1、1物理化学实验教学大纲（化工、材料专业）（四年制本科试行）一、教学目的物理化学实验是高等教育理科化学专业和应用化学专业的一门专业基础实验课程。其主要目的是：学会正确处理实验数据和分析实验结果，加深对物理化学基本理论和概念的理解，从而增强解决化学问题的能力。通过实验验证、巩固和深入理解所学的物理化学理论知识,培养学生独立工作和独立思考的能力，养成严谨的科学 态度和良好的科学思维习惯,为培养合格的化学教学和化学化工技术人才打下扎实的基础。二、教学基本要求1、通过物理化学实验教学，使学生初步掌握有关物理化学实验的基本方法和技能，独立完成，操作规范、熟练。2、正确掌握物理化学实验基本操作，掌握所用仪器
2、的工作原理和使用方法。3、加深对物理化学基本理论和概念的理解，熟悉物理化学实验的基本理论和实验原理，正确处理实验数据、分析实验结 果。 实验 1 溶液偏摩尔体积的测定（5 学时）实验 2 液体饱和蒸气压的测定（6 学时）实验 3 双液系的气液平衡相图（6 学时）实验 4 三液系（CH3Cl-HAc-H2O）相图的绘制（6 学时）实验 5 电导的测定及其应用（5 学时）实验 6 液体粘度的测定（5 学时）实验 7 差热分析（5 学时）实验 8 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数（6 学时）实验 9 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数（5 学时）实验 10 溶液表面张力的测定（最大气泡压力法）（5
3、 学时）三、教材及参考书(一)、教科书基础化学实验物理化学实验. 合肥学院化学与材料工程系编. 2004 年(二)、参考书孙尔康等编.物理化学实验. 南京：南京大学出版社， 1998 年北京大学化学系物理化学教研室.物理化学实验. 北京：北京大学出版社，1995 年东北师范大学等校编.物理化学实验（第二版）. 高等教育出版社（1989）复旦大学等编.物理化学实验（第三版）. 高等教育出版社（2004）四、其它说明本实验大纲收入的选修实验项目供教学安排时选择。五、实验项目一览表2课程名称：物理化学实验 使用专业：化工、 应用化学 实验总课时：40序号 实验名称时数实验类别实验要求实验类型每组人数
4、主要设备名称 目的和要求1 溶液偏摩尔体积的测定 6 专业 选修 综合 2恒温槽、电子天平、比重瓶、磨口三角瓶掌握用比重瓶测定溶液密度的方法；测定指定组成的乙醇-水溶液中各组分的偏摩尔体积；理解偏摩尔量的物理意义。2 液体饱和蒸气压的测定 6 专业 必修 综合 2微型测压计;真空泵;三通管;平衡管掌握等压计构造原理及使用方法；掌握减压系统的操作方法；学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与正常沸点。3 双液系的气液平衡相图 6 专业 必修 综合 2 阿贝折光仪;沸点仪沸点仪的构造原理；掌握沸点的测定技术；掌握阿贝折光仪的使用方法。4 三液系（CH 3Cl-HAc-H2O）相图的
5、绘制6 专业 选修 综合 2 玻璃仪器熟悉相律和用三角形坐标表示三组分相图的方法；用溶解度法绘制具有一对共轭溶液的三组分相图。5 电导的测定及其应用 6 专业 必修 综合 2 金属相图实验装置了解二元相图的基本知识。通过对不同配比的热化学分析，掌握二元金属相图的绘制及相关仪器的使用。6 液体粘度的测定 5 专业 选修 综合 2 奥氏粘度计 掌握奥氏粘度计测量液体粘度的原理和方法。7 差热分析 5 专业 选修 综合 2CRY-1 型差热分析仪掌握差热分析的基本原理和方法，用差热分析仪测定硫酸铜的差热图，并掌握定性解释图谱的基本方法；掌握差热分析仪的使用方法。8 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
6、6 专业 必修 综合 2 旋光仪了解旋光仪的构造原理，掌握其使用方法；用图解法求出蔗糖转化反应速率常数 K 值，由 K 值计算出该反应的半衰期。9电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数6 专业 必修 综合 2 电导率仪理解反应体系电导与反应物浓渡之间的关系；掌握电导率仪的使用方法；学会用图解法求出二级反应的速率常数。10溶液表面张力的测定（最大气泡压力法）6 专业 必修 综合 2 玻璃仪器了解表面张力的性质，表面张力与吸附量的关系；利用吉布斯公式计算不同浓度下乙醇溶液的吸附量。编制人：韩成良 校稿人： 系部审定人：3实验 5 电导的测定及其应用（6 学时）一、实验目的 1.了解溶液电导的基本概念
7、。 2.学会电导(率) 仪的使用方法。 3.掌握溶液电导的测定及应用。 二、预习要求 掌握溶液电导测定中各量之间的关系，学会电导(率)仪的使用方法。 三、实验原理1.弱电解质电离常数的测定 AB 型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数 KC 与原始浓度 C和电离度 有以下关系: (1) 在一定温度下 KC 是常数，因此可以通过测定 AB 型弱电解质在不同浓度时的 代入(1)式求出 KC。 醋酸溶液的电离度可用电导法来测定，图-13-1 是用来测定溶液电导的电导池。 4图-13-1 电导池将电解质溶液放入电导池内，溶液电导(G)的大小与两电极之间的距离 (l)成反比，与电极的面积(A)
8、成正比 : （2） 式中，为电导池常数，以 Kcell 表示; 为电导率。其物理意义:在两平行而相距 1m，面积均为 1m2 的两电极间，电解质溶液的电导称为该溶液的电导率，其单位以 SI 制表示为 Sm-1(cgs 制表示为 Scm-1)。 由于电极的 l 和 A 不易精确测量，因此在实验中是用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数 Kcell，然后把欲测溶液放入该电导池测出其电导值，再根据(2) 式求出其电导率。 溶液的摩尔电导率是指把含有 1mol 电解质的溶液置于相距为 1m 的两平行板电极之间的电导。以 m 表示，其单位以 SI 单位制表示为 Sm2mol-1(以 cgs单位制表示为
9、 Scm2mol-1)。 摩尔电导率与电导率的关系: (3) 式中，C 为该溶液的浓度，其单位以 SI 单位制表示为 molm-3。对于弱电解质溶液来说，可以认为: (4) 是溶液在无限稀释时的摩尔电导率。对于强电解质溶液(如 KCl、NaAc)，其m 和 C 的关系为 。对于弱电解质 (如 HAc 等)， m 和 C 则不是线性关系，故它不能像强电解质溶液那样，从 的图外推至 C=0处求得 。但我们知道，在无限稀释的溶液中，每种离子对电解质的摩尔电导率都有一定的贡献，是独立移动的，不受其它离子的影响，对电解质 5来说，即 。弱电解质 HAc 的 可由强电解质HCl、 NaAc 和 NaCl
10、的 的代数和求得， 把(4)代入(1)式可得: (5) 或 (6) 以 Cm 对作图，其直线的斜率为 ，如知道 值，就可算出KC。 2.CaF2(或 BaSO4)饱和溶液溶度积(K SP)的测定 利用电导法能方便地求出微溶盐的溶解度，再利用溶解度得到其溶度积值。CaF2 的溶解平衡可表示为: CaF2 Ca 2+ + 2F- KSP = C(Ca2+)C(F -)2 = 4C3 (7) 微溶盐的溶解度很小，饱和溶液的浓度则很低，所以(3)式中 m 可以认为就是 (盐 )，C 为饱和溶液中微溶盐的溶解度。 （8） (盐)是纯微溶盐的电导率。注意在实验中所测定的饱和溶液的电导值为盐与水的电导 之和
11、: 6G(溶液)=G(H 2O)+G(盐) (9) 这样，整个实验可由测得的微溶盐饱和溶液的电导利用(9)式求出 G(盐)，利用(2) 式求出 (盐) ，再利用(8)式求出溶解度，最后求出 KSP。四、仪器药品 1.仪器 电导仪(或电导率仪)1 台; 恒温槽 1 套; 电导池 1 只; 电导电极 1 只; 容量瓶(100mL)5 只;移液管(25mL、50mL)各 1 只; 洗瓶 1 只; 洗耳球 1 只。 2.药品 10.00molm-3KCl 溶液; 100.0molm -3HAc 溶液; CaF 2(或 BaSO4)(分析纯)。 五、实验步骤 1.HAc 电离常数的测定 (1)在 100
12、mL 容量瓶中配制浓度为原始醋酸(100.0molm -3)浓度的14，18，116，132， 164 的溶液 5 份。 (2)将恒温槽温度调至(25.00.1) 或(30.00.1) ，按图-13-1 所示使恒温水流经电导池夹层。 (3)测定电导池常数 Kcell 倾去电导池中蒸馏水(电导池不用时，应把两铂黑电极浸在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生改变)。将电导池和铂电极用少量的 10.00molm-3KCl 溶液洗涤 23 次后，装入 10.00molm-3KCl 溶液，恒温后，用电导仪测其电导，重复测定三次。 (4)测定电导水的电导(率) 倾去电导池中的 KCl 溶液，用电导水洗净电导池和
13、铂电极，然后注入电导水，恒温后测其电导(率) 值，重复测定三次。 (5)测定 HAc 溶液的电导(率) 倾去电导池中电导水，将电导池和铂电极用少量待测 HAc 溶液洗涤 23次，最后注入待测 HAc 溶液。恒温后，用电导 (率 )仪测其电导(率)，每种浓度重复测定三次。 按照浓度由小到大的顺序，测定各种不同浓度 HAc 溶液的电导(率)。 72.CaF2(或 BaSO4)饱和溶液溶度积 KSP 的测定 取约 1gCaF2(或 BaSO4)，加入约 80mL 电导水，煮沸 3min5min，静置片刻后倾掉上层清液。再加电导水、煮沸、再倾掉清液，连续进行五次，第四次和第五次的清液放入恒温筒中恒温，
14、分别测其电导(率)。若两次测得的电导(率)值相等，则表明 CaF2(或 BaSO4)中的杂质已清除干净，清液即为饱和 CaF2(或BaSO4)溶液。 实验完毕后仍将电极浸在蒸馏水中。 六、注意事项 1.实验中温度要恒定，测量必须在同一温度下进行。恒温槽的温度要控制在(25.00.1) 或(30.00.1)。 2.每次测定前，都必须将电导电极及电导池洗涤干净，以免影响测定结果。七、数据处理 大气压： ；室温： ；实验温度： 。 1.醋酸溶液的电离常数 HAc 原始浓度： 。 G S 2.按公式(6)以 Cm 对作图应得一直线，直线的斜率为 ，由此求得 KC，并与上述结果进行比较。 3.CaF2(
15、或 BaSO4)的 KSP 测定 G(电导水) : ;(电导水) : 。 8【思考问题】 1.为什么要测电导池常数?如何得到该常数? 2.测电导时为什么要恒温?实验中测电导池常数和溶液电导，温度是否要一致? 实验 3 双液系的气液平衡相图（6 学时）一、实验目的 1.绘制常压下环己烷-异丙醇双液系的 TX 图，并找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。 2.学会阿贝折射仪的使用。 二、预习要求 1.了解绘制双液系相图的基本原理和方法。 2.了解本实验中有哪些注意事项。 3.熟悉阿贝折射仪的使用。 三、实验原理 在常温下，任意两种液体混合组成的体系称为双液体系。若两液体能按任意比例相互溶解，则称完全
16、互溶双液体系;若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。 液体的沸点是指液体的蒸气压与外界大气压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体有确定的沸点。而双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。图-4-1 是一种最简单的完全互溶双液系的 TX 图。图中纵轴是温度( 沸点 )T，横轴是液体 B 的摩尔分数 XB(或质量百分组成)，上面一条是气相线，下面一条是液相线，对应于同一沸点温度的二曲线上的两个点，就是互相成平衡的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得。因此如果在恒压下将溶液蒸馏，测定气相馏出液和液相蒸馏液的组成就能绘 出 TX 图。 如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在 TX 图上溶
17、液的沸点介于 A、B 二纯液体的沸点之间(见图-4-1) ，实际溶液由于 A、B 二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在 TX 图上会有最高或最低点出现，如图-4-2 所示，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸点混合物蒸馏时，所得的气相与液相组成相同，靠蒸馏无法改变其组成。如 HCl 与水的体系具有最高恒沸点，苯与乙醇的体系则具有最低恒沸点。 9图-4-1 完全互溶双液系的一种蒸馏相图 图 III-4-2 完全互溶双液系的另一种类型相图本实验是用回流冷凝法测定环已烷异丙醇体系的沸点组成图。其方法是用阿贝折射仪测定不同组成的体系，在沸点温度时气、液相的折射率，再从折射率组
18、成工作曲线上查得相应的组成，然后绘制沸点组成图。四、仪器药品 1.仪器 沸点仪 1 套; 恒温槽 1 台; 阿贝折射仪 1 台; 移液管(1mL)2 支; 量筒 3 只; 小试管 9 支。 2.药品 环己烷; 异丙醇。 五、实验步骤 1.调节恒温槽温度比室温高 5左右，通恒温水于阿贝折射仪中。 2.测定折射率与组成的关系，作工作曲线:将 9 支小试管编号，依次移入0.100mL、0.200mL、0.900mL 的环己烷，再依次移入0.900mL、0.800mL、0.100mL 的异丙醇，轻轻摇动，混合均匀，配成 9 份已知浓度的溶液（按纯样品的密度，换算成质量百分浓度）。用阿贝折射仪测定每份溶
19、液的折射率及纯环己烷和异丙醇的折射率。以折射率对浓度作图，即可绘制工作曲线。 3.测定沸点与组成的关系 方法一:连续测定法 沸点仪装置图如图-4-3 所示。加热使沸点仪中溶液沸腾，待溶液沸腾且回流正常后 1min2min，旋转活塞成图-4-4 所示位置。用毛细滴管吸取少许样品( 即为气相样品) ，随即将活塞转回回流位置(如图-4-5 所示)。把所取的样10品迅速滴入折射仪中，测其折射率 ng。再用另一支滴管吸取沸点仪中的溶液，测其折射率 nl。在每次取气相和液相样品分析前，要分别记下沸点仪中温度计的气相温度 tg 和液相温度 tl。 图-4-3 沸点仪 图 III-4-5 回流本实验是以恒沸点
20、为界，把相图分成左右两半，分两次来绘制相图的。具体方法 如下: 右一半沸点组成关系的测定 在三口瓶中加入 20mL 异丙醇和 1mL 环己烷，再加入几小块沸石，按上述方法测定 ng 和 nl，并记下温度 tg 和 tl，然后依次加入1.5mL、 2.0mL、2.5mL 、 3.0mL、6.0mL、25.0mL 环己烷。每加一次环己烷都要按上述方法分别测定其 ng 和 nl 及温度 tg 和 tl。实验完毕后将溶液倒入回收瓶中。左一半沸点组成关系的测定 在三口瓶中加入 50mL 环己烷，依次加入0.3mL、0.5mL、0.7mL 、1.0mL、2.5mL、5.0mL 、12.0mL 的异丙醇，分
21、别按进行测定。 方法二:间歇测定法 在测定沸点与组成的关系时，也可以用间歇方法测定。每种含不同质量百分数的溶液由教师事先配好，同学按顺序号依次测定。 11把事先配好的第一份溶液 25mL 加入沸点仪中，加入沸石，待沸腾稳定后，读取沸点温度，立即停止加热。取气相冷凝液测其折射率，而后再取液相液体测其折射率，然后用滴管取尽沸点仪中的测定液，放回原试剂瓶中。在沸点仪中再加入 25mL 新的待测液，用上述方 法同样依次测定。 注意: 在更换溶液时，务必用滴管取尽沸点仪中的测定液，以免带来误差。六、注意事项 1.由于整个体系并非绝对恒温，气、液两相的温度会有少许差别，因此沸点仪中，温度计水银球的位置应一
22、半浸在溶液中，一半露在蒸气中。并随着溶液量的增加要不断调节水银球的位置。 2.实验中尽可能避免过热现象，为此每加两次样品后，可加入一小块沸石，同时要控制好液体的回流速度，不宜过快或过慢（回流速度的快慢可调节加热温度来控制）。 3.在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，只要待溶液沸腾，正常回流minmin 后，即可取样测定，不宜等待时间过长。 4.每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相取样口的残液亦要擦干净。 5.整个实验过程中，通过折射仪的水温
23、要恒定，使用折射仪时，棱镜不能触及硬物( 如滴管 )，擦拭棱镜用擦镜纸。七、数据处理 1.将实验中测得的折射率组成数据列表，并绘制成工作曲线。 2.将实验中测得的沸点折射率数据列表，并从工作曲线上查得相应的组成，从而获得沸点与组成的关系。 3.绘制沸点组成图，并标明最低恒沸点和组成。 4.在精确的测定中，还要对温度计的外露水银柱进行露茎校正。 【思考问题】 1.在该实验中，测定工作曲线时折射仪的恒温温度与测定样品时折射仪的恒温温度是否需要保持一致？为什么？ 2.过热现象对实验产生什么影响？如何在实验中尽可能避免？ 123.在连续测定法实验中，样品的加入量应十分精确吗？为什么？ 4.试估计哪些因
24、素是本实验的误差主要来源？ 实验 2 液体饱和蒸气压的测定（6 学时）一、实验目的 1.用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压。 2.了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系。克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。 二、预习要求 1.掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法。 2.了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项。 3.掌握水银温度计的露茎校正方法。 三、实验原理 在通常温度下(距离临界温度较远时)，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发一摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液
25、体的摩尔气化热。 液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大;温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为p(101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: (1) 式中，R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度; vapHm 为在温度 T 时纯液体的摩尔气化热。 13假定 vapHm 与温度无关，或因温度范围较小， vapHm 可以近似作为常数，积分上式，得: (2) 其中 C 为积分常数。由此式可以看出，以 lnp
26、对作图，应为一直线，直线的斜率为，由斜率可求算液体的 vapHm。 测定液体饱和蒸气压的方法很多。本实验采用静态法，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图-3-1 所示。 平衡管由 A 球和 U 型管 B、C 组成。平衡管上接一冷凝管 5，以橡皮管与压力计相连。A 内装待测液体，当 A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而 B管与 C 管的液面处于同一水平时，则表示 B 管液面上的(即 A 球液面上的蒸气压)与加在 C 管液面上的外压相等。此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点。用当时的大气压减去压力计两
27、水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压。 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种。四、仪器药品 1.仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置 1 套; 放大镜(5)1 只; 直尺 1 把。 2.药品 蒸馏水; 乙醇或乙酸乙酯。 五、实验步骤 方法一: 升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 14图-3-1 纯液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞；10.安全瓶。 1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A 球约 23 体积，B 和 C 球各 12 体积，然后按图装妥各部
28、分。 2.系统气密性检查 关闭活塞 8，旋转三通活塞 9 使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为 53kPa(40cmHg）时，关闭活塞 9，使系统与真空泵、大气皆不通。观察 U 型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气。否则应逐段检查，消除漏气原因。 3.排除 AB 弯管空间内的空气 AB 弯管空间内的压力包括两部分:一是待测液的蒸气压;另一部分是空气的压力。测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为:先将恒温槽温度调至第一个温度值 (一般比室温高 2左右)接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸
29、腾，此时 AB 弯管内的空气不断随蒸气经 C 管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。 4.饱和蒸气压的测定 15当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞 8 缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气 )，直至 B 管、C 管中液面平齐，关闭活塞 8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C 管中液面低于 B 管的液面，须抽气，再调平齐）。 然后，将恒温槽温度升高 35，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾。为了避免 B、C 管中液体大量蒸发，应随时打开活塞 8缓缓放入少量空气，保持 C 管中液面平静，
30、无气泡冒出。当体系温度恒定后，再次放入空气使 B、C 管液面平齐，记录温度和压差。然后依次每升高35，测定一次压差，总共测 78 个值。 方法二:降温法测定不同温度下纯水的饱和蒸气压 1.装置仪器:同方法一中 1。 2.系统气密性检查:同方法一中 2。 3.排除 AB 弯管空间的空气 接通冷凝水，调节活塞 9 使系统降压 13kPa(约 10cm 汞柱），加热水浴至沸腾，此时 A 管中的水部分气化，水蒸气夹带 AB 弯管内的空气一起从 C 管液面逸出，继续维持 10min 以上，以保证彻底驱尽 AB 弯管内的空气。 4.饱和蒸气压的测定 停止电炉加热，控制水浴冷却速度每分钟不超过 1，此时液体
31、的蒸气压(即 B 管上空的压力)随温度下降而逐渐降低，待降至与 C 管的压力相等时，则B、C 两管液面应平齐，立即记下此瞬间的温度(读至 0.01)和汞压力计两臂汞面的压差，同时读取辅助温度计的温度值和露茎温度，以备对温度计进行校正。读数后立即开启活塞 9 抽气，使系统再降压 10kPa(约 8cm 汞柱)并继续降温，再待 B、C 两管液面平齐时，记下此瞬间的温度和压差，马上又抽气再递减压力若干 Pa。如此若干次(约 10 次)，分别记录一系列的 B、C 管液面平齐时对应的温度和压力，一直做到水浴温度降至约 55为止。 注意: 实验中每次递减的压力要逐渐减少 (为什么？ )。实验完毕后先旋转活
32、塞 9 使之体系及真空泵与大气相通才可断开真空泵的电源( 为什么？) 。六、注意事项 1.减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。 162.必须充分排除净 AB 弯管空间中全部空气，使 B 管液面上空只含液体的蒸气分子。AB 管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。 3.升温法测定中，打开进空气活塞 8 时，切不可太快，以免空气倒灌入 AB弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气。 4.降温法测定中，当 B、C 两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞 9 抽气减压，防止空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排除净 AB弯管内之空气。 七、数据处理
33、 1.数据记录大气压= kPa 室温 度 2.绘出水的蒸气压温度曲线，并求出指定温度下的温度系数。 3.以 lnp 对作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内水的平均摩尔气化热 vapHm，通过图求算出纯水的正常沸点。 【思考问题】 1.为什么 AB 弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌 ? 2.何时读取 U 型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯水的饱和蒸气压? 3.引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计? 实验 1 溶液偏摩尔体积的测定（6 学时）一、实验目的 1.掌握用比重瓶测定溶液密度的方法。 2.测定指定组成的乙醇水溶液中各组分的偏摩尔体积。 二、预习要求
34、 1.复习课堂讲授内容，真正理解偏摩尔量的物理意义。 2.理解摩尔体积摩尔分数图与比容质量百分数图之间的关系。 17三、实验原理 在多组分体系中，某组分 i 的偏摩尔体积定义为 (1) 若是二组分体系，则有 (2) (3) 体系总体积 1 1，m + 2 2。m (4) 将(4)式两边同除以溶液质量 (5) 令 (6) 式中 是溶液的比容; 1， 2 分别为组分 1、2 的偏质量体积。将(6)式代入(5) 式可得: 1%1+ 2%2=(1- 2%)1+ 2%2 (7) 将(7)式对 2%微分: (8) 将(8)代回(7)，整理得 18(9) 和 (10) 图-12-1 比容-质量百分比浓度关系
35、所以，实验求出不同浓度溶液的比容 ，作 2%关系图，得曲线( 见图 -12-1)。如欲求浓度溶液中各组分的偏摩尔体积，可在点作切线，此切线在两边的截距和即为 1 和 2，再由关系式(6)就可求出 1,m 和 2,m。四、仪器与药品 1.仪器 恒温设备 1 套; 分析天平(公用); 比重瓶(10mL)2 个 ; 工业天平(公用); 磨口三角瓶(50mL)4 个。 2.药品 95乙醇(分析纯) ，纯水。 五、实验步骤 调节恒温槽温度为(25.00.1)。 19以 95乙醇() 及纯水() 为原液，在磨口三角瓶中用工业天平称重，配制含质量百分数为 0，20，40，60，80，100的乙醇水溶液，每份
36、溶液的总体积控制在 40mL 左右。配好后盖紧塞子，以防挥发。摇匀后测定每份溶液的密度，其方法如下: 用分析天平精确称量二个预先洗净烘干的比重瓶，然后盛满纯水(注意不得存留气泡)置于恒温槽中恒温 10min。用滤纸迅速擦去毛细管膨胀出来的水。取出比重瓶，擦干外壁，迅速称重。 同法测定每份乙醇水溶液的密度。恒温过程应密切注意毛细管出口液面，如因挥发液滴消失，可滴加少许被测溶液以防挥发之误。 六、注意事项 1.实际仅需配制四份溶液，可用移液管加液，但乙醇含量根据称重算得。 2.为减少挥发误差，动作要敏捷。每份溶液用两比重瓶进行平行测定或每份样品重复测定二次，结果取其平均值。 3.拿比重瓶应手持其颈
37、部。 七、数据处理 1.根据 25时水的密度和称重结果，求出比重瓶的容积。 2.根据附表数据，计算所配溶液中乙醇的准确质量百分比。 式中，y是根据测得的密度值，查附表得的 95乙醇(即)中纯乙醇的准确百分比含量。 3.计算实验条件下各溶液的比容。 4.以比容为纵轴、乙醇的质量百分浓度为横轴作曲线，并在 30乙醇处作切线与两侧纵轴相交，即可求得 1 和 2。 5.求算含乙醇 30的溶液中各组分的偏摩尔体积及 100g 该溶液的总体积。实验 8 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数（6 学时）一、实验目的 1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 202.测定蔗糖转化反应的速率常数和半
38、衰期。 3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 二、预习要求 1.掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。 2.掌握 t 与 的测定方法。 3.了解旋光仪的构造及使用方法。三、实验原理 蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O C 6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而 H+是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为 (1) 式中，k 为反应速率常数;C 为时间 t 时的反应物浓度。 将(1)式积分得 : (2) 式中，
39、C 0 为反应物的初始浓度。 当 C=1/2C0 时，t 可用 t1/2 表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得: (3)蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所21含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。 为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: (4) 式中，t 为实验温度();D 为光源波长; 为旋光度 ;l 为液层厚度(m);C 为浓度(kgm-3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度 与浓度 C 成正比。即: (5) 式中的
40、K 是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。 在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度20D=66.6。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 20D=52.5；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度20D=-91.9。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为 0，t，时溶液的旋光度分别用 0， t， 表示。则: (表示蔗糖未转化) (6) (表示蔗糖已完全转化) (7) 式(6)、(7)中的 K 反和 K 生分别为对应反应物与产物之比例常数。 (8)
41、 由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得: (9) 22(10) 将(9)、(10)两式代入(2)式即得: (11) 由(11)式可见，以 ln(t-)对 t 作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数 k。进而可求得半衰期 t1/2。四、仪器与药品 1.仪器 旋光仪 1 台;恒温旋光管 1 只;恒温槽 1 套;台称 1 台; 停表 1 块;烧杯(100mL)1个;移液管(30mL)2 只;带塞三角瓶(100mL)2 只。 2.药品 HCl 溶液 (4moldm-3);蔗糖(分析纯) 。 五、实验步骤 1.将恒温槽调节到(25.00.1)恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。 2.旋光仪
42、零点的校正 洗净恒温旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角 ，重复操作三次，取其平均值，即为旋光 仪的零点。 3.蔗糖水解过程中 t 的测定 用台称称取 10g 蔗糖，放入 100mL 烧杯中，加入 50mL 蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤) 。用移液管取 30mL 蔗糖溶液置于 100mL 带塞三角瓶中。移取 30mL4moldm-3HCl 溶 液于另一 10
43、0mL 带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温 10min。取出两只三角瓶，将 HCl 迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入 HCl 时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同) 。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间 t 时溶液的旋光度 t。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每 3min 读一次，30min 后，每 5min 读一次。测定 1h。 234.的测定将步骤 3 剩余的混合液置于近 60的水浴中，恒温 30min 以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，
44、此值即可认为是。 5.将恒温槽调节到(30.00.1)恒温，按实验步骤 3、4 测定 30.0时的 t 及。 6.本实验也可采用自动旋光仪进行测定，其操作步骤与本实验相同。自动旋光仪的使用 方法见第部分第五章光学测量技术及仪器。 六、注意事项 1.装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。 2.在测定 时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60。 3.由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。 4.旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。七、数据处理 1.将实验数据记录于下表: 温度
45、: ;盐酸浓度： ;: 2.以 ln(t-)对 t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数 k。 3.计算蔗糖转化反应的半衰期 t1/2。 4.由两个温度测得的 k 计算反应的活化能。 【思考问题】 反应时间 t t- ln(t-) 241.实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度 t 是否需要零点校正 ?为什么? 2.蔗糖溶液为什么可粗略配制? 3.蔗糖的转化速度和哪些因素有关? 实验 2 液体饱和蒸气压的测定（6 学时）一、实验目的 1.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。 2.了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子的截面积及吸附层的厚度
46、。 3.掌握最大气泡法(或扭力天平)测定溶液表面张力的原理和技术。 二、预习要求 1.掌握最大气泡法(或扭力天平)测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2.了解如何由表面张力的实验数据求分子的截面积。 3.掌握如何由实验数据计算吸附量。三、实验步骤 1.仪器准备与检漏 将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图-23-3 按好。 将水注入抽气管中。在 A 管中用移液管注入 50mL 蒸馏水，用吸耳球由 G处抽气，调节液面，使之恰好与细口管尖端相切。然后关紧 G 处活塞，再打开活塞 H，这时管 B 中水流出，使体系内的压力降低，当压力计中液面指示出若
47、干厘米的压差时，关闭 H，停止抽气。若 2min3min 内，压力计液面高度差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。 252.仪器常数的测量 开 H 对体系抽气，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间为 10s20s(数显微压差测量仪为 5s10s)。若形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液面差达到最大值，记录压力计两边最高和最低读数，连续读取三次，取其平均值。 、再由手册中，查出实验温度时，水的表面张力 ，则仪器常数 3.表面张力随溶液浓度变化的测定 在上述体系中，用
48、移液管移入 0.100mL 正丁醇，用吸耳球打气数次(注意打气时，务必使体系成为敞开体系。否则，压力计中的液体将会被吹出)，使溶液浓度均匀，然后调节液面与毛细管端相切，用测定仪器常数的方法测定压力计的压力差。然后依次加入0.200mL、0.200mL、0.200mL、0.500mL、0.500mL、1.00mL、1.00mL 正丁醇，每加一次测定一次压力差 h 最大 。 正丁醇的量一直加到饱和为止，这时压力计的 h 最大值几乎不再随正丁醇的加 入而变化。 四、注意事项 1.仪器系统不能漏气。 2.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。 3.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 五、数据处理 1.计算仪器常数 K 和溶液表面张力 ，绘制 C 等温线。 2.作切线求 Z，并求出 ，C/。 3.绘制 C，C/C 等温线，求 并计算 A 和 。 【思考问题】
