实验一、三组分液-液体系相图的绘制.ppt

实验一 三组分液 液体系相图的绘制 目的要求 学习测绘恒温恒压下苯 水 乙醇三组分体系的相图 掌握用等边三角形绘制三组分体系相图的方法 原理 三组分体系组分数K 3 如果体系处于恒温恒压状态 按照相律 体系的自由度f 3 式中 为体系中的相数 当体系为均相时 自由度f 2 因此恒温恒压下三组分体系中浓度独立变量最多只有2个 这样就可用平面图形来表示体系的状态和组成的关系 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成 三角形的3个顶点分别代表纯组分A B和C 三条边AB BC CA分别代表A和B B和C C和A所组成的二组分体系的组成 而三角形内任何一点表示三组分体系的组成 在苯 水 乙醇三组分体系中 苯和水时互不相溶的 而乙醇和苯及乙醇和水是互溶的 在苯 水体系中加入乙醇则可促使苯和水互溶 仪器 试剂 仪器25ml酸式滴定管1个 1ml移液管2个 5ml刻度移液管1个 2ml 10ml 20ml 25ml移液管各1个 250ml三角瓶2个 试剂纯苯 无水乙醇 蒸馏水 实验步骤 互溶度曲线的测定 用移液管移取4 00ml苯 放入干燥洁净的250ml三角烧瓶中 加入0 10ml水 然后用滴定管滴加乙醇 并不断振荡 当液体由浊变清时 记录加入乙醇的量 再在上述三角烧瓶中依次分别加入0 25ml 0 50ml 1 00ml 2 00ml 3 00ml 4 00m水 重复上述操作 用移液管移取0 80ml苯 放入另一干洁的250ml三角瓶中 加入10 00ml水 然后滴加乙醇 使成一相 以后再依次加入10 00ml 10 00ml 20 00ml 25 00ml水 重复上述操作 并记录每次滴加乙醇的量 数据记录及处理 将测得的数据按表1的格式记录 假设三组分混合后不发生体积变化 计算在滴定至终点均匀一相时 各组分的体积百分比 把计算结果在三角坐标中标出 并作出一平滑曲线 用虚线外延到三角坐标中的2个顶点 表1三组分液 液体系的相图测绘 注意 使用的三角瓶必须事先干燥 当液体由浊变清时 须小心 勿使乙醇过量加入 相变点的判断 思考题 当体系总组成在曲线内与曲线外时 相数有何不同 总组成点通过曲线时发生什么变化 用相律说明当温度 压力恒定时 单相区的自由度是多少 使用三角瓶不事先干燥行吗 为什么 可否用95 乙醇代替无水乙醇 实验二 分配系数的测定 目的要求 掌握分配定律及其应用 测定苯甲酸在苯和水中的分配系数 并判断其在水中有无缔合现象 了解分配系数的测定方法 原理 在一定温度和压力下 将一溶质溶解在两种不互溶的溶剂中 则溶质往往同时分配地溶入这两种溶剂中 如果溶质在两种溶剂中分子大小相同 且浓度不大 那么达到平衡时 溶质在两种溶剂中的浓度比值等于常数 这就是分配定律 式中CA CB为溶质在A B溶剂中的浓度 K为分配系数 在一些体系中由于分子的离解或缔合 溶质在不同溶剂中质点的平均大小不同 如在溶剂A中的质点比在溶剂B中小一半 则分配定律表述为 为了判断苯甲酸在水中有无缔合现象 假定其缔合度为n 则分配定律为 则lgK lgCA lgCB如测得一系列的CA CB 后用lgCA对lgCB作图 由直线的斜率和截距即可分别计算出分配系数K 缔合度n 实验步骤 取5个洗净的150ml碘量瓶 标明号码 分别加入约0 6g 0 8g 1 0g 1 2g 1 4g苯甲酸 用量筒分别加入25ml苯和25ml蒸馏水 盖好塞子 振摇半小时 使两相充分混合接触 将1号试样转移至分液漏斗中 静置分层 用移液管移取下层 水层 5 00ml 放入100ml三角瓶中 加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液 用标准碱液滴定 记录所用碱液体积 重复测定二次 用移液管移取上层 苯层 2 00ml 放入100ml三角瓶中 加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液 用标准碱液滴定 记录所用碱液体积 重复测定二次 用上述方法依次测定2 3 4 5号试样 数据记录与处理 记录室温及大气压 设计数据记录表格 并用lgCA对lgCB作图 由直线的斜率和截距计算出分配系数K 缔合度n 注意事项 实验中所用苯对环境有较大污染 废液应倒入回收瓶中 统一处理 思考题 分配系数的影响因素有哪些 实验三 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 目的要求 1 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期 2 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系 3 了解旋光仪的基本原理 掌握旋光仪正确使用方法 基本原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖 其反应为 它是一个二级反应的速率很慢 通常需要H 离子作用下进行 由于它是一个二级反应时水量存在的 尽管有部分水参加了反应 仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的 而且H 是催化剂 其浓度也保持不变 因此蔗糖转化反应可看作一级反应 一级反应的速率方程可由下式表示 1 积分可得 1nc kt 1nc0 2 当C 时 时间t可用t1 2表示 即为半衰期 3 测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪 溶液的旋光度与溶液中可含旋光物质的旋光能力 溶剂性质 样品管长度及温度等均有关系 当其它条件均固定时 旋光度 与反应物浓度c呈线性关系 即 4 式中比例常数 与物质旋光能力 样品管长度 温度等有关 物质的旋光能力用比旋光度来度量 比旋光度用下式表示 5 但蔗糖及其转化产物具有旋光性 而且它们的旋光能力不同 故可以利用系统在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程 式中 右上角的 20 表示实验时温度20 D是指用钠灯光源D线的波长 即589nm 为测得的旋光度 1为管长度 dm CA为浓度 g 100ml 作为反应物的蔗糖是右旋性物质 其比旋光度 66 63 生成物中葡萄也是右旋性物 质 其比旋光度 52 5 但果糖是左旋性物质 基比旋光度 91 9 由于生成 物中果糖的左旋性比葡萄右旋性大 所以生成物呈现在左旋性质 因此随着反应的进行 系统的右旋角不断减小 反应至某一瞬间 系统的旋光度可恰好等于零 而后就变成左旋 直至蔗糖完全转化 这时左旋角达到最大值 设系统最初的旋光度为 t 0 蔗糖尚未转化 6 系统最终的旋光度为 蔗糖已转化完全 7 当时间为t时 蔗糖浓度为C 此时旋光度为 即 8 由 6 7 和 8 联立可解得 9 10 将 9 10 代入 2 式即得 11 显然 以 对t作图可得一直线 从直线斜率即可求得反应速率常数k 实验步骤 1 溶液配制及测试 用台秤称取蔗糖 0 8mol dm 3 放入烧杯中 用少量蒸馏水溶解 注意水过量 待蔗糖全部溶解后 温度太低需加热 并冲洗至100ml容量瓶中 若溶解浑浊需要过滤 2 反应中旋光系统 t的测定 移取25ml蔗糖溶液于干净的锥形瓶中 再移取25ml 3mol dm 3HC1往蔗糖溶液中注入 当HC1液流出一半时立即记时 作为起始时间 全加入后将其混合均匀 迅速用反应液荡洗旋光管两次 然后将反应液注满旋光管 盖上玻璃片 注意匆使管存有气泡 旋紧帽后放置在旋光计中测定旋光系统 t 此后每隔5分钟测一次 t 测出两个负值为止 3 的测定 测定后 将管内溶液倒回原锥形瓶内 待24小时后再测 也可将溶液放入333 15K的水溶槽中 不可高于338 15K 并保温30分钟取出 待冷后测 记录 实验温度 数据处理 1 以1g 对t作图 证明是否一级反应 并由直线斜率求出反应速度常数K 2 由上述直线外推至t 0 求得1g 再代入式 11 中计算K值 3 求出反应的半衰期 实验四 最大气泡压力法测定溶液表面张力 实验目的 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力 考察吸附量与浓度的关系 了解表面张力 表面自由能的意义以及与溶液界面吸附的关系 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术 由Gibbs公式用图解法求算不同浓度溶液的界面吸附量 实验原理 体相分子 液体有自动收缩表面而呈球形的趋势 自由移动不消耗功 表面分子 纯液体和其蒸气组成的体系 比表面自由能 表面张力 1 溶液的界面吸附 溶液活度 溶液 体系可调节溶质在表面相的浓度来降低表面自由能 表面吸附 表面层与体相浓度不相同的现象 恒温下的Gibbs吸附方程 mol m 2 G 0 正吸附 溶液表面张力降低 表面活性物质 G 0 负吸附 溶液表面张力升高 非表面活性物质 浓度达一定值 溶液界面形成饱和单分子层吸附 2 最大气泡压力法测定表面张力的原理 将待测液体装于表面张力仪 使毛细管的端面与液面相切 打开滴液漏斗的活塞 使水缓慢滴下而降低系统的压力 毛细管内的液面上受到一个比样品管内的液面上稍大的压力 当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛细管口液体的表面张力时 气泡就从毛细管口被压出 这个最大的压力差可由U型管压力计上读出 U形示压计两端汞柱的高度差 毛细管端口形成的半球形气泡承受的最大压力差 若用同一支毛细管和压力计 在相同温度下测定两种液体的表面张力 有 毛细管曲率半径 毛细管常数 饱和吸附量 3 求正丁醇的分子截面积 求正丁醇分子截面积 实验步骤 1 测定毛细管常数K 将蒸馏水装于带支管的毛细管 使毛细管的端面与液面相切 打开滴液漏斗的活塞 使水缓慢滴下而降低系统的压力 气泡均匀逸出 读取U形压力计两臂最大高度差 2 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力配制浓度分别为0 02 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 50mol L 1正丁醇溶液各50ml 按 1 步骤测定表面张力 数据记录和处理 1 记录实验温度 大气压 以及蒸馏水和不同浓度正丁醇溶液的的 h 2 按式 7 66 计算毛细管常数K 不同温度下纯水的表面张力见附录14 3 按式 7 66 计算不同浓度正丁醇溶液的表面张力 由 7 64 式计算不同浓度溶液的吸附量 思考题 用最大气泡压力法测定溶液的表面张力时 为什么要读取最大压差 那些因素影响表面张力的测定 应当如何减小或消除这项因素的影响 实验五 黏度法测定高聚物平均摩尔质量 实验目的 用黏度法测定聚丙烯酰胺的平均摩尔质量了解乌氏黏度计特点 掌握其使用方法 实验原理 高聚物的摩尔质量的对其性能有很大的影响 通过摩尔质量的测定可了解高聚物的性能 并控制聚合条件以获得优良产品 在某一温度下 高聚物溶液的黏度 比纯溶剂的黏度 0大 黏度增加的分数为增比黏度 sp r称为相对黏度 是整个溶液的黏度行为 sp意味着扣除了溶剂分子间的内摩擦效应 仅考虑溶剂与溶质分子之间以及溶质分子间的相互作用 sp随高聚物浓度增加而增大 常用 sp c 称为比浓黏度 比浓黏度随溶液浓度c变化 当溶液无限稀 c 0 时 溶质分子间内摩擦效应可以忽略不计 只存在溶剂分子与溶质分子间的内摩擦作用 sp c趋于固定极限值 为特性黏度 可由 sp c c图用外推法求出 实验表明 sp c与 的关系用经验公式表示为 故作 sp c c图 外推后由 sp c轴上的截距可求 浓度不太大时 经验公式可表示为ln c 2c 这样 sp c及ln c对c作图 得两条直线 这两条直线在纵轴上相交于一点 可求出 值 的单位是浓度倒数 与高聚物平均摩尔质量的关系为 M 其中 和 为经验方程的两个参数 一定温度 一定的高聚物体系为常数 M为平均摩尔质量 同一温度下 对纯溶剂和4 5个不同浓度的溶液进行流出时间的测定后 由式 7 84 和 7 77 可计算出相应 r和 sp 再由 7 79 和 7 80 作图外推求出 最后由 7 81 及经验常数 求算平均摩尔质量 M 本实验用毛细管黏度计测定高聚物溶液的黏度 在稀溶液中 浓度小于1 10 3g ml 1 溶剂与溶液的密度近似为相等 可得 实验步骤 恒温槽的调节高聚物溶液黏度的温度系数较大 如果温度控制波动较大 会使液体流出时间的重现性差 或作图线性不好 严格调整恒温槽温度在30 0 0 1 C范围内 黏度计的选择和洗涤使用乌氏黏度计能在黏度计内进行逐步稀释 适合连续测定不同浓度溶液的黏度 由所用溶剂的黏度选择毛细管r与管E体积的大小 使流出时间不少于100s 对于溶剂水 毛细管径为0 57mm E球体积为4ml 黏度计应用洗液浸泡后 再依次用自来水 蒸馏水冲洗 最后用乙醇淌洗后真空干燥备用 溶液流出时间的测定 将清洁干净的黏度计B管 C管口导上乳胶管后垂直放入恒温槽中 恒温水面应浸没G球 调节夹黏度计的夹具使黏度计毛细管垂直 一次吸取5ml聚丙烯酰胺水溶液 10ml1 5mol L 1NaNO3水溶液从A管注入 夹住C管口的乳胶管 在B管上接上注射针筒来回推拉 鼓泡 使溶液混合均匀 设浓度为c1 恒温10min C管不同大气 由B管抽气 溶液从F球经D球 毛细管 E球抽至G球2 3处 先拔出针筒 再松开C管处夹子 使C管通大气 D球中液体即回入F球 毛细管以上液体悬空并开始下落 当液面流经a刻度立即按下表开始计时 当液面将到b刻度时 再按停表 读取a b刻度间液体流经毛细管所需时间t1 重复3次 时间相差不得超过0 5s 依次由A管分别注入5ml 10ml 15ml1mol L 1NaNO3水溶液 将高聚物稀释为c2 c3 c4 同法测定流出时间t2 t3 t4 每次加入NaNO3溶液后 应混合均匀后抽洗毛细管3次 恒温10min溶剂流出时间的测定倾去高聚物溶液 用自来水 蒸馏水淌洗净黏度计后 再用1mol L 1NaNO3水溶液淌洗 最后加入约15ml1mol L 1NaNO3水溶液 恒温后测定流出时间t0 实验完毕 倾去溶液 洗净黏度计 用乙醇淌洗 放置干燥 注意 液体黏度的温度系数均较大 实验中应严格控制温度的恒定 否则难以获得重现结果 黏度计系贵重玻璃仪器 在洗涤 安放及使用过程中应仔细 避免损坏 因高聚物黏度较大 用移液管取样前应用溶液淌洗几次 取样将溶液放入黏度计F球时 应避免试液沿管壁淌下 溶液放完移液管应多