧焓数据来计算萘的标准生成焓？ 答：就是 10C+4H2-C10H8,生成焓就是反应焓，反应焓等于：10*（碳的燃烧焓）+4* （H2 的燃烧焓）-（萘的燃烧焓） 17 实验四实验四 电池电动势及温度系数的测定电池电动势及温度系数的测定 一一实验目的：实验目的： （1）掌握可逆电池电动势的测量原理和电位差计的操作。 （2） 通过原电池电动势的测定求算电池反应的rGm、 rSm、 rHm等热力学函数。 （3）熟悉原电池的图式表示法和电极、电池反应的书写。 二二实验原理：实验原理： 化学能转变为电能的装置称为原电池或电池。可逆电池的电动势可看作正、 负两个电极的电势之差。 可逆电动势为 E 的电池按指定电池反应式，当反应进度1mol 时，反应 的吉布斯函数变为： （1） 式中 E 为可逆电池的电动势， 单位为伏特 （V） ； F 为法拉第常数， 常取 96500 Cmol-1，z 为电极反应式中电子的化学计量数，rGm 的单位为 Jmol-1。 所以，在一定的温度和压力下，测出可逆电池的电动势，即可计算出电池反 应的摩尔反应吉布斯函数变rGm。又根据热力学基本方程 VdpSdTdG+= ，可 以得到： PP mr mr T P zF T G S = = (2) 式中称为电池的温度系数，表示电池电动势随温度的变化。在系列温 度下测得系列电动势值，作 ET 图，从曲线斜率可求得电池的温度系数。 进而算出rSm 。 由吉布斯亥姆霍兹公式可计算化学反应的摩尔反应焓，即： mrmrmr STGH+= (3) 2对消法测定电动势的原理 根据可逆过程的定义，可逆电池应满足如下条件: (1)电池反应可逆，亦即电池电极反应可逆。 (2)电池中不允许存在任何不可逆的液体接界。 (3)将选择开关 SW 接 上， 调节活动触点的位置至 D1 时检流计 G 中没有电流 通过， 此时标准电池的电动势正好与 AD1 线段所示的电势差的数值相等而方向相 反。即： ()EsIADR= 1 （4） 完成上述标定后，将 SW 拨到待测电 池 Ex 上，重新调节接触点，若调到 D2 位 置时检流计 G 中无电流通过， 则 AD2 线段 上的电势降等于待测电池 Ex 的电动势， 即： ()ExIADR= 2 (5) 由（4）式和（5）式，得： ()p E T ()zEFG PTmr = , 18 () () 2 1 ADR ADR Es Ex= （6） 由于电阻与电阻线长度 l 成正比，所以： 2 1 AD AD Es Ex= （7） 分别读出 Es 和 Ex 接通时均匀电阻上的 AD1、AD2 长度，即可计算出 Ex。 本实验测定由 AgCl Ag 和 Ag+/Ag 电对组成的原电池的电动势，该电池可以用 图示式表示为： (-) Ag|AgCl(s), Cl - (0.1molL-1)| |Ag+ (0.1molL-1)|Ag (+) 即 AgCl/ Ag 作为阳极（负极），浸入含 Cl -的溶液中，电极反应为： ( )()( )esAgClaClsAg Ag + + （8） Ag+/Ag 作为阴极（正极），浸入含 Ag+的溶液中，电极反应为： ()( )sAgeaAg Ag + + （9） 总的电池反应为： ()()( )sAgClaClaAg cl Ag + （10） 电池中用到两种不同的溶液，需通过盐桥连接。 电池电动势的 Nernst 方程式为： + = Clag l F RT EE ln （11） 三三 仪器和试剂仪器和试剂 器材器材： SDCII 数字电位差综合测试仪， 恒温水浴， 原电池装置， AgCl/ Ag 电极， Ag 电极，盐桥。 药品药品：0.1molL -1 NaCl溶液，0.1molL-1 AgNO 3溶液。 四四实验步骤：实验步骤： 1组装电池 将 AgCl/ Ag 电极（负极）插入原电池装置的 NaCl 溶液中，Ag 电极（正极） 插入 AgNO3 溶液中，装入盐桥，将电池与电位差计相接，注意正负极要对应。将 电池放入到恒温水浴中。 2电位差计采零 将电位差计“测量选择”钮打到“内标”，调节各电位钮，使电位指示为 1V， 然后按一下“采零”钮，使“检零指示”为“0”。 电位差计的详细操作见仪器说明。 3原电池电动势的测量 待电池中溶液的温度稳定后（约需 1015 分钟），可以测量其电动势。 将电位差计“测量选择”钮打到“测量”，调节各电位钮，直到“检零指示” 为 0，此时电位指示值就是该温度下的电池电动势，每个温度下读三次，每次间 隔 12 分钟。在 25下，待测电池的电动势约为 0.45V，调节时可参考此值。 第一次测量可以控制恒温槽温度比室温高 12，此后每次升温 35，共 测 56 次。注意测量温度不应高于 50。 19 五五数据处理：数据处理： t/ T/K 电动势值 E/V 电动势平 均值/V rGm rSm， rHm， /VK /KJ.mol -1 /J.K-1.mol-1 /KJ.mol-1 28.0 301.15 0.43281 0.43281 -0.004 -41.7665 -386.212 -158.074 0.43282 0.43281 31.0 304.15 0.42450 0.42397 -0.00349 -40.9128 -336.418 -143.234 0.42410 0.42330 34.0 307.15 0.41210 0.41183 -0.00297 -39.7419 -286.624 -127.779 0.41180 0.41160 37.0 310.15 0.40450 0.40430 -0.00245 -39.015 -236.83 -112.468 0.40430 0.40410 40.0 313.15 0.39880 0.39853 -0.00194 -38.4585 -187.036 -97.0289 0.39850 0.39830 43 316.15 0.394 0.39327 -0.00142 -37.9502 -137.242 -81.3394 0.3931 0.3927 分析：根据上表，以第一组为例分析：根据上表，以第一组为例 T=28.0T=28.0+273.15=301.15K 平均电动势平均电动势：E=+ =.+.+. =0.43281V 根据根据 T 和平均电动势用和平均电动势用 origin 绘图拟合二次绘图拟合二次： Y=8.6 -0.0588+9.43573=0.996（拟合方程的拟合度高）（拟合方程的拟合度高） =8.6 2 0.588 将将 T=301.15K 代入方程代入方程 =8.6 2301.15-0.0588=- -0.0040.004N NK K r rG G= =- -zEFzEF= =- -1 1* *0.432810.43281* *9650096500/1000=/1000=- -41.766541.7665KJ.molKJ.mol - -1 1 ()p E T ()p E T ()p E T 20 r rS S = z= zF F( ( )=1*96500*( )=1*96500*(- -0.004)=0.004)=- -386.212386.212J.K-1.mol-1 r rH=H=r rG G+T+T r rS S= =- -41.7665+301.15*(41.7665+301.15*(- -386.212386.212)/1000=)/1000=- -158.074158.074KJ.mol-1 用用 originorigin 绘图如下绘图如下 六六注意事项：注意事项： (1) 盐桥内不能有气泡存在，不能拿着盐桥将电池放入或取出水浴。 (2) 恒温水浴液面高度要合适，与电池内的液面处于一个水平面即可。 (3) 在升温的时候，不应使“仪器测量选择”按钮处于“测量”档（如 果可以关闭仪器或打到“外标”档）。 七七思考题思考题： 1 1对效法测定原电池电动势的原理是什么？电池电动势为什么不能用伏特计直接准确对效法测定原电池电动势的原理是什么？电池电动势为什么不能用伏特计直接准确 测定？测定？ 答：原理将电源的正极与待测电池正极,负极与负极相连,串联一个保护电阻 和一个检流计.调可读电源的输出电压至检流计指针不在偏转，此时待测电压与 300303306309312315 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.44 E/V T Y=8.6 1052-0.0588+9.43573 2=0.996 21 可读电压的值相等。因为对电的测定需灵敏度更高的电流表，如果用伏特计直接 则不能准确的测定因为它的灵敏度不高。只能测定一般的电动势。 2 2盐桥的选择原则和作用是什么盐桥的选择原则和作用是什么？ 答：1.在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和 稳定液接电位（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负 离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层， 这样产 生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位）,使液接电位减至最小以致 接近消除.2.防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极 电位。 原则：在精确度不高的测量下，常用正负离子迁移数比较接近的盐类（应不与电 解质发生反应）构成盐桥。 3 3可逆电池的条件是什么？测定过程中如何尽可能地减小极化现象的发生？可逆电池的条件是什么？测定过程中如何尽可能地减小极化现象的发生？ 答：不仅要求电极反应具有热力学上的可逆性，而且反应在无限接近电化学 平衡的条件下进行，此外电池中进行的其他可逆过程必须是可逆的。 4 4如何由电动势的测定求如何由电动势的测定求 AgClAgCl 的溶度积的溶度积 KSPKSP？ 答： RT EF aaK+= + ClAg SP lnlnln 已知aAg+ 、aCl ，测得电池动势E，即可求KSP 22 实验五实验五 完全互溶双液系气液平衡相图的绘制完全互溶双液系气液平衡相图的绘制 一实验目的一实验目的 1 测定常压下环己烷乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点组成相图。 2掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。 3掌握阿贝折射仪的使用方法及原理。 4了解和掌握沸点仪的测定原理及方法。 5加深对完全互溶双液系气液平衡相图的理解和增强个人动手能力。 二实验原理二实验原理 两种液体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形成完全互溶体系时，如 果该两组分的蒸气压不同，则混合物的组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混 合物沸点与两组分的相对含量有关。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气液平衡相图（Tx 图） ，根据体系对拉乌尔 定律的偏差情况，可分为三类： （1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯苯体系，如图 1(a)所示。 （2）最大负偏差：存在一个最小蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都小，混合物存在着 最高沸点，如盐酸水体系，如图 1 (b)所示。 （3）最大正偏差：存在一个最大蒸气压值，比两个纯液体的蒸气压都大，混合物存在着 最低沸点，如正丙醇水体系，如图 1(c)）所示。 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液系的两个组分相互分离， 而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。 为了绘制双液系的 Tx 相图，需测定几组原始组成不同的双液系在气液两相平衡后 的沸点和液相、气相的平衡组成。 本实验以环己烷乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型。在沸点仪（如图 2 所示） 中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出 Tx 相图。 本实验中气液两相的组成均采用折光率法测定。 图 1 二组分真实液态混合物气液平衡相图（Tx 图） 23 折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率 时要求温度恒定。 溶液的浓度不同、 组成不同， 折光率也不同。 因此可先配制一系列已知组成的溶液， 在恒定温度下测其折光 率， 作出折光率组成工作曲线， 便可通过测折光率的大小在 工作曲线上找出未知溶液的组成。 三仪器与试剂三仪器与试剂 沸点仪，阿贝折射仪，调压变压器，超级恒温水浴，温度 测定仪，长短取样管。 环己烷物质的量分数x环己烷为 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 的 环己烷乙醇标准溶液，各种组成的环己烷乙醇混和溶液。 已知 101.325k