物理化学实验大三上学期.doc

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：恒温槽主要由哪几个部分组成，各部分作用是什么？答：浴槽：盛装介质加热器：加热槽內物质搅拌器：迅速传递热量，使槽内各部分温度均匀温度计：观察槽内物质温度感温元件：感应温度，指示加热器工作温度控制器：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。对于提高恒温槽的灵敏度，可以哪些方面改进？答：恒温槽的热容要大些，传热质的热容越大越好。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。做调节温度的加热器功率要小。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=CT-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T。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23），否则会引起误差。cHm=Qp=Qv+RTB(g)Qv=(CT-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：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。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。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。 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=-57.36KJmol-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/T1rH中和=-1000KT2/CV. rHm=-1000KT3/CVrH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：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0.8C左右，再转为较小功率，作图得出T,根据K=PT/T求出K值。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/TKCL的摩尔溶解焓：Hm,kcl=(mkcl Ckcl |T|+K |T|)Mkcl/mkcl4.课后题：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T。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=HMR/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,HMRHMRL+KA,MRMRLAB=KB,HMRHMRL+KB,MRMRLPK=PH-MR/HMR误差4.课后题：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。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。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。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=Kfm(To溶剂凝固点，T溶液凝固点)则MB=KfmB/TfmA2仪器与药品：SWC-LG凝固点实验装置 SWC-D精密数字温度温差仪环己烷 萘3.数据处理：Tf=Tf*-Tf=KfbBbB=mB/MB/mAMB=KfmB/TfmA4.课后题：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。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。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。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。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。影响凝固点精确测量的因素有哪些？答：冰水浴温度控制在3C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dP/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-A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-玻璃恒温水浴 等压计 冷凝管 乙醇3数据处理vapHm=AR-vapHm/RT+C4课后题：在实验过程中为什么要防止空气倒灌？如果在等压计球与球之间有气体，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。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，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。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：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。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？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。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。仪器使用完毕 后必须做好清洁工作。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。 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0x之间，蒸馏会得到A 和C；若组成在x1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-+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