静态法测液体饱和蒸气压.doc

实验一 静态法测液体饱和蒸气压一 实验目的 利用静态法测乙醇在不同温度下的蒸气压，求在实验温度范围内的平均摩尔气化热。二 实验原理液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克拉佩龙方程来表示： = (1)设 蒸气为理想气体，在实验温度范围内摩尔气化热为常数，并略去液体的体积，对（1）式积分可得克克方程： (2)实验测得各温度下的饱和蒸气压后，以lnP对1/T作图得一直线，直线的斜率m=-/R，测=-斜R.测定饱和蒸汽压的方法有三类：1静态法：在某一温度下直接测量饱和蒸汽压。2动态法：再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。本实验采用静态法以等压计在不同温度下测定乙醇的饱和蒸汽压，等压计的外形见图。小球中盛被测液体，U型管部分以样品本身作封闭液。在一定温度下，若小球液面上方仅有被测物质蒸气，那么在U型管右支液面上所受到的压力就是饱和蒸气压，当这个压力与U型管左支液面上的空气压力相平衡（U型管两臂液面齐平时），就可以从与等压计相接的U型管汞压计测出在此温度下的饱和蒸气压。三 仪器与药品 仪器：恒温槽；真空系统；冷凝器；带磨口的等压计。药品：乙醇四 实验步骤1、将烘干的等压计3与真空胶管2接好，旋塞9与真空泵相连接，检查体系是否漏气。2、将干净等压计的盛样球烤热，赶出管内部分空气再从上口用滴管加入乙醇，管子冷却时即可将乙醇吸入。再烤，再装，装入到小球三分之二的容积为宜。在U型管中保留部分乙醇作封闭液。3、等压计与冷凝器磨口接好并用弹簧固定后置25恒温槽中，开动真空泵，控制抽气速度，使等压计中液体缓慢沸腾34分钟，让其中空气排净。然后停止抽气，通过毛细管缓缓放气入内，至U型管两侧液面等高为止，读取此时恒温槽温度及U型压力计的汞高差。4、同法测定30，35，40，45时乙醇的蒸气压。在升温过程中，应经常开启旋塞，缓慢放入空气，使U型管两臂液面接近相等。如果在实验过程中放入空气过多时，可开一下图的旋塞8，借缓冲瓶10的真空把空气抽出。5、 验完毕时，缓缓放入空气入内，至大气压为止。五 数据记录室温大气压温度/大气压/mmHg左支汞高/mmHg右支汞高/mmHg汞高差/mmHg蒸汽压/mmHglnP3035404550六.数据处理(1)根据实验数据作出lnP-1/T图。(2)计算乙醇在实验温度范围内的平均摩尔气化热。 七.思考题1、 克-克方程在什么条件下才能应用？2、 开启旋塞放空气入内时，放得过多应如何办？实验过程中为什么要防止空气倒灌？3、 体系中安稳压瓶和毛细管的目的是什么？4、 化热与温度有无关系？5、 压计U型管的液体起什么作用？冷凝器起什么作用？实验二 溶解热的测定一. 实验目的 1、用简单量热计测定硝酸钾的溶解热；2、学会使用贝克曼温度计二. 实验原理 盐类溶解往往同时进行着两种过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；一是离子的溶剂化，为放热过程溶解热是这两种热效应的总和。因此，最终是吸热或是放热，则应由这两种效应的相对大小来决定。 当实验在定压只作膨胀功的绝热体系中进行时，体系的总焓保持不变，根据热平衡，即可计算过程所涉及的热效应。 我们把用杜瓦瓶作成的量热计看成绝热体系，把某盐溶于一定量的水中时，可列出如下的热平衡式： 式中：H溶解为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解热，m1为水的质量，m2为溶质的质量，c1水的比热；c2溶质的比热，Mi为溶质的摩尔质量；t溶解过程中的真实温差，K：量热计的热容量(除开溶液外，使体系温度升高1度所需的热量)三.仪器与药品 仪器：杜瓦瓶1个，贝克曼温度计1支；停表一块，放大镜一个，容量瓶(500m1)一个，分析天平一台，搅拌器一个，橡皮塞一个；蜡光纸若干，专用漏斗一只。 药品：氯化钾(分析纯)，硝酸钾(分析纯)四.实验步骤 1.测量热器热容K 在干净的量热器中装入300ml蒸馏水，将调好的贝克曼温度计插入量热器中，此时汞柱应在3附近，保持一定搅拌速度，至温度变化基本稳定后，每分钟用放大镜准确读数一次，连续八次后，拨出盖上橡皮塞，插上专用漏斗，立即将称好的氯化钾(其量按1摩尔KCl，200摩尔水计算)经漏斗迅速倒入量热器中，取下漏斗，换上橡皮塞。继续搅拌，并仍按每分钟读数一次，至温度不再下降，再继续八次停止然后用普通温度计测量热器中溶液的温度，记录2硝酸钾溶解热的测定 将上量热器中液体倒掉洗净，擦干。用硝酸钾(其量按1摩尔KN03：400摩尔水计算)代替氯化钾重复上述操作，记录。五.记录与数据处理 室温_ 大气压_ 加氯化钾前后每分钟记录温度1次次序温度/加硝酸钾前后每分钟记录温度一次次序温度/测量热器热容K硝酸钾溶解热的测定量热器中水的体积ml量热器中水的体积ml氯化钾质量g氯化钾质量g真实温差t真实温差t溶液温度/溶液温度/水密度/g.ml-1水密度/g.ml-1氯化钾比热/J.g-1. -1硝酸钾比热/J.g-1. -1水比热/ J.g-1. -1水比热/ J.g-1. -1量热器热容K/ J.-1硝酸钾的溶解热K/ J.-1关于真实温差t的求法： 由于杜瓦瓶并非严格绝热系统，因此在盐溶解过程中，体系与环境有微小的热量交换。为了消除这种影响，求得没有热交换时的真实温差t，可采取作图外推法。即由数据作温度一时间曲线，井认为溶解是在相当于盐溶解前后的平均温度(两个转折点温度差的平均值)那一瞬间完成的过此平均温度作一水平线与温度一时间曲线相交于点M，过M作垂线，与溶解前后两段温度读数的延长线交于A、B两点，A，B两对应温度差即为真实温差t， 将t，氯化钾的M1、m2、c2，H溶解和水的C1，m1，代入公式(1)中求K，同理利用该K值和硝酸钾的M1、m2、c2和水的C1，m1：求出硝酸钾的H溶解(在溶解温度下的溶解热) 附录： 氯化钾(固)在20附近比热为0.669 J.g-1. -1 销酸钾(固)在20附近比热为0.895 J.g-1. -1不同温度下，1摩尔氯化钾溶于200摩尔水中的的溶解热，温度H溶解kJ.mol-1温度H溶解kJ.mol-1温度H溶解kJ.mol-1温度H溶解kJ.mol-11019.981519.102018.292517.561119.791618.932118.152617.411219.621718.772217.992717.271319.451818.602317.852817.141419.281918.442417.702917.00六. 思考题 1.为什么只做膨胀功的绝热体系在等压过程中总焓不变? 2.为什么要测量热器的热容量K? 3.温度和浓度对溶解热有无影响。实验三 二元液系相图一. 实验目的1.测定环己烷乙醇体系的沸点组成图，并确定横沸温度及横沸组成；2.通过实验进一步理解分馏原理；3.掌握阿贝折光仪的使用方法。二. 实验原理二元体系的沸点组成图可以分三类：（1）理想双液系，其溶液沸点介于纯物质沸点之间；（2）各组分对拉乌尔定律都有负偏差，其溶液有最高沸点；（3）各组分对拉乌尔定律发生正偏差，其溶液有最低沸点。本实验测第（3）类二元液系沸点组成图。为测定二元液系沸点组成图，需在气液相达平衡后，同时测定气相组成，液相组成和溶液沸点。本实验用简单蒸馏，电热丝直接放入溶液中加热，以减少过热暴沸现象，蒸馏瓶上冷凝使平衡蒸气凝聚在小玻璃槽中然后从中取样分析气相组成。从蒸馏瓶中取样分析液相组成。分析所用的仪器是折光仪，先用 它测定已知组成混合物的折光率作出折光率对组成的工作曲线，用此曲线即可从测得样品的折光率查出相应的气液组成。沸点可以直接读出从而可以绘制沸点组成图。三. 仪器与药品仪器：蒸馏瓶一个；温度计（50100）1支；阿贝折光仪一台；长，短取样管各1支；移液管（25ml）2支；超级恒温水浴一套；调压器一个；加热装置一套；电吹风一台。镜头纸若干。药品：环己烷；无水乙醇。四. 实验步骤1.按装置图连接好线路。2.在蒸馏瓶中（洗净烘干）加入20ml纯环己烷,调节器调至（约810V），使液体加热至沸，待温度恒定后记沸点温度并停止加热。3.在蒸馏瓶环己烷溶液依次加入0.5ml，3ml，10ml，乙醇溶液按上法分别加热至沸，最初在冷却槽中的液体常常不能代表平衡时的气相组成，所以常用冷却液倾回蒸馏瓶中34次，代温度恒定后，停止加热，记下沸点。随即分别用长短取样管吸取冷却槽中和蒸馏中的液体其折光率，测定时动作要迅速。每个样品测三次平均值。蒸馏瓶中液体要回收。4.将蒸馏瓶洗净吹干，倒入20 ml纯乙醇同法测其沸点。5.以后在蒸馏瓶中依次加入1 ml，2 ml，5 ml环己烷，分别测其沸点和折光率，记录。装置图五. 记录与数据处理室温_ 大气压_溶液组成/ ml沸点温度/气相分析液相分析折光率y乙折光率x乙环己烷乙醇 200200.5203.52013.52023.5020120320820由已知组成的环己烷乙醇混合物的折光率曲线上查出馏出夜（气相）和蒸馏液（液相）的组成。利用坐标画出t-x图，求出环己烷乙醇体系的最低横沸混合物的组成及最低横沸点的温度。横沸组成_最低横沸点的温度_六. 思考题1.每次加入蒸馏瓶中的环己烷乙醇的混合的量是否一定要精确计算？为什么？2.如何判断气液相平衡？3.测折光时为什么要尽量快？4.温度计的位置怎样为合适？5.收集气相冷凝液的小槽的对实验结果有无影响？附录：已知20时环己烷乙醇二组体系的折光率nD20与溶质质量百分数的关系如下：环己烷%00010.6219.3030.9940.8756.2860.1770.4680.1100折光率nD1.34121.36141.36711.37221.38491.39411.39741.40441.41331.4271（若温度不是20，则按温度每升高1，折光率降低410-4进行换算。）实验四 电动势的测定及应用一. 实验目的1.掌握用对消法测定电动势的原理；2.学会使用电位差计；3.本实验测定下列原电池的电动势 ： Hg(1)|Hg2Cl2(s),KCl (饱和)|(0.2mol/lHAc+0.2mol/lNaAc) Q.QH2 |Pt(S) 饱和甘汞电极|KCl (饱和)|(0.2mol/lHAc+0.2mol/lNaAc) Q.QH2 |Pt(S)二. 实验原理 原电池的电动势 电池的电动势可以测定。如若知道一个半电池的电极电位，另一个半电池的电极电位就知道。用稳定的甘汞电极作为参比电极，通过测电动势可求出反应的，电解质平均活度系数，难溶盐的溶解度和溶液的PH值。但用电动势法测定的反应必须是能够设计成可逆电池的反应。电池反应就是所求的反应。 可逆电池的电动势不能直接用伏特计测定，因为伏特计和待测电池接通后电池中将发生化学反应有电流流过，引起溶液浓度的变化。电动势就不能保持稳定。而且电池本身有电阻，伏特计测的只是电池两端电压，小于电池的电动势。所以要准确测电池的电动势只能在无电流通过或仅有微小电流通过才能进行。对消法就是根据上述原理设计的。对消法设计线路图如下：图中EW为工作电池，S.C为标准电池，在20时其电动势为1.01864V，Ex为待测电池的电动势，D为双臂电钥，当D向下时与相通，当D向上时与相通。K为电键，G为检流计，AB为均匀电阻丝，在AB上按导线的长度比例直接注明伏特数，测定时先使D向下，与S.C相通，并把C点移至标准电池在测定温度时的电动势值后处，调节可变电阻R直到G中无电流流过。这样就校正了AB电阻丝上的读数。显然一校正，可变电阻R就不能任意变动了。但由于使用过程中工作电池的电压因不断放电而在改变。所以要求每次测定前，均需用标准电池校正。以电池(1)为例，说明如何通过电动势的测定来求出溶液的PH值。醌氢醌电极是对氢离子可逆的氧化还原电极。常用于测定溶液的PH值，这种电极的制备很简单，只需在待测溶液中加入少许醌氢醌使溶液达到饱和后，插入惰性电极(Pt,Au)即可。醌氢醌是等摩尔的醌和氢醌的化合物，在水中溶解度很小，当溶液PH值7.1时，醌氢醌电极作为正极。电极反应为：C6H4O2+2H+2e=C6H4(OH)2其电极电位为: 由于醌氢醌是醌和氢醌等摩尔化合物，在水中溶解度很小，所以醌和氢醌的浓度很低，可以认为醌=氢醌。通常采用醌氢醌电极与饱和甘汞电极组成原电池，测其电动势以计算溶液的PH值。当溶液的PH7.1时，醌氢醌电极作为正极， 饱和甘汞电极作为负极。则所以 式中F=96485C.mol-1，, 饱和甘汞,=0.2412-7.610-4（t-25），t为实验温度。三. 仪器与药品仪器：UJ25型电位差计全套；光点反射检流计(10-8A/mm)；直流稳压电源或甲电池（二节）；韦斯顿标准电池。铂电极（213型）；饱和甘汞电极（212型）；导线若干；盐桥（琼脂+KNO3+H2O质量比3：40：100）；铁架台，烧杯（50ml）4个；电极夹；25ml移液管2支。药品：饱和KCl溶液；0.2mol/lHAc;0.2mol/lNaAc;0.1mol/l盐酸；未知液（蒸馏水1000ml+1ml0.1mol/l盐酸）；醌氢醌固体粉末四. 实验步骤1.按图连好线路（工作电池须经教师允许后方可连接），将检流计按钮全部松开。2.接上工作电池（二节电池）。把标准电池电动势的旋纽指向N，其值经过计算E标=1.018410-4.9310-5（t-25），调节粗，中，微不能再动。3.然后将旋扭扳向未知电池X1，从大到小依次调节六个电势测量刻度盘，不断按电位计按扭粗，中，细，直至光点检流计为零。从六个刻度盘读数可以相应倍数即为所测电池电动势。实验完毕后，检流计必须短路处理。4.测未知液有两个，第一个是0.2mol/lHAc15l+0.2mol/lNaAc15ml缓冲溶液加入醌氢醌不断搅拌使之饱和，第二个是取出30ml未知液（1000ml蒸馏水+1ml0.1mol/l盐酸加醌氢醌不断搅拌使之饱和）。5.测定第一个电池的电动势：将0.1mol/lKCl溶液和HAc及NaAc缓冲溶液各30ml分别放入已洗净烘干的50ml烧杯中，以饱和甘汞电极为负极插入溶液中，以铂电极为正极插入待测溶液中去接待测液中接入电位差计，加上盐桥，把旋扭扳向X1，测其电动势，记录。6.同法测电池2的电动势。五. 记录和数据处理室温_ 大气压_溶液名称 电动势 PH值计算值测定值计算值测定值醋酸缓冲溶液未知溶液六. 思考题1.能否用伏特计直接测定电池电动势？为什么？2.如果电极极性接反了，会有什么后果？工作电池，标准电池和未知电池中，任意一个没有接通会有什么后果？实验五 蔗糖水解一. 实验目的1.测定蔗糖在酸存在下的水解反应的速度常数；2.学会使用旋光仪。二. 实验原理蔗糖水溶液在氢离子存在时将产生水解反应： C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 （1） 蔗糖（右旋） 葡萄糖（右旋） 果糖（左旋）当H+一定，蔗糖溶液较稀时，水解为一级反应，其动力学方程式为： (1)设c0为蔗糖开始的浓度，Ct为反应经分钟t后的蔗糖浓度。将上式积分可得到：lnCo/Ct=kt (2)只要lnCt对t作图能得到直线，就证明蔗糖稀溶液的水解为一级反应，并可以从直线的斜率求得速度常数k.蔗糖，葡萄糖，果糖都是旋光性物质，旋光又和浓度有关，又由于蔗糖水解反应可进行到底，C=0果糖左旋远大于葡萄糖右旋，所以反应过程中由开始的右旋逐渐转为左旋，最后左旋。设开始的旋光度为o，经过t分钟后为t，反应完毕时为，当测量在同一台仪器，同一光源，同一旋光管上进行时，则浓度的改变正比于旋光度的改变，则比例系数相同。因此有(CO- C) (o-).而C=0，所以Co/Ct=(o-)/( t-)，将此式代入（2）式，得ln(o-)/( t-)=kt，则有 ln(t-)= - kt+ ln(o-) 以ln(t-)对t作图，斜率= - k。三. 仪器与药品仪器：旋光仪（WZZ-1型）一台；温度计（0100）一支；锥形瓶（100ml）2支；洗瓶1支；移液管(25ml)2支；洗耳球1个；移液管(5ml)1支；停表一块；试剂瓶(500ml)2个；酒精灯一台；石棉网一个；铁架台一台。 药品：20%蔗糖水溶液；4mol/l盐酸溶液。四. 实验步骤1.开动旋光仪预热15-20分钟后开始测定。2.用自来水洗旋光管（3次），再用蒸馏水洗（3次），然后装满蒸馏水，放入旋光仪暗室中调零点。3.用移液管取25ml的蔗糖水溶液于100ml锥形瓶中，再用另一支移液管吸取25ml4mol/l盐酸（25ml移液管滴入一半时开始计时），注入已装满蔗糖水溶液的锥形瓶中，同时记录时间，把溶液摇匀。4.用此溶液洗旋光管（测零点用过的）3次（注意5ml移液管吸取5ml液体放入旋光管中）然后装满此液，放入旋光仪暗室测定旋光度。（旋光管方向与前相同）从溶液混合开始第10分钟记第一个数据。然后按要求记录数据。5.剩余溶液转入干净的100锥形瓶中，在6065水浴上加热1小时30分钟（温度不超过65）冷却至室温，装入旋光管（装前用此溶液洗3次）测a.五. 记录和数据处理室温_ 大气压_时间101520253035404550607080atLn(t-) = 斜率= 速度常数K=六. 思考题如果实验所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？附录：WZZ-1型自动指标旋光仪使用方法1.接220V电压，使电压不适可用调压器。2.打开开关预热1520分钟后工作。3.旋光管中装满液体不要有气泡。透光面两端的雾状水滴要用镜头纸擦干。注意旋光管放入位置方向。4.先打开示数，支流开关，调零点手轮为零。5.红色示数为左旋，黑色为右旋。6.重复测三次取平均值。实验六 乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定一. 实验目的1.用电导测定皂化反应进程中的电导变化，从而通过作图的方法求出反应速度常数；2.学会使用DDS11A型电导率仪和恒温水浴。二. 实验原理 乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应： CH3COOC2H5 + OH- CH3COO- + C2H5OH 其反应速度可用下式表示：dx/dt=k(a-x)(b-x) (1) 式中a，b分别表示两反应物的初始浓度，x为经历时间t后减少了的a和b的浓度，k为反应速度常数，当ab时，将（1）式积分： k= （2） 当a=b时，将（1）式积分： k= (3) 随着反应的进行，溶液中导电能力强的OH-离子被导电力弱的CH3COO-离子所取代，溶液导电能力逐渐减少。本实验使用电导仪测量 皂化反应过程中电导随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。令LO,Lt,和L分别表示时间为0，t,和（反应完毕）时的电导，则x (LO-Lt);a (LO-L;);(a-x) (Lt-L),将这些值代入（3）式中，消去比例系数，得到：k=, Lt,=,以Lt,为纵坐标，以为横坐标，其斜率为，所以k=1/a.斜率。三. 仪器与药品 仪器；超级恒温水浴全套；DDS11A电导率仪一台；停表一块；叉型电导池2支；移液管（胖肚10ml）3支； 乙酸乙酯小滴瓶；吹风机；容量瓶（100）1支；铁架台；夹子。 药品：0.02mol/lNaOH溶液； 0.02mol/l 乙酸乙酯溶液；标准盐酸溶液（用以滴定NaOH溶液）.四. 实验步骤1.配制0.02mol/l乙酸乙酯溶液2.配制0.02mol/l NaOH溶液3.测LO，反应开始时可假定乙酸乙酯的电导忽略掉，则开始时溶液电导全由NaOH贡献的。为此将0.02 mol/l NaOH溶液冲洗一倍程0.01mol/l 的，其电导即为LO，在洗净冲干的叉型电导池中用胖肚移液管准确加入0.02mol/l NaOH溶液，再用另一支胖肚式移液管准确加入10ml新煮沸