物化实验.doc

实验一 燃烧热的测定3678一、实验目的1掌握氧弹卡计的使用方法及测量物质燃烧热的实验技术。2了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别和相互关系。3学会绘制雷诺曲线并用图解法校正温度的改变值。二、实验原理量热法测定有机物的燃烧热是热力学实验的一个基本方法。测量热效应的仪器称为量热计，用量热计测得的是实验温度下的恒容燃烧热，从手册上查到的燃烧热数值都是在298.15K，101.325kPa条件下的标准摩尔燃烧焓，属于恒压燃烧热。热力学第一定律指出了恒压燃烧热与恒容燃烧热之间的关系为 （1）式中ng为反应前后气体物质的量之差；R为气体常数；T为实验温度。为了计算相对误差，需要从两个方面对所测的的恒容燃烧热进行转换：首先利用(1)式转换为实验温度下恒压燃烧热，然后根据基希霍夫定律转换为298.15 K的恒压燃烧热，从而和理论值进行比较。量热计种类较多，本实验采用氧弹卡计测定萘的燃烧热。测量的基本原理是能量守恒定律，即样品在体积固定的氧弹中燃烧放出的热、引火丝燃烧放出的热和由氧气中微量的氮气氧化成硝酸的生成热，大部分被水桶中的水吸收；另一部分则被氧弹、水桶、搅拌器及温度计等所吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，可以写出如下的热量平衡公式：（2）式中m为待测物的质量（克）；M为待测物质的摩尔质量； Qv为待测物的摩尔燃烧热；f为点火丝的燃烧热（焦/克）；（J铁丝= -6700 J/g，J铜丝= -2500 J/g，J镍铬丝= -600 J/g，J棉线= -17500 J/g）；g为点火丝的质量（克）； b为硝酸生成热的滴定校正（每毫升0.1moldm-3的氢氧化钠相当于-5.983 J的热值）；T 为样品燃烧前后的卡计温度变化值；C为卡计（包括卡计中的水）的水当量，它表示卡计（包括介质）每升高一度所需要吸收的热量。量热系统的水当量C一般用纯净苯甲酸的燃烧热来标定。苯甲酸的恒容燃烧热Qv = -3228 kJ/mol。由此，可计算量热系统的水当量。 （3）式中m为苯甲酸的质量； Qv 为苯甲酸的摩尔燃烧热。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DT。为此，必须对读得的温差进行校正。在考虑了温差校正后，真实温差DT应该是： 式中：t低.是点火前读得量热计的最低温度；t高是点火后，量热计达到最高温度后，开始下降的第一读数，可由雷诺校正图读出。必须注意，运用作图法进行校正时，量热计和环境温差不宜过大（最好不要超过 1C），否则引起误差较大。量热实验比较精密，为减少实验误差，必须使样品完全燃烧，而且必须尽量减少体系与环境的热交换。为保证样品完全燃烧，氧弹中必须充足高压氧气，因此，氧弹要密封、耐高压、耐腐蚀，样品也必须压成片状以利于完全燃烧。为使燃烧后的热量不散失，卡计要放在一个恒温套中，卡计壁高度抛光以减少热辐射并且在卡计与套筒间加一挡屏，以减少空气对流。三、仪器和试剂XRY1A型氧弹卡计；氧气钢瓶；氧气表；压片机；点火丝（镍铬丝）；电子天平1台； 0.1moldm-3 的氢氧化钠，0 100温度计（一支）；万用表（公用）；）；苯甲酸（分析纯或燃烧热专用）；萘(分析纯）。四、实验步骤1.卡计水当量的测定（1）样品压片：压片前先检查压片用钢模有无铁锈、油污和尘土等。压片机必须擦净后才能使用，并且每台专用。用分析天平准确称量一段点火丝（约12厘米）的质量，将点火丝对折，把点火丝中间部位拧成一个小环，居中朝上放入模中。将钢模底装入模中，并用模托托住。用台秤称取1克左右（不可超过1.1克）苯甲酸，从上模孔倒入已称好的苯甲酸样品，旋转手柄使内模下降直至压紧样品为止（点火丝小环压到药片里），如图1-1。然后抽去模托，再继续旋转手柄下压，使样品和模底一起脱落。将压好的样品在分析天平上称量其质量。（2）装置氧弹和充氧：弹筒容积为250350mL，弹盖上装有供充氧和排气的阀门以及点火电源的接线电极。打开氧弹弹盖，将内壁擦干净。加入约10 cm3蒸馏水。将样品上的金属丝固定在氧弹中的两电极上，样品一定要悬在坩埚正上方，如图1-2。旋紧氧弹盖，并用万用表检查电极是否通路，若通路，则可进行充氧。 图1-1压片机 图1-2氧弹卡计剖面图 图1-3 氧气瓶 逆时针打开氧气瓶总阀门（见图1-3 氧气瓶），瓶内压力不得少于0.1-0.2 Mpa，否则需要充气。然后渐渐顺时针旋紧减压阀门，使指针指在表压2 Mpa，将氧弹置于充氧器底座上，使进气口对准充氧器的出气口，按下充氧气的手柄充氧至充氧器压力表值为2 Mpa，充氧约2分钟（且不可超过3 Mpa）。此时在充氧器导管中尚有余气，因此需放掉余气，使氧气表恢复原状。（3）燃烧和测量温度：用容量瓶准确量取蒸馏水3000 cm3，倒入梨形桶内，水温应较夹套水温低0.5 C左右。将充好氧气的的氧弹再用万用表检查是否通路（若不通则将氧弹放气进行检查），放入梨形桶内固定好，接上点火导线，盖上胶木盖，将测温传感器插入内筒，打开电源和搅拌开关，仪器开始显示内筒水温，每隔半分钟蜂鸣器报时一次，记下显示的温度。1 马达；2 搅拌器轴；3 外套盖；4绝热轴；5 量热内桶；6 外套内壁；7 热量计外套8 水；9 氧弹；10水银温度计；11 传感器；12 氧弹进出气阀；13 氧弹电极图1-4氧弹量热计测量装置示意图当内筒水温均匀上升后，按“点火”键，测量次数自动复零，以后每隔半分钟贮存测温度数据。当温度达到最高值之后开始下降，或当温差变化至每分钟上升小于 0.002 时，按“结束”键。停止搅拌，关闭电源。拿出传感器，打开水筒盖（注意：先拿出传感器，再打开开水筒盖），取下点火导线，内筒和氧弹，用放气阀放掉氧弹内的氧气，打开氧弹，观察氧弹内部，若试样燃烧完全，试验有效，取出未烧完的点火丝称重。若发现在坩埚或氧弹内有积炭，则此次试验作废。用蒸馏水洗涤氧弹内部及坩埚并擦拭干净，洗液收集至烧杯中的体积约150-200 ml。将盛有洗液的烧杯用表面器皿盖上，加热至沸腾5分钟，加2滴酚酞指示剂，用0.1moldm-3.氢氧化钠标准溶液滴定，记录消耗的氢氧化钠溶液的体积。2.萘的燃烧热测定称取0.6克萘重复上述实验步骤。五、实验数据及结果处理1. 作雷诺校正图由于在实验过程中热漏是无法完全避免的，因此燃烧前后温度变化的测量必须经过雷诺作图法校正。其方法如下： 将燃烧前后历次观察的水温对时间作图，如图15所示，连成abcd折线，b点相当于开始燃烧点，c点为观察到的最高温度点。分别过b、c作水平线，交温度轴于T1、T2，取其中点T，作水平线交折线abcd于O点。过O点作垂线交ab、cd的延长线于E、F，交T1b、T2c的延长线于E、F。E点和F点所表示的温差即为欲求温度的升高T。图中EE为开始燃烧到温度上升至室温这一段时间内，由环境辐射进来和搅拌引进的能量而造成卡计温度升高，要扣除。FF为温度由室温升到最高点c这一段时间内，卡计向环境辐射出能量而造成的卡计温度降低，需加进去。可见EF两点的温差较客观地表示了由于样品燃烧促使卡计温度升高的数值。2. 用雷诺作图法求出苯甲酸燃烧的T，并计算卡计水当量。3. 用雷诺作图法求出萘燃烧的T，并计算萘的燃烧热Qv。4. 求出恒压燃烧热Qp。5. 查出标准燃烧热，并计算实验过程的相对误差，分析产生误差的原因。六、注意事项1. 试样在氧弹中燃烧产生的压力可达6 Mpa，因此在使用后应将氧弹内部擦干净，以免引起弹壁腐蚀，减少其强度。装卸氧弹时要对准螺纹，不要损坏丝扣，要注意螺丝部分保持干净。2. 氧弹、量热容器、搅拌器在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁干燥。3. 氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接部分不允许有油污，更不允许使用润滑油。如发现油垢，应用乙醚或其它有机溶剂清洗干净。 4. 压片时，注意不要太紧以致不易燃烧，也不要太松导致样品残渣脱落。5. 在检查是否漏气或充入氧气时，不要使氧弹过分震动或倾斜，防止样品脱落。6. 坩埚在每次使用后，必须清洗和除去碳化物，并用纱布清除粘着的污点。7. 酸碱滴定过程中，通常情况下酚酞遇酸溶液不变色,遇碱溶液变红色。然而,酚酞在强碱中由红色迅速退为无色,而在浓酸中也会变色,在稀酸溶液中酚酞滴加过量造成沉淀,使溶液变成白色浑浊。七、思考题1在使用氧气瓶和氧气减压阀时应注意哪些规则？氧气瓶为什么不能沾染油脂？2在氧弹中加约10ml蒸馏水起什么作用？在梨形水桶中为什么要准确加入3000 ml水？附录：1. 雷诺校正图打开Excel 2000，在第一行输入时间，第二行输入温度（包括初期，主期，末期）。输入完毕后，选定所有数据，选“插入”中的“图表”，或单击工具栏中的“图表”符号。出现一个对话框，选择“标准类型”中的“XY散点图”，在出现的对话框上选择下图的第一行第二个，即带点的曲线图，再单击“完成”即可。在另两行分别输入所有时间和室温，输入完毕后，选定所有数据，选“插入”中的“图表”，或单击工具栏中的“图表”符号。出现一个对话框，选择“标准类型”中的“XY散点图”，在出现的对话框上选择下图的第二行第二个，即不带点的折线图，再单击“完成”，得到一条直线。在图空白处右击，选择“复制”，再在第一个图的空白处右击，选择“粘贴”。利用网格线求出交点的横坐标X1。用上述方法做出直线Y=X1，再粘贴到图中。同法做出主期最高和最低温度的直线，粘贴到图中。直线一律用虚线表示。再分别选择初期和末期温度及对应时间，选择“插入”中的“图表”，出现一个对话框，选择“标准类型”中的“XY散点图”，单击“完成”。出现一个图表。在图中右击，选择“添加趋势线”，出现一个对话框，其中“类型”可以选择趋势线的类型，选用“线性”，单击完成。用虚线表示，复制并粘贴到主图中。选择“趋势线格式”，在“趋势线格式”中的“选项”里选择“前推”或“后移”多少个单位，到两条趋势线与直线Y=X1相交为止。从图上求出两交点的纵坐标，相减得到差值T。 在图表空白处右击，选择“图表选项”，可以标出图表名称以及坐标轴代表的含义和单位，还可以选择网格线的格式。在两个坐标轴附近右击，可以调节坐标轴的刻度，字体大小等。2. 常用气体钢瓶标记气体类别瓶身颜色标字颜色字样氮气黑黄氮氧气天蓝黑氧氢气深蓝红氢压缩空气黑白压缩空气二氧化碳黑黄二氧化碳氦棕白氦液氨黄黑氨氯草绿白氯乙炔白红乙炔石油气体灰红石油气粗氩气体黑白粗氩纯氩气体灰绿纯氩实验二 液体饱和蒸气压的测定实验目的1了解沸点的意义、沸点与压力的关系及饱和蒸气压与温度的关系。2运用克拉贝龙方程式计算摩尔气化焓。3掌握测定饱和蒸气压的方法。实验原理在一定温度下，气液平衡时的蒸气压叫做饱和蒸气压，蒸发1摩尔液体所需要吸收的热量即为该温度下液体的摩尔气化焓。饱和蒸气压与温度的关系服从克拉贝龙方程式：随着温度的升高，饱和蒸气压的值也要增大。当饱和蒸气压等于外界压力时，液体“沸腾”，其对应的温度称为沸点。而饱和蒸气压恰为一个标准大气压（1.00105Pa）时所对应的温度则为该液体的标准沸点。如果温度改变区间不大，则可把视作常数，将上式积分得以lg p对作图，即得一直线，其斜率应为所以测定饱和蒸气压常用的方法有动态法和静态法两种。一、动态法其中常用的有饱和气流法，即通过一定体积的待测液体所饱和的气流，用某物质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，求出蒸气的分压力。图21 饱和蒸气压测定装置图二、静态法把待测物质放在一个封闭体系中，在不同温度下直接测量蒸气压或在不同外压下测液体的沸点。本实验采用静态法。静态法的测定仪器如图21所示，试样球与U型等压计相连。当试样球和U型等压计间纯粹是待测液体的蒸气，且U型等压计液面在同一水平时，则表示加在试样球液面上的蒸气压与加在U型等压计液面上的外压相等。此时液体的温度即是体系的气液平衡温度，亦即沸点。待测液体的体积占试样球的2/3为宜。实验用品蒸气压力测定仪，循环水真空泵，数字式低真空测压仪，恒温槽，异丙醇。实验步骤一、装样从加样口注入异丙醇，关闭平衡阀1（见图21），旋转进气阀使真空泵与稳压瓶相通，启动真空泵抽至气泡成串上窜，可关闭进气阀，打开平衡阀1通入空气，使异丙醇充满试样球体积的三分之二和U型等压计双臂的大部分。二、检漏接通冷凝水，关闭平衡阀1，旋转进气阀使真空系与稳压瓶相通，启动真空泵，使压力表读数为5367kPa，关闭进气阀，停止抽气，检查有无漏气，若无漏气即可进行测定（注意在停止抽气时，应先把真空泵与大气相通）。三、测定调节恒温槽温度为298.2K，开动真空泵缓缓抽气，使试样球与U型等压计间空间内的空气呈气泡状通过U形管中的液体而逐出。如发现气泡成串上窜，可关闭进气阀，缓缓打开平衡阀1通入空气使沸腾缓和。如此漫沸34分钟，试样球中的空气排除后，关闭进气阀，小心开启平衡阀1缓缓通入空气，直至U型等压计两臂的液面等高为止，在压力表上读出压力值。重复操作一次，压力表上的读数与前一次相比两者差值应不大于67Pa，此时即可认为试样球与U型等压计液面上的空间已全部为异丙醇的蒸气所充满。同法测定303.2K，308.2K，313.2K，318.2K及323.2K时异丙醇的蒸气压。测定过程中如不慎使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空后方可继续测定。如升温过程中，U型等压计内的液体发生暴沸，可通入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。实验结束后，慢慢打开平衡阀1，使压力表恢复零位。关闭冷却水，将进气阀旋至与大气相通。关闭所有电源。实验数据及处理1将温度，压力数据列表，计算出不同温度下异丙醇的饱和蒸气压。2绘制蒸气压温度的光滑曲线。3绘制lg p图，由其斜率求出实验温度范围内异丙醇的平均摩尔汽化焓。思考题1如何判断等压计中试样球与U型等压计间空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？2测定蒸气压时为何要严格控制温度？3升温时如液体急剧气化，应作何处理？4每次测定前是否需要重新抽气？附 录 精密数字压力计的气密性检查及使用方法一、预压及气密性检查将缓冲储气罐装置2接口用堵头封闭，缓慢加压至满量程，观察数字压力表显示值变化情况，若1分钟内显示值稳定，说明传感器及压力计本身无泄漏。确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复预压23次，方可正式测试。二、采零泄压至零，使压力传感器与大气相通，按下采零键，以消除仪表系统的零点漂移，此时LED显示“0000”。注意：尽管仪表作了精细的零点补偿，但因传感器本身固有的漂移是无法处理的，因此，每次测试前都必须进行采零操作，以保证所测压力值的准确度。图22 缓冲储气罐示意图三、测试 仪表采零后连接实验系统，即将缓冲储气罐装置2接口与实验系统连接，装置1接口与数字压力表连接。打开进气阀与平衡阀2，关闭平衡阀1，启动气泵，加压（或抽气），此时数字压力表显示实验系统的压力值。四、关机测试完毕，打开进气阀、平衡阀1均可释放储气罐中的压力，使系统处于常压下备用，再关掉电源开关。 实验三 电导法测定弱电解质的电离平衡常数一、实验目的1. 掌握DDS11C型电导率仪和7151DM型控温仪的使用方法。2. 测定弱电解质溶液的电导，从而计算其摩尔电导率、电离度和电离平衡常数。二、实验原理1-1型弱电解质在溶液中电离达平衡时，其电离平衡常数与浓度c和电离度的关系为 （1）因为 (式中为摩尔电导率，为极限摩尔电导率)，所以 （2）其中 （3） 式中为电导率，c为物质的量浓度，可以通过测定一定温度而不同浓度下的弱电解溶液的电导率，来求算其电离平衡常数。本实验是测定HAc的KC，首先需测定不同浓度HAc溶液的电导率HAc，代入（3）式求其摩尔电导率，因溶液很稀，必须从溶液的aq中减去水的H2O，即 （4）因此，还需测定纯水的电导率。得到电解质的电导率才能求出弱电解质的。弱电解质的，可采用该弱电解质的正、负离子 加和计算而得：25时，醋酸的。三、仪器与试剂DDS12A型电导率仪；铂黑电极（一只）；7151DM控温仪一台；恒温槽一台；移液管，25 cm3二支；电导池二支；支架； 0.100mol/dm3 HAc溶液。四、实验步骤1. 调整恒温水浴250.12. 用0.100 mol/dm3 醋酸分别配制0.050 mol/dm3、0.025 mol/dm3、0.0125 mol/dm3的醋酸溶液各50 ml。用蒸馏水洗涤电导池和电极三次，再用相应浓度的醋酸溶液淌洗三次后，往电导池中倒入适量的醋酸溶液，插好电极，放入恒温槽中恒温至少15分钟。按照从稀到浓的顺序分别测定这四个浓度醋酸溶液的电导率值。最后测电导水的电导率值。计算，并以文献值为基准，计算相对误差。五、数据记录及结果处理 实验温度_ 室温_ 电导水的_sm-1HAc的浓度HAc/ sm-1m/ sm2mol-1KC0.0125mol/dm30.025mol/dm30.050mol/dm30.100mol/dm3六、注意事项 1 .电极的引线不能受潮，否则将影响测量工作的准确性。 2. 测量高纯水时，被测溶液应流过密封电导池。否则其电导率将很快升高，这是因为空气中的CO2溶入高纯水后，就变成了具有导电性能的碳酸根离子而影响测量值。3. 盛放被测溶液的容器必须清洁，无离子沾污。4. 电极不用时，应将它清洗至其电位为空白电位值，并插入蒸馏水中，以免干燥使其表面发生变化.5. 测定时应按溶液从稀到浓的次序进行。由稀溶液到浓溶液时，可直接用滤纸吸干电极上的水分。如在浓溶液中测定后，再测稀溶液前，应立即用去离子水将电极清洗到空白电位值。这样就使得实验效率太低，且易增大实验误差。七、思考题 1测电导率时为什么要恒温？ 2实验中为什么选择镀铂黑电极？附录 DDS12A型电导率仪 该仪器是实验室电导或电导率测量仪器，仪器采用位LCD数字显示，操作方便，读数清晰，具有0100手动温度补偿。测量范围宽，能满足0.001Scm-1200mScm-1（1000Mcm5cm）的测量要求。1仪器的工作原理 在电解质溶液中，带电离子在电场作用下产生定向移动而传递电子。其导电能力可用电导（G）来度量，其值为电阻的倒数。 电导G的单位为西门子（用S来表示）。R为电阻，单位是欧姆（用表示）。电阻R的大小与导体的长度L成正比，与截面积A成反比：式中比例常数称为电阻率，称电导池常数。根据上二式得：式中k为电导率，它相当于长1m、面积为1m2的导体的电导，其单位是西门子/米，用Sm-1表示。 仪器所用测量电导的方法，实际上是通过测量插入溶液的电极极板之间的电阻来实现的。由振荡产生的交流电压加在电极（电导池）上，经运算放大器组成的放大检波电路变换为直流电压，经集成A/D转换器转换成数字信号，由LED数码管数字显示。仪器面板如图31所示。对仪器面板各部位说明如下：图31 仪器面板示意图 （1）显示屏：LED数码管显示。 （2）电源开关：按下电源接通，放开则电源断开。 （3）量程选择，共五档量程：20mScm-1，2 mScm-1，200Scm-1，20Scm-1，2Scm-1。其中20mScm-1档兼作（高频、低频）测量频率开关。20mScm-1按钮按下时为高频，放开时为低频。例如，当使用200mScm-1档量程高频率时，须同时按下20mScm-1及200mScm-1按钮；如果用低频率，只须单独按下200mScm-1按钮。 （4）调零：调节仪器零位。 （5）电容补偿：用以抵消电极连线的电容量。在接有电导电极但电极尚未浸入溶液时，可按下2Scm-1档按钮，调节旋钮使读数为零。 （6）常数调节：用以对电极常数进行补偿。当使用DJS1电极时补偿范围为0.51.5。当十进制旋钮逆时针旋到头在00位置时，补偿常数为0.50；当顺时针旋到头在100位置时补偿常数为1.50；当在其它位置时，旋钮上的指示加上0.5，例如旋钮指示为45，表示补偿常数为0.450.500.95。如使用DJS10电极，则上述数值乘上10，例如常数 0.95为 9.5。 （7）温度补偿：补偿温度系数相对25为每摄氏度补偿2。十进制旋钮每转一圈表示10。当需进行温度补偿时，此旋钮置于溶液实际温度的相应位置；当不需进行温度补偿时，旋钮应置于25的相应位置。 （8）电极插座：供插接电极引线插头用。 （9）输出选择开关：分2V及 10mV两个位置，与输出信号插座连用。当置于2V位置时，仪器满量程读数时输出 2V；当置于 10mV位置时，满量程输出10mV。 （10）输出接线柱：供连接记录仪用。 （11）保险丝座。 （12）电源插座：插接 220 V，50 Hz电源线。2仪器使用方法 （1）外接电源线，按下电源开关，仪器预热10min。如使用高频则按下20mScm-1按钮；使用低频则放开所有量程按钮，在没有接入电极时使用调零旋钮使仪器读数为000。 （2）将电极插座外套向前按动，并插入电极连接插头，然后放开外套，可拉一下电极连线，应不能拉出，以检查插头是否接好。如电极连线使用接线叉，则固定于仪器接线柱上，连线屏蔽引出端应接黑色接线柱。电极应用干净布拭干，并悬空放置，电极头部不能接触任何物体。按下2Scm-1量程按钮，调节电容补偿，使仪器的读数为000。 （3）将仪器温度补偿旋钮置于25位置，常数补偿置于电极的实际常数相应位置，将电极浸入被测溶液，并按下相应的量程按钮，所得稳定读数即为被测溶液在测量时温度状况下的电导率K。如果常数补偿置于50位置（常数为1位置）则仪器读数即为当时温度下的溶液电导G。如读数第一位为1而后三位数字熄灭，表明被测数值超出量程范围，可按下高档量程按钮，如读数很小，为了提高测量精度，可按下低一档量程按钮。 （4）使用DJS10 电导电极，可以扩展测量范围，测量结果乘以10，20 mScm-1档可测至200mScm-1，2mScm-1档可测至20mScm-1，此时常数补偿的表示也扩大10倍，即补偿515的常数范围。 （5）上述测量中温度补偿旋钮在25位置，没有起补偿作用。如果将旋钮置于溶液实际温度相应位置，仪器读数即溶液在 25时的电导率。但是由于仪器设置的补偿温度系数为2%/，对与这个温度系数不相符的溶液使用温度补偿器将会产生补偿误差。 （6）仪器可长时间连续使用，也可利用输出信号外接记录仪进行连续监测。当需拔除电极插头时，按一下插座外套，插头即能自行脱出。 （7）仪器使用完毕，断开电源开关。3电极常数的测定方法 按照前面所述电导测定方法，调整仪器，将温度补偿旋钮置于25位置，电极常数旋钮置于50（0）常数为1.00（0）。用未知常数的电极去测量已知电导率的标准溶液，测得电极在此溶液中的电导G，单位为西门子（S）电极常数J按下式计算。 式中：K为测定时温度对应的标准溶液电导率，单位为Scm-1。已知电导率的标准溶液可用氯化钾（KCl）溶液，KCl应该用一级试剂（GR），且应先经干燥处理（110下烘 4h）。表31 氯化钾溶液的电导率与温度对照表温度（）浓度（mol/L）温度（）浓度（mol/L）10.10.010.0210.10.010.0210.067130.007360.0008000.001566190.100140.011430.0012510.00244920.068860.007570.0008240.001612200.102270.011670.0012780.00250130.070610.007790.0008480.001659210.104000.011910.0013050.00255340.072370.008000.0008720.001705220.105940.012150.0013320.00260650.074140.008220.0008960.001752230.107890.012390.0013890.00265960.075930.008440.0009210.001800240.109840.012640.0013860.00271270.077730.008660.0009450.001848250.111800.012880.0014130.00276580.079540.008880.0009700.001896260.113770.013130.0014410.00281990.081360.009110.0009950.001945270.115740.013370.0014680.002873100.083190.009330.0010200.001994280.013620.0014960.002927110.085040.009560.0010450.002043290.013870.0015240.002981120.086890.009790.0010700.002093300.014120.0012520.003036130.088760.010020.0010950.002142310.014370.0015810.003091140.090630.010250.0011210.002193320.014620.0016090.003146150.092520.010480.0011470.002243330.014880.0016380.003201160.094410.010720.0011730.002294340.015130.0016670.003564170.096310.010950.0011990.002345350.015390.003312180.098220.011190.0012250.002397360.015640.003368实验四 原电池电动势的测定一、实验目的1掌握电位差综合测试仪的测量原理和测定电池电动势的方法。2加强对原电池、电极电势等概念的理解。3了解浓度对电极电势的影响。二、实验原理电池由正、负两个电极组成，电池的电动势等于两电极电势之差。即E=E+E。E+为正极的电极电势，E为负极的电极电势。以CuZn电池为例：电池符号为Zn|ZnSO4(a1)|CuSO4(a2)|Cu负极反应： ZnZn2+2e正极反应： Cu2+2eCu电池中总反应：Zn+Cu2+=Zn2+ CuZn的电极电势为Cu的电极电势为CuZn电池电势为E =由于纯固体的活度为1，aCu=aZn=1，所以在一定温度下，电极电势的大小决定于电极的性质和溶液中有关离子的活度。目前尚无法测出电极电势的绝对值，而是将一种电极的电极电势定为零，通常将标准氢电极的电极电势作为零标准，其它电极的电极电势值是与标准氢电极比较而得的相对值。但由于使用氢电极不方便，一般常取另一些制备工艺简单，易于复制，电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的参比电极有甘汞电极和氯化银电极等，这些电极的电极电势已精确测出。本实验采用饱和甘汞电极作为参比电极。电池电动势不能用伏特计直接测量。因为当把伏特计与电池接通后，由于电池放电，不断发生化学变化，电池中溶液的浓度将不断改变，因而电动势值也会发生变化。另一方面，电池本身存在内阻，所以伏特计所量出的只是两极上的电位降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电位降才是电池真正的电动势。电势差计是可以利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即在电池内无电流（或极小电流）通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。当两种电极的不同电解质溶液接触时，在溶液的界面上总有液体接界电势存在。在电动势测量时，常用盐桥来减小或消除液接电势。通常的盐桥有KCl（3 mol/dm3或饱和）、KNO3、NH4NO3等的溶液。三、仪器和试剂SDC数字型电势差综合测试仪一台；饱和甘汞电极一只；铜电极一只；锌电极一只；电极管二只；电极管架一个；0.100mol/dm3 CuSO4溶液；0.100mol/dm3 ZnSO4溶液；饱和KCl溶液； 四、实验步骤1. 记录室温，打开 SDC数字式电子电位差计预热 15分钟。标定旋钮旋到“内标”，用 1.00000 V电压进行“采零”。 2. 电极制备：先把锌片和铜片用抛光砂纸轻轻擦亮，去掉氧化层，然后用水、蒸馏水洗净，制成极片待用（注意：每次使用前都要如此处理）。3. 将饱和KCl溶液注入50 cm3小烧杯中，制成盐桥。取两只电极管分别注入0.100mol/dm3的CuSO4溶液和ZnSO4溶液。注意装液时，弯管内不得有气泡，然后将两电极管的弯管同时插入盛有饱和KCl溶液的小烧杯中。其装置如图8-1所示。电池符号为（1） Zn|ZnSO4(0.100mol/dm3)|CuSO4(0.100mol/dm3)|Cu（2）以饱和KCl溶液为盐桥，测定如下电池的电动势：Hg|Hg2Cl2|CuSO4(0.100mol/dm3)|Cu（3）以饱和KCl溶液为盐桥，测定如下电池的电动势：Zn|ZnSO4(0.100mol/dm3)|Hg2Cl2|Hg 图4-1 原电池装置图4连接电极，标定旋钮旋到“测量”，调节左侧旋钮，使平衡电势指示屏(右侧)读数等于零或接近于零，待基本稳定后记录仪器显示屏(左侧)的电动势数值即为所测电池的电动势。五、数据记录和处理1. 记录上列三组电池的电动势测定值。2. 由于温度可改变KCl的溶解度，因而饱和甘汞电极的电极电势受温度影响很大，可根据下式进行校正：E甘汞（饱和）= 0.24150.00076（t25）式中t为摄氏度。利用测定的E结果，以甘汞电极作参比电极计算铜电极和锌电极的电极电势。3.已知25时0.100mol/dm3 CuSO4溶液中铜离子的平均活度系数为=0.16；0.100mol/dm3 ZnSO4溶液中锌离子的平均活度系数=0.15。根据上一步所求得的铜、锌电极电势，计算铜电极和锌电极的标准电极电势。因为在书中只能查到25 C时的值，需要用下式进行温度校正：式中a、b为电极的温度系数。对电池来说：铜电极(Cu2+/Cu): = -0.01610-3VK-1，= 0；锌电极(Zn2+/Zn): = -0.10010-3VK-1， = 0.6210-6VK-1。并与物理化学数据手册上所列的标准电极电势数据进行比较，计算出相对误差，并分析误差产生的原因。 表 1 电池电动势的测定 室温 C 大气压 pa E甘汞 V电池电动势测定值/V平均值/V标准电极电势/V实验值/V 理论值/V相对误差 ECu2+/CuEZn2+/Zn六、注意事项1. 电极在使用之前要用细砂纸檫去表面氧化物，有利于电极反应进行。2电极装好后等2min使电极反应达平衡后，电动势才稳定。3接线时注意正负极。七、思考题1. 为什么不能直接用伏特计测量原电池的电动势?2. 对消法测量电池电动势的主要原理是什么？附录: SDC数字型电势差综合测试仪SDC数字型电势差综合测试仪将UJ系列电位差计、光电检流计、标准电池及其他电源综合为一体，电位差值六位显示，数值直观、准确。既可使用内部基准，又可采用外标准电池对比检测，校验方便灵活。一、仪器构造和测试原理图4-2 SDC数字型电势差综合测试仪的面板部件图4-3 对消法测原电池电动势当双路选择开关D向下与待测电池相通，待测电池的负极与工作电池的负极并联，正极则经过检流计G接到滑动接头上，使滑动接触点到达某处即C点时，检流计中正好无电流通过，这样就相当于在电池的外电路上加上了一个方向相反而大小相等的电位差Ex。为了求得Ex，可将D向上板与标准电池相接，标准电池的电动势En是已知的，而且保持恒定，用同样的方法找出另一点H，使检流计中没有电流通过，则二、使用方法1. 用电源线将仪表后面板的电源插座与220V电源连接，打开电源开关（ON），预热15分钟。2. 以内标为标准进行测量：(1) 用测试线将待测电池按“+”、“-”极性与“测量插孔”连接。(2) 将“测量选择”旋钮置于“内标”。(3) 将“100”位旋钮置于“1”，“补偿”旋钮逆时针旋到底，其它旋钮均置于“0”，此时，“电位指示”显示“1.00000”V。(4) 待“检零指示”显示数值稳定后，按一下采零键，此时，检零指示应显示“0000”。(5) 将“测量选择”置于“测量”。(6) 调节“100-10-4”五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。(7) 调节“补偿”旋钮，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位显示”数值即为被测电池电动势的数值。注意：测量过程中，若“检零指示”显示溢出符号“OUT”，说明“电位指示”显示的数值与被测电池电动势的数值相差过大。3. 以外标为标准进行测量:(1) 将已知电动势的标准电池按“+”、“-”极性与“外标插孔”连接。(2) 将“测量选择”旋钮置于“外标”。(3) 调节“100-10-4”五个旋钮和“补偿”旋钮，使“电位指示”显示的数值与外标电池电动势的数值相同。(4)待“检零指示”显示数值稳定后，按一下采零键，此时，检零指示应显示“0000”。(5) 拔出“外标插孔”的测试线，再用测试线将待测电池按“+”、“-”极性与“测量插孔”连接。(6) 将“测量选择”置于“测量”。(7) 调节“100-10-4”五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。(8) 调节“补偿”旋钮，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位显示”数值即为被测电池电动势的数值。4. 关闭电源开关（OFF），然后拔下电源线。实验五 溶液吸附法测定比表面积一、目的要求1. 用次甲基蓝水溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面积。2. 了解Langmuir单分子层吸附理论。3. 了解溶液法测定比表面的基本原理。二、实验原理1活性炭是通过把木材、煤、泥炭等许多来自植物的、成为碳前驱体的原材料，在几百摄氏度的温度下炭化以后，再进行活化而制成的疏水性吸附剂。活化过程，就是使炭形成多孔的微晶结构，具有巨大的比表面积。只是经过炭化而没有活化的炭，没有发达的比表面积，吸附性能很低。活性炭的吸附功能主要是指活性炭可以吸收液体和气体中有害物质的分子。(1)具有微孔的活性炭主要用于对气体的吸附，活性炭吸附气体的作用同被吸附的气体的分子大小与活性炭孔径匹配有关，而孔径大小的分布由活化条件来控制。此外，还与被吸附气体的沸点有关。沸点越高的气体，活性炭对它的吸附量越大。大多数毒气的沸点比氧气、氮气高得多，所以活性炭只吸收毒气而放过氧气和氮气。(2)过渡孔较多及平均孔径较大的活性炭多用于液体的吸附。活性炭还具有很好的耐热性、耐酸性和耐碱性，可作为催化剂的载体。影响活性炭吸附的因素有：(1)活性炭的特性，如活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等；(2)被吸附物的特性，如溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小、不饱和度及浓度等；(3)温度；(4)接触系统；(5)运行方式等。 2. 比表面是指单位质量(或单位体积)的吸附剂所具有的表面积，其数值与吸附质粒子大小有关。测定固体物质比表面的方法很多，常用的有BET低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液吸附法测定结果有一定误差，一般为10%左右。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用来测定大量同类样品的相对值。3水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所有染料中，次甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，次甲基蓝吸附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为0.2%左右，平衡溶液浓度不小于0.1%。4根据朗格缪尔单分子层吸附理论，当次甲基蓝与活性炭达到吸附饱和后，吸附与脱附处于动态平衡，这时次甲基蓝分子铺满整个活性粒子表面而不留下空位，此时吸附剂活性炭的比表面可按式(1)计算: (1)式中，S为比表面(m2kg-1); c0为原始溶液的质量分数；c为平衡溶液的质量分数； G为溶液的加入量(kg)；W为吸附剂试样质量(kg)；2.45106是1 kg次甲基蓝可覆盖活性炭样品的面积(m2kg-1)。5. 次甲基蓝是一个具有矩形结构的分子：其阳离子的大小为17.010-10 m7.610-10 m3.2510-10 m。次甲基蓝的吸附有三种趋向：平面吸附，投影面积为1.3510-18 m2；侧面吸附，投影面积为7.510-19 m2；端基吸附，投影面积为39.510-20 m2。对于非石墨型的活性炭，次甲基蓝是以端基取向吸附在活性炭表面。根据实验结果推算，在单层吸附的情况下，1 mg次甲基蓝覆盖的面积可按2.45 m2计算。6本实验溶液浓度的测量是借助于分光光度计来完成的。根据光吸收定律，当入射光为一定波长的单色光时，某溶液的光密度与溶液中有色物质的浓度及溶液的厚度成正比，即 其中： A吸光度； I透射光强度； I0 入射光强度； 摩尔吸收系数(Lmol-1cm-1)； c溶液浓度(molL-3)； l溶液的光径长度(cm)。一般说来，光的吸收定律能适用于任何波长的单色光，但对于一个指定的溶液，在不同的波长下测得的吸光度不同。为了提高测量的灵敏度，工作波长应选择在吸光度A值最大时所对应的波长。次甲基蓝溶液在可见区有二个吸收峰：445 nm和665 nm。但在445 nm处活性炭吸附对吸收峰有很大的干扰，所以本实验所用的工作波长为665nm。实验首先测定一系列已知浓度的次甲基蓝溶液的吸光度，绘出Ac工作曲线，然后测定次甲基蓝原始溶液及平衡溶液的吸光度，再在Ac曲线上查得对应的浓度值，代入(1)式计算比表面。三、仪器试剂722型分光光度计及其附件 1套100 mL容量瓶 6个250 m