物理化学实验指导书内容

1、.绪论物理化学实验的目的与要求物理化学实验主要目的是使学生初步了解物理化学的研究方法，掌握物理化学的基本实验技术和技能。要求学生正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果，从而加深对物理化学基本理论的理解，增强解决实际化学问题的能力。物理化学实验课和其它实验课一样，对培养学生独立从事科学研究工作的能力具有重要的作用。学生应该在实验过程中提高自己实际工作的能力，要勤于动手，开动脑筋，钻研问题，做好每个实验。为做好实验，要求做到以下几点。1、 实验前的预习学生在实验前应认真仔细阅读实验内容，预先了解实验的目的、原理，了解所使用仪器的构造和使用方法，了解实验操作过程，做到心中有数。在预习

2、的基础上写出实验预习报告。预习报告要求写出实验目的，实验所需仪器试剂，实验测量所依据的扼要原理和实验技术，实验操作的计划，做好实验的注意点，实验记录的格式，以及预习中产生的疑难问题等。教师应检查学生的预习情况，进行必要的提问，并解答疑难问题。学生达到预习要求后才能进行实验。2、 实验操作在整个实验过程中，都应仔细地进行工作，严格按实验操作规程进行。记录实验数据和现象必须忠实、准确，不能随意更改数据，实验数据应记录在实验记录本上，记录要表格化，字迹要整齐清洁。在实验过程中要积极思维，善于发现和解决实验中出现地各种问题。3、 实验报告写实验报告是本课程的基本训练，它将使学生在实验数据处理、作图、误

3、差分析、问题归纳等方面得到训练和提高，为今后写科技研究论文打基础。物理化学试验报告一般应包括： 实验目的，实验原理，仪器及试机，实验操作步骤，数据处理，结果和讨论等项。实验目的应该简单明了，说明所用实验方法及实验对象。仪器装置用简图表示，并注明各部分地名称。实验数据尽可能以表格形式表示，每一标题应有名称、单位。结果处理中应写出计算公式，并注明公式中所需地已知常数地数值，注意各数值所用地单位。若计算结果较多时，最好也用表格形式表示。作图必须用坐标纸，图要端正地粘贴在报告上。讨论的内容可包括对实验现象的分析和解释，以及关于原理、操作、仪器设计和实验误差等问题的讨论。书写实验报告时，要求开动脑筋、钻

4、研问题、耐心计算、仔细写作，字迹清楚整洁。通过写实验报告，达到加深理解实验内容，提高写作能力和培养严谨科学态度的目的。.实验部分实验一 燃烧热的测定一、目的要求1、掌握燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系；2、熟悉热量计中主要部件的原理和作用，掌握氧弹热量计的实验技术；3、用氧弹热量计测定苯甲酸和蔗糖的燃烧热；4、学会雷诺图解法校正温度改变值。二基本原理（一） 燃烧与量热根据热化学的定义，1mol物质完全氧化时的反应热称作燃烧热。所谓完全氧化，对燃烧产物有明确的规定。如有机化合物中的碳氧化成一氧化碳不能认为是完全氧化，只有氧化成二氧化碳才是完全氧化。燃烧热的测定，除了有其实

5、际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。量热法是热力学的一种基本实验方法。在恒容或恒压条件下可以分别测得恒容燃烧热Qv和恒压燃烧热Qp。由热力学第一定律可知，Qv等于体积热力学能变化U；Qp等于其焓变H。若把参加反应的气体和反应生成的气体都作为理想气体处理，则它们之间存在以下关系：H=U+(pV) （1-1a）Qp=Qv+nRT (1-1b)式中n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差；R为摩尔气体常数；T为反应时环境的热力学温度。图1-2 氧弹剖面图热量计的种类很多，本实验所用的氧弹热量计是一种环境恒温式的热量计，测量的是恒容燃烧热Qv。其他类型的热量计可参阅其他资料。图1

6、-1氧弹热量计测量装置示意图氧弹热量计测量装置如图1-1所示。图1-2是氧弹的剖面图。（二） 氧弹热量计氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧后所释放的能量使得氧弹本身及其周围的介质和热量计有关附件的温度升高，则测量介质在燃烧前后体系温度的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。其关系式如下： （1-2）式中m样和M分别为样品的质量和摩尔质量； Qv为样品的恒容燃烧热；l和Ql是引燃烧用铁丝的长度和单位长度燃烧热；m水和C水是以水作为测量介质时，水的质量和比热容；C计称为热量计的水当量，即除水之外，热量计升高1所需的热量；T为样品燃烧前后水温的变化值。为了保证样品完全燃烧，氧弹中须充以高

7、压氧气或其他氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性能，耐高压且耐腐蚀。氧弹应放在一个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。（三） 雷诺温度校正图实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺（Renolds）温度校正图校正。具体方法为：称取适量待测物质，估计其燃烧后可使水温上升1.52.0。预先调节水温使其低于室温1.0左右。按操作步骤进行测定，将燃烧前后观察所得的一系列水温和时间关系作图。可得如图1-3所示的曲线。图中H点意味着燃烧开始，热传入介质；D点为观察到的最高温度值；取H、D两点之间垂直于横坐标的距离的中点J点作

8、水平线交曲线于I，过I点作垂线ab，再将FH线和GD线分别延长并交ab线于A、C两点，其间的温度差值即为经过校正的T。图中AA为开始燃烧到体系温度上升至室温这一段时间t1内，由环境辐射和搅拌引进的能量所造成的升温，故应予以扣除。CC是由室温升高到最高点D这一段时间t2内，热量计向环境的热漏造成的温度降低，计算时必须考虑在内。故可认为，AC两点的差值较客观地表示了样品燃烧引起的升温数值。在某些情况下，热量计的绝热性能良好，热漏很小，而搅拌器功率较大，不断引进的能量使得曲线不出现极高温度点，如图1-4所示。其校正方法与前述相似。图1-4绝热良好情况下的雷诺温度校正图图1-3绝热稍差情况下的雷诺温度

9、校正图三.仪器 试剂氧弹热量计 1套 万用表 1个案秤（10kg） 1台 直尺 1把氧气钢瓶 1只 温度计（050） 1只氧气减压阀 1只 压片机 1台烧杯（1000mL） 1只 引燃专用铁丝药物天平 1台 精密分析天平 1台苯甲酸（分析纯） 萘（分析纯）四.实验步骤（一） 测定热量计的水当量1.压片一般以苯甲酸为基准物测定热量计的水当量。用药物天平称取大约0.95g左右的苯甲酸，在压片机上稍用力压成圆片。用镊子将样品在干净的称量纸上轻击二、三次，除去表面粉末后再用分析天平精确称量，记录重量到小数点后四位。2.装样并充氧气拧开氧弹盖，将盖放在专用架上，将氧弹内壁擦干净。搁上金属小器皿，小心将样

10、品片放置在小器皿中部。取引燃铁丝并测量其长度，将中部弯曲紧贴在样品片的表面，不得接触坩埚壁，两端如图1-2所示分别卡在电极的凹槽内并放下金属环固定。用万用表检查两电极间电阻值，一般应不大于20。用量筒量取10mL蒸馏水加入到弹筒内，旋紧氧弹盖。充氧气：接上导气管与氧气钢瓶上的减压阀连接。打开钢瓶阀门，向氧弹中充入2.53.0MPa的氧气，停15s左右。旋下导气管，关闭氧气阀门，放掉氧气表中的余气。3.测量将氧弹放入内筒中的氧弹座架上，再用案秤准确称取已被调节到低于外筒水温0.20.5的自来水3.0kg于内筒桶内，水面应至氧弹进气阀螺帽高度的约2/3处，每次用水量应相同,在操作过程中要尽量避免水

11、分的损失。接上点火导线，并连好控制箱上的所有电路导线，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。当内筒水温均匀上升后，每次蜂鸣时，记下显示的温度，至少记录10个数据。在记录第11次温度时同时按“点火”键，依然每蜂鸣一次记录一次温度，直到温度升到最高。温度开始下降后，再读取最后阶段的10次数据后按结束键停止实验。停止搅拌，拿出传感器，打开水筒盖（注意：先拿出传感器，再打开水筒盖），取出内筒和氧弹，用放气阀放掉氧弹内的剩余氧气，打开氧弹，观察氧弹内部，若试样燃烧完全，试验有效。若发现黑色残渣，则应重做实验。测量未燃烧的铁丝长度，并计算实际

12、燃烧掉的铁丝长度。最后洗净、擦干氧弹和盛水桶。样品点燃及燃烧完全与否，是本实验最重要的一步。（二） 萘的燃烧热测定称取0.8左右的萘，按上述方法进行测定。五.注意事项1、待测样品一定要干燥。2、注意压片的紧实程度，太紧不易燃烧。3、一定要将点燃丝紧贴在样品圆片上。六.数据处理1、 引燃铁丝的燃烧热值为-2.9 Jcm-1，水的热容C水为4.18J K-1g-1。2、按式（1-1b）计算出苯甲酸的Qv。3、分别作苯甲酸和萘燃烧的雷诺温度校正图，由T计算水当量C计和萘的恒容燃烧热Qv，并计算其恒压燃烧热Qp。4、比较萘的文献值，取出误差。恒压燃烧焓kcalmol-1kJmol-1Jg-1测定条件苯

13、甲酸-771.24-3226.9-26460p，20萘-1231.8-5153.8-40205p，25七.思考题1、固体样品为什么要压成片状？2、 加入水桶中的水的水温为什么要比室温低？3、 在使用氧气钢瓶和氧气减压阀时，应注意哪些规则？实验二 静态法测定液体饱和蒸气压一实验目的1、 明确液体饱和蒸气压的定义，了解纯液体饱和蒸气压与温度的关系。2、 掌握用静态法测定纯液体在不同温度下饱和蒸气压的方法，并通过实验求出所测温度范围的平均摩尔汽化热。3、 熟悉等压计测定饱和蒸气压的原理。4、 熟悉和掌握真空泵和恒温槽的使用。二基本原理在一定温度下，纯液体与其气体达成平衡时蒸气的压力，称为该温度下液体

14、的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与液体的本性和温度等因素有关。纯液体的饱和蒸气压是随温度而改变的，温度升高时，蒸气压变大；温度降低时，蒸气压减小。当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。我们把外压为101.325kPa的沸腾温度称为液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系可以用克劳修斯克拉贝龙方程式表示： （2-1）式中 p纯液体在温度T时的饱和蒸气压；T热力学温度；R气体常数（8.314）；液体的摩尔汽化热，它与温度有关，温度若变化不大，在一定的温度范围内可视为常数，积分式（2-1）可得： （2-2） （2-3）可见，与为直线关系，其斜率为，截距为C，可由实验测得一系列温度及饱和蒸气压数据，

15、作图求出。三仪器与药品DP-AF精密数字压力计1台，恒温槽（含恒温控制仪）1套，缓冲储气罐1个，等压计1只，真空泵1台，冷阱1套。四氯化碳（A.R.）四实验步骤实验装置如图2.1所示。图2.1 测定蒸气压系统装置图1、装样（实验室已准备好）从加样口注入四氯化碳，关闭进气活塞，打开平衡阀2，使真空泵与缓冲储气罐相通，启动真空泵，抽至气泡成串上窜，可关闭平衡阀2，打开进气活塞漏入空气，使四氯化碳充满试样球体积的2/3和U形管双臂的大部分。2、检漏接通冷凝水，在进气活塞通大气的情况下，压力表采零，只有在通大气的情况下才能对仪表采零。关闭进气活塞，旋转抽气活塞使真空泵与稳压瓶相通，启动真空泵，使压力表

16、读数为5367kPa。关闭抽气活塞，停止抽气，检查有无漏气，如有漏气，则用凡士林在各接口涂抹均匀；若无漏气即可进行测定。（注意在停止抽气时，应拔掉真空泵电源插头）3、测定调节恒温槽温度为298.2K，恒温一会，开动真空泵缓缓抽气，使试样球与U形压力管之间空间内的空气呈气泡状通过U形管中的液体而逐出。（若发现气泡成串上窜，可关闭抽气阀，缓缓打开进气阀漏入空气，使沸腾缓和。）关闭抽气活塞，依然有气泡连续冒出，可认为抽到压力值。保持慢沸34分钟，试样球中的空气排除后，小心开启进气活塞缓缓漏入空气，直至U形管两臂的液面等高，在压力表上读出压力值，并记录其绝对值。每三度升温一次，重复操作测定301.2K

17、、304.2K、307.2K、310.2K、313.2K、316.2K的压力值，每次升温前降低真空度到绝对值50kPa以下。实验结束后，慢慢打开进气阀，使压力表恢复零位，再关闭压力表开关。将进气阀旋至与大气相通，拔去所有电源插头，关闭冷凝水。测定过程如不慎，使空气倒灌入试样球，则需重新抽真空，方可进行测定。为防止出现暴沸现象，在升温过程中应先缓慢漏入一定量的空气。4、注意事项先开启冷凝水，然后才能排气。实验系统必须密闭，一定要仔细检漏。必须让等压计U形管中的样液缓缓沸腾34min后，方可进行测量。升温时可预先漏入少许空气，以防止U形管中的液体暴沸。液体的蒸气压与温度有关，所以测定过程中需严格控

18、制温度。漏气必须缓慢，否则U形管中的液体将充入试样球中。开、停真空泵时必须严格按操作规程进行，且要缓慢，以防止因压力聚变而损坏压力表。五数据处理1、按下表记录实验数据。室内气压p0= kPaT/T/Kp表/kPap=（p0-p表）/kPalg（p/kPa）2、绘制lg p T-1图，由其作斜率求出实验温度区间内四氯化碳的。3、在lg p T-1图上用外推法求四氯化碳的正常沸点。4、计算出及正常沸点与标准值之间的误差，并分析误差产生的原因。标准值：四氯化碳的正常沸点 76.8 汽化热 195kJ/kg六思考题1 静态法测蒸气压的原理是什么？2 能否在加热情况下检查是否漏气？3 如何判断等压计中试

19、样球与等压计间空气已全部排出？如未排尽空气，对实验有何影响？4 实验中抽气和漏入空气的速度应如何控制？5 每次测定前是否需要重新抽气？6 等压计的U形管内所储液体起何作用？注意：小心触电！头发、衣角不要绞进真空泵！实验三 二组分金属相图的绘制一实验目的1 用热分析法测绘Pb-Sn二组分金属相图。2 了解热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。二实验原理相图是多相（两相及两相以上）体系处于相平衡时体系的某物理性质（最常见的是温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的相图；图中能反映出相平衡情况（相的数目及性质等），故称为相图。二元或多元的相图常以组成为变量，其物理性质则大多取温度，由于相图能反

20、映出多相平衡体系在不同条件（如变量不同）下相平衡情况，故研究多相系统的性质以及多相体系平衡的演变（例如冶金工业钢铁、合金冶炼过程；化学工业原料分离制备过程）等多要用到。各种体系不同类型相图的分析在物理化学课程中占有重要地位。对相图的制作有很多方法，统称为物理化学分析，而对凝聚相（如固-液、固-固相等），最常用的方法是借助相变过程中温度变化而产生的，观察这种热效应的变化情况，以确定一些体系的相态变化关系，最常用的方法就是热分析及差热分析方法。本实验就是用热分析法绘制二元金属相图。热分析法是先将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间（例如30s或1min），读体系温度一次。将

21、所得温度值对时间作图，可得一曲线，称为步冷曲线或冷却曲线。图3.2 过冷步冷曲线图3.1 步冷曲线二元体系相图种类很多，其步冷曲线也各不相同，但步冷曲线的基本类型可分为三类。如图3.1所示的、。一个系统若在步冷过程中相继发生几个相变过程，步冷曲线将是一个很复杂的形状，对此曲线进行逐段分析，大致看出都是由几个基本类型组合而成的。图3.1中，步冷曲线为单元体系步冷曲线。当冷却过程中无相变发生时，冷却速度是比较均匀的（ab段），到点b有固体析出，这时放出的凝固潜热与环境散热达成平衡体系，此时F=0，温度不变。当液体完全结晶完了，温度才开始下降（cd段）。固相下无相变，温度也均匀下降。步冷曲线为二元系

22、统，ab段与上述相同。当到点b时有固相析出，此时固相组成与液相组成不同，但在整个相变过程中只有一个固相（固溶体）与液相平衡，自由度F=1，由于有凝固潜热放出，故温度随时间变化比较缓慢，当到点c时液相消失，若无相变，温度又均匀下降（cd段）。步冷曲线为二元体系，ab段与上述相同。当到点b时有固相析出，此时体系失去了一个自由度，继续冷却到点c，除了一个固相还有另一个固相析出，此时体系又减少了一个自由度，F=0，冷却曲线上出现了一个水平台（cd段），当液相消失后，又增加了一个自由度，F=1，温度继续下降。若无相变，均匀冷却（de段）。对纯净金属或由纯净金属组成的合金，当冷却十分缓慢又无振动时，有过冷

23、现象出现，液体的温度可下降到比正常凝固点更低的温度才开始凝固，固相析出后又逐渐使温度上升到正常的凝固点。如图3.2中曲线表示纯金属有过冷现象时的步冷曲线，而曲线为无过冷现象时的步冷曲线。图3.3 Pb-Sn二元金属相图因物性不同，二元合金相图有多种不同类型，Pb-Sn合金相图是具有低共熔点、固态下部分互溶的二元相图，如图3.3所示。对各种不同的合金进行测定，绘制步冷曲线，在步冷曲线上找出转折点和水平台的温度，然后在温度-组成坐标上确定相应成分的转折温度和水平台的温度，最后将转折点和恒温点分别连接起来，就得到了相图。从相图的定义可知，用热分析法绘制相图要注意以下问题：测量体系要尽量接近平衡态，故

24、要求冷却不能过快；对晶型转变时，如相变热较小，此方法便不宜采用。此外对样品的均匀与纯度也要充分考虑，一定要防止样品的氧化及混有杂质（否则会变成另一个多元体系），高温影响下特别容易出现此类实验现象；为了保证样品均匀冷却，温度还是稍高一些好，热电偶放入样品种的部位和深度要适当。测量仪器的热容及热传导也会造成热损耗，对精确测定也有较大的影响，实验中必须注意，否则，会出现较大的误差，使测量结果失真。本实验测定Pb-Sn二元金属体系的合金相图。两种金属的任何一种都能微溶于另一种金属中，是一个部分互溶的低共溶体系，所以，用一般的热分析法只能得到一个相当于简单的二元低共溶点相图，测不出来固态晶形转变点。三仪

25、器与试剂SWKT数字控温仪，KWL-08可控升降温电炉，玻璃试管，热电偶。纯Pb，纯Sn，石墨粉等。四实验步骤1分别配制含Pb为0、2.5、15、38.1、70、81、100%的样品于试管中，并加适量石墨粉覆盖。（此步实验室已准备好）2试管小心的放入电炉炉膛内，连接好线路。打开控温仪电源开关，按“工作/置数”钮，置数灯亮，调整到所需“设定温度”的数值（所需的设定温度比会发生相转变的温度高出3040即可），设置完毕，再按“工作/置数”钮，切换到工作状态，此时工作灯亮。3 将电炉冷风量调节逆时针旋转到底（最小）；加热量调节顺时针旋转到底（最大），“内控”“外控”开关置于“外控”，然后打开电源开关。

26、4 先将温度传感器置于样品小玻璃管内，观察“实时温度”，待快到设定温度时，用小玻璃管轻搅样品，感受样品为熔融状态为止（如已经到设定温度，样品还未熔融，则相应调高设定温度），保温一段时间。5 将数字控温仪的“工作/置数”钮置于置数状态（置数工作状态时，仪器不对加热器进行控制）。调节电炉“冷风量调节”按钮，将冷风机电压调节到57V，这时一般可降温68/分钟。此时炉体处于降温状态。每隔0.5分钟记录一次温度值。分别记录（1）中七种样品的温度-时间值。6 实验完毕后将样品放回架台，热电偶插回炉膛内，关闭电源。五数据处理1以温度对时间作图，绘制几种样品的步冷曲线。2在各组步冷曲线上找出拐点和平台温度，以

27、质量分数为横坐标，温度为纵坐标，绘制出Pb-Sn的二元金属相图。3 分析w(Pb)=15%、 w(Pb)=38.1% 、w(Pb)=70%的步冷过程发生的相变。六思考题1是否可用加热曲线来作相图？为什么？2为什么要在样品上覆盖适量的石墨粉？3金属熔体冷却时步冷曲线上为什么会出现转折点？*纯Sn的熔点大约为232，纯Pb的熔点为327*注意：慎防烫伤！实验四 原电池电动势的测定及其应用一.目的要求1、测定Zn-Cu电池的电动势和Cu、Zn电极的电极电势；2、学会一些电极的制备和处理方法；3、掌握电位差计的测量原理和正确使用方法。二.基本原理原电池由正、负两极和电解质组成。电池在放电过程中，正极上

28、发生还原反应，负极则发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。下面以铜-锌电池为例进行分析。电池表示式为： ZnZnSO4（b1）CuSO4（b2）Cu符号“”代表固相（Zn或Cu）和液相（ZnSO4 或CuSO4）两相界面；“”代表连通两个液相的“盐桥”；b1和b2分别为ZnSO4 和CuSO4的质量摩尔浓度。当电池放电时：负极起氧化反应 ZnZn2+a(Zn2+)+2e-正极起还原反应 Cu2+a(

29、Cu 2+)+2e-Cu电池总反应为 Zn +Cu2+a(Cu 2+)Zn2+a(Zn2+)+ Cu对于任一电池，其电动势等于两个电极电势之差值，其计算式为： 4-1对锌-铜电池而言， 4-2 4-3 4-4式中和是铜电极和锌电极的标准电极电势。对于单个离子，其活度是无法测定的，但强电解质的活度与物质的平均质量摩尔浓度和平均活度系数之间有以下关系： a(Zn2+) = b1 a(Cu2+) = b2是离子的平均离子活度系数。其数值大小与物质浓度、离子的种类、实验温度等因素有关。25时，0.1000molkg-1CuSO4的=0.150，0.0100molkg-1CuSO4的=0.40，0.1m

30、olkg-1ZnSO4的=0.150。以上所讨论的电池是在电池总反应中发生了化学变化，因而被称为化学电池，还有一类电池叫做浓差电池，这种电池在净作用过程中，仅仅是一种物质从高浓度（或高压力）状态向低浓度（或低压力）状态转移，从而产生电动势，而这种电池的标准电动势E等于零伏。例如电池：CuCuSO4（0.0100 molkg-1）CuSO4（0.1000 molkg-1）Cu就是浓差电池的一种。电池电动势的测量工作必须在电池处于可逆条件下进行，因此根据对消法原理（在外电路上加一个方向相反而电动势几乎相等的电池）设计了一种电位差计，以满足测量工作的要求。电位差计的工作原理和使用方法参见附录。必须指

31、出，电极电势的大小，不仅与电极种类、溶液浓度有关，而且与温度有关。本实验是在实验温度下测得的电极电势T，由4-1式和4-2式计算。为了方便起见，可采用下式求出298K时的标准电极电势： 4-5式中、为电池电极的温度系数。对Zn-Cu电池来说：铜电极（Cu2+/Cu），= -0.，=0锌电极（Zn2+/Zn），= 0.0001VK-1，=0.6210-6 VK-2三.仪器 试剂SDC-数字电位差计 直流稳压电源饱和甘汞电极 铜、锌电极 电镀装置 氯化钾盐桥饱和硝酸亚汞 镀铜溶液ZnSO4溶液（0.1000 molkg-1） CuSO4溶液（0.1000 molkg-1和0.0100 molkg-

32、1）3molL-1H2SO4 6 molL-1HNO3四.实验步骤（一）电极制备1. 锌电极图 4-1制备电极的电镀装置用3molL-1硫酸浸洗锌电极以除去表面上的氧化层，取出后用水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中35s，取出后用滤纸擦拭锌电极,使锌电极表面上形成一层均匀的锌汞齐，再用蒸馏水淋洗。（汞有毒，用过的滤纸不能乱丢，应放入指定的地方）。把处理好的锌电极插入盛有0.1molkg-1ZnSO4的溶液中即为锌电极。将Zn极汞齐化的目的是使该电极具有稳定的电极电位，因为汞齐化能消除金属表面机械应力不同的影响。2. 铜电极将铜电极在6 molL-1硝酸溶液内浸洗，除去氧化层和杂

33、物，然后取出用水冲洗，再用蒸馏水淋洗。将铜电极置于电镀烧杯中作阴极，另取一个经清洁处理的铜棒作阳极，进行电镀，电流控制在0.02A左右为宜。其电镀装置如图4-1所示，电镀20min左右，取出阴极，用蒸馏水洗净，插入盛有0.1 molkg-1CuSO4的溶液中即为Cu电极。由于铜表面极易氧化，故须在测量前进行电镀，且尽量使铜电极在空气中暴露的时间少一些。镀Cu液的配方：100mL水中含有15gCuSO45H2O，5g H2SO4，5gC2H5OH。（二）电池组合按图4-2所示，把Zn片插入ZnSO4溶液中构成Zn电极，把Cu片插在CuSO4溶液中构成Cu电极。用盐桥（其中充满电解质）把两个电极连

34、接起来就成为Cu-Zn电池： ZnZnSO4（0.1000 molkg-1）CuSO4（0.1000 molkg-1）Cu 同法分别组成下列电池进行测量：ZnZnSO4（0.1000 molkg-1）KCl（饱和）Hg2Cl2Hg HgHg2Cl2 KCl（饱和）CuSO4（0.1000 molkg-1）Cu 图4-2 Cu-Zn电池示意图CuCuSO4（0.0100 molkg-1）CuSO4（0.1000 molkg-1）Cu （三）电动势的测定1.打开电位差计电源开关（ON），预热15分钟。2.按照电位差计电路图，接好电动势测量线路。3.分别测定以上4个电池的电动势，要求每个电池连续测量

35、56个数据，取最相近的三个数取平均值。五.数据处理1、根据饱和甘汞电极的电极电势温度校正公式，计算实验温度下的电极电势： 4-62、根据测定的、电池的电动势，分别计算；再根据式4-2，4-3得铜、锌电极的；再根据4-5得铜、锌电极的。3、根据文献值及4-5，4-1和4-4计算室温下Zn-Cu电池的理论电动势E理，并与测得的电池的电动势实验值E实进行比较，计算误差。六、有关文献值Cu、Zn电极的温度系数及标准电极电势电极电极反应103（V/K）106（V/K2）Cu2+/CuCu2+2e=Cu0.0160.3419Zn2+/Zn（Hg）(Hg)+Zn2+2e=Zn(Hg)0.1000.620.7

36、627七、思考题1、 测定可逆电动势为什么要用对消法?2、 测定电动势为什么要用盐桥？如何选用盐桥以适应不同的体系？3、 对消法测定电池电动势的主要原理是什么？注意：测量时桌子不能晃动，以免电子显示跳动难于测定。附录：一、电位差计工作原理电位差计是按照对消法测量原理而设计的一种平衡式电学测量装置。图4-3是对消法测量原理示意图。从原理图可知，电位差计由三个回路组成：工作回路、标准回路和测量回路。图4-3对消法测量原理示意图Ew为工作电源；Rp为可变电阻；AC为均匀滑线电阻；Es 为标准电池；Ex为待测电池；G为检流计；K为换向开关（1）工作电流回路，也叫电源回路。从工作电源电极开始，经滑线电阻

37、AC，再经工作电流调节电阻Rp回到工作电池负极。其作用是借助于调节RP，使在AC上产生一定的电位降。（2）标准回路，也叫校准回路，是校准工作电流回路。从标准电池的正极开始（当换向开关K扳向Es一方时），经滑线电阻上AB段，再经检流计G回到标准电池负极。其作用是校准工作电流回路以标定AC上的电位降。令VAB=IRAB=Es（借助于调节Rp使G的电流IG为零来实现），使AB段上的电位降VAB（称为补偿电压）与标准电池的电动势Es相对消，即大小相等而方向相反。（3）测量回路。从待测电池的正极开始（当换向开关K扳向Ex方时），经滑线电阻上AB段，再经检流计G回到待测电池的负极。其作用是用校正好的滑线电

38、阻AC上的电位降来测量未知电池的电动势。在保证校准后的工作电流I不变（即固定Rp）的条件下，在AC上寻找出B点，使得G中电流为零（IG=0），从而VAB=IRAB=Ex，使AB段上的电位降VAB（称为补偿电压）与待测电池的电动势Ex相对消，即大小相等而方向相反。由此可知，因工作电流I相同，故如果知道比值和标准电池电动势，就能求出未知电池的电动势。电位差计是一种比例仪器。它是将已知标准电池电动势分成连续可调而又已知的若干个比例等份，即用已知电压k去补偿未知电压，从而确定未知电动势的数值。所以电位差计测量电动势的方法又称为补偿法。二、SDC-数字电位综合测试仪使用说明以内标为基准进行测量1、 校验

39、（1）用测试线将被测电动势按“+”、“-”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”。2、测量（1）将“测量选择”置于“测量”。（2）依次调节“100-10-4”五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。（3）调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位显示”数值即为被测电动势的值。*测量过程中，若“检零指示”显示溢出符号“OU.L”，

40、说明“电位指示”显示的数值与被测电动势值相差过大。*实验五 溶液中的吸附作用和表面张力的测定一、实验目的1、 测定不同浓度正丁醇的表面张力，从而计算溶液在某一浓度时的表面吸附量。2、 熟悉数字压力计的使用方法。3、 掌握一种测定表面张力的方法最大气泡法。二、实验原理1、在指定的温度下，纯液体的表面张力是一定的，一旦在液体中加入溶质成溶液时情况就不同了，溶液的表面张力不仅与温度有关，而且也与溶质的种类、溶液的浓度有关。这是由于溶液中部分溶质分子进入到溶液表面，使表面层分子的组成发生了变化，分子间引力起了变化，因此表面张力也随着改变。根据实验结果，加入溶质以后在表面张力发生改变的同时还发现溶液表面

41、层的浓度与内部浓度有所差别，有些溶液表面层浓度大于溶液内部浓度，有些恰恰相反，这种现象称为溶液的表面吸附作用。按吉布斯吸附等温式： （5-1）式中： 溶液在单位面积表面层中的吸附量（mol/m2）； 表面张力（N/m）； c平衡时溶液的浓度（mol/dm3）； R气体常数（）； T吸附时的温度（K）。从（5-1）式可以看出，在一定温度时，溶液表面吸附，与平衡时溶液浓度c和表面张力随浓度变化率成正比关系。当时，0表示溶液表面张力随浓度增加而降低，则溶液表面发生正吸附，此时溶液表面层浓度大于溶液内部浓度。当时，0表示溶液表面张力随浓度增加而增加，则溶液表面发生负吸附，此时溶液表面层浓度小于溶液内部

42、浓度。 图5.1 c曲线我们把能产生明显正吸附的物质（即能显著降低溶液表面张力的）物质，称为表面活性物质。本实验用正丁醇配制成一系列不同浓度的水溶液，分别测定这些溶液的表面张力，然后以对c作图得一曲线，如图5.1，由c曲线斜率可求得不同浓度时的值，将其代入吉布斯吸附等温式，即可计算不同浓度时气液界面上的吸附量，可作出c等温吸附线。 2、 本实验测定各溶液的表面张力采用气体最大气泡法，如图5.2。此法原理是当毛细管与液面接触时，往毛细管内加压（或在溶液体系减压）则可以在液面的毛细管出口处形成气泡。如果毛细管的半径很小，则形成的气泡基本成球形。而气泡在形成过程中是在变化的。当开始形成气泡时，表面几

43、乎是平的，即这时的曲率半径最大，随着气泡的形成,曲率半径逐渐变小直到形成半球形，这时曲率半径R与毛细管半径r相等， 图5.2 气体最大气泡法原理 图5.3 c曲线曲率半径达最小值。此时附加压力为产生气泡的最大压力。此时： （5-2）式中：p最大附加压力； r毛细管半径（此时等于气泡的曲率半径R）； 表面张力。当密度为的液体作压力计介质时，测得与p0相关的最大压差为p。按（5-2）式得： （5-3）其中K在一定温度下仅与毛细管半径r有关，称毛细管仪器常数，此常数可从已知表面张力的标准物质测得。三、仪器与试剂DP-A型精密数字压力计；DP-AW表面张力组合实验装置；SWQ智能数字恒温控制器；SP-

44、玻璃恒温水浴槽；移液管；100ml容量瓶6只；正丁醇。四、实验步骤1 在浓度为0.02、0.04、0.07、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40100ml的正丁醇水溶液中分散的自选六个浓度配制。2 将表面张力仪用自来水及蒸馏水仔细冲洗干净。实验装置如图5.4所示。将恒温水浴调节到30，恒温一段时间。3. 仪器常数的测定。滴液抽气瓶中装满自来水，塞紧塞子。样品管中装入蒸馏水，使水面与毛细管端面刚好相切，注意保持毛细管与液面垂直。压力计选择mmH2O柱的单位，通大气，仪表采零（只有在通大气的情况下才能按采零键）。然后关闭大气，为检查仪器是否漏气，打开滴水减压，微压计

45、上有一定负压值显示，关闭开关，停0.5min左右，若微压差计显示的压力值基本不变，说明仪器不漏气。否则，对接口处液封。再打开开关滴水减压，空气泡便从毛细管下端逸出，控制使气泡逸出的速度为每分钟10个左右，记录微压差计显示绝对值的最大值，至少读取3次，求平均值。由已知蒸馏水的表面张力0（查附表）及实验测得的压力值可算出K值。图5.4 表面张力仪测试装置图4. 正丁醇溶液表面张力的测定。把样品管中的蒸馏水倒掉，用少量待测溶液将内部及毛细管冲洗23次，然后倒入要测定的溶液。从最稀溶液开始，依次测较浓的溶液。此后，按与测量仪器常数相同的操作进行测定，记录压力值。 5. 实验完毕，仔细清洗仪器。五数据处

46、理1. 按下表记录实验数据。水正丁醇溶液浓度c0.020.040.070.100.150.200.250.300.350.40mmH2O1 利用公式计算毛细管常数。2 由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力，并作c曲线。3 由c曲线分别求出不同浓度时的值。4 利用吉布斯吸附等温式计算出各浓度下的吸附量，将结果列表，并作出c等温吸附线。浓度cmol/dm3mmH2ON/mmol/m2六实验注意事项1 测定用毛细管一定要干净，否则气泡不能连续稳定的逸出，使压力计读数不稳，且影响液体的表面张力。2 毛细管一定要保持垂直，管口端面刚好与液面相切。3 读取压差时，应取气泡单个逸出时的最大值。七思考题

47、1 表面张力仪的清洁与否对所测数据有何影响？2 为什么不能把毛细管插到液体里去？3 液体表面张力的大小与哪些因素有关？附表 水和空气界面上的表面张力（N/m）温度表面张力温度表面张力温度表面张力00.07564190.07290300.0711850.07492200.07275350.07038100.07422210.07259400.06956110.07407220.07244450.06874120.07393230.07227500.06791130.07378240.07213550.06705140.07364250.07197600.06618150.07349260.071

48、82700.06442160.07334270.07166800.06261170.07319280.07150900.06075180.07305290.071351000.05885实验六 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一. 目的要求1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；2、了解反应物浓度与旋光度之间的关系；3、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。二. 基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C12H22O11（蔗糖）+H2OC6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是

49、大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，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为一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示： 6-1式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。上式积分可得： lnc=lnc0-kt 6-2c0为反应开始时反应浓度。当时，时间t可用表示，即为反应半衰期： 6-3从6-2式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反应速率常数k。然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化度量反应的进程。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所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其他条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即 = c 6-4式中比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示： 6-5式中右上角的“20”表示实验时温度为20，D是指旋光仪所采用的钠灯