《物理化學實驗》講義.doc

備課教案撰寫要求一、認真鉆研本學科的教學大綱和教材，了解本學科的教學任務、教材體系結(jié)構(gòu)和國際國內(nèi)最新研究進展，結(jié)合學生實際狀況明確重難點，精心安排教學步驟，訂好學期授課計劃和每節(jié)課的課時計劃。二、教師備課應以二學時為單位編寫教案；一律使用教學事務部發(fā)放的教案本撰寫，不得使用其他紙張。在個人認真?zhèn)湔n、寫好教案的基礎上，提倡集中備課、互相啟發(fā)、集思廣益，精益求精。三、教案必須具備如下內(nèi)容（每次課應在首頁應寫清楚）：1、題目（包括章、節(jié)名稱、序號）；2、教學目的與要求；3、教學重點和難點分析；4、教學方法；5、教學內(nèi)容與教學組織設計（主要部分，講課具體內(nèi)容）；6、作業(yè)處理；7、教學小結(jié)。四、教案必須每學期更新，開學初的備課量一定要達到或超過該課程課時總量的三分之一。教案要妥善攜帶及保存，以備教學檢查。教學進度計劃表填表說明1本表是教師授課的依據(jù)和學生課程學習的概要，也是學院進行教學檢查，評價課堂教學質(zhì)量和考試命題的重要依據(jù)，任課教師應根據(jù)教學大綱和教學內(nèi)容的要求認真填寫，表中的基本信息和內(nèi)容應填寫完整，不得遺漏。2基本信息中的“課程考核說明及要求”的內(nèi)容主要包括課程考核的方式、成績評定的方法、平時成績與考試成績的比例、考試的題型、考試時間以及其他相關問題的說明與要求等。3進度表中“教學內(nèi)容”只填寫章或節(jié)的內(nèi)容，具體講授內(nèi)容不必寫；每次課只能以2學時為單位安排內(nèi)容。4進度表中的“教學形式及其手段”是指教學過程中教師所采用的各種教學形式及相關手段的說明，一般包括講授、多媒體教學、課件演示、練習、實驗、討論、案例等。5作業(yè)安排必須具體（做幾題，是哪些題）。6進度表中的“執(zhí)行情況”主要填寫計劃落實和變更情況。7教學進度計劃表經(jīng)責任教授、系（部）領導審簽后，不得隨意變動，如需調(diào)整，應經(jīng)責任教授、系（部）領導同意，并在執(zhí)行情況欄中注明。長江大學工程技術學院教案/講稿實驗一 過氧化氫分解反應速率常數(shù)的測定1.1 實驗目的及要求1. 熟悉一級反應特點，了解反應濃度、溫度和催化劑等因素對一級反應速度的影響；2. 用量體積法測H2O2分解反應的反應速度常數(shù)和半衰期.并求反應活化能；3. 學會用圖解法求出一級反應的反應速度常數(shù)。1.2 實驗原理凡是反應速率只與反應物濃度的一次方成正比的反應稱為一級反應。在催化劑KI作用下的過氧化氫的分解反應，反應歷程如下：按此歷程，可推導出總反應的速度公式： （1）而催化劑在反應前后濃度不變，故上式可寫成： （2）為一級反應。積分上式可得： （3）式中:k為反應速度常數(shù),c0為反應起始H2O2的濃度，c t為時間t時H2O2 的濃度。由反應方程式可知，在常溫常壓下，H2O2分解的反應速度與氧氣的析出速度成正比。析出的氧氣體積可由量氣管測量。若以Vt和c t表示時間t時量氣管的讀數(shù)和H2O2的濃度，V表示H2O2 第 1 頁長江大學工程技術學院教案/講稿完全分解時量氣管的讀數(shù)，則c t(V-Vt)，c0V，代入上式得： （4）移項得： （5）如果以對作圖得一條直線，由斜率可得反應速率常數(shù)k。V值可由如下兩種方法求?。?. 外推法：以1/t為橫坐標對Vt作圖，將直線段外推至1/t = 0，其截距即為V；2. 加熱法：在測定若干個Vt的數(shù)據(jù)之后，將H2O2溶液加熱至5060約15分鐘，可認為H2O2已基本分解。待完全冷卻后，記下量氣管的讀數(shù). 即為V。4.1.3 儀器與藥品超級恒溫槽一臺；量氣管一支；水位瓶一個；電磁攪拌器一臺；秒表一塊；25mL、10mL移液管各一支；30H2O2； KI。1.4 實驗步驟1. 配制試劑(1)H2O2溶液的配制： 用移液管吸取30H2O2溶液5mL，用100mL 容量瓶定容，即得實驗用的1.5H2O2溶液。(2) 0.1mol/L KI溶液的配制：精確稱取1.66克KI溶解后，用100mL 容量瓶定容，即得實驗用的0.1mol/LKI溶液，取部分該溶液用蒸餾水沖稀配制0.05mol/LKI溶液。2. 檢漏小心將膠塞蓋緊到反應瓶上，如圖(14一1)。旋轉(zhuǎn)三通活塞4至與外界相通，舉高水準瓶，使液體充滿量器管。然后旋轉(zhuǎn)三通活塞4，使系統(tǒng)與外界隔絕，并把水準瓶放到最低位置。如果氣管中液面在2分鐘內(nèi)第 2 頁長江大學工程技術學院教案/講稿不變，即表示系統(tǒng)不漏氣，否則應找出系統(tǒng)漏氣原因，并設法排除之。讀取量器管內(nèi)初始氣體體積V0，注意量器管讀數(shù)時一定要使水準瓶和量器管內(nèi)液面保同一水平面。3. 測量過程開動并調(diào)節(jié)好超級恒溫槽溫度。傾斜反應瓶，貼壁輕輕放入電磁攪拌子，夾正反應瓶，舉高水準瓶使液面對準刻度V0處，將三通活塞4旋至同外界相通位置，分別用移液管加入H2O2溶液10mL、0.05mol/LKI溶液25mL，迅速蓋緊膠塞，旋三通活塞使系統(tǒng)與外界隔絕，開動電磁攪拌器至低速擋， 攪拌子轉(zhuǎn)起后開始記時。在反應過程中， 水準瓶要時時保持量氣管和水準瓶兩液面在同一平面上。每2分鐘記錄一次量氣管體 積，直至量氣管液面下降40mL為止。4. 更換0.1mol/LKI,按照上述步驟重復測量，但每隔1分鐘記錄一次量氣管液面讀數(shù).1.5 數(shù)據(jù)記錄與處理1. H2O2催化分解數(shù)據(jù)表液面讀數(shù)（mL）氧氣體積Vt(mL)反應時間t(s)1/tV-Vtlg(V-Vt)2. 以Vt對1/t作圖，將得到一條直線，將直線外推至1/t = 0，由其截距得到。3.以lg(V-Vt)對t作圖，求直線斜率。 第 3 頁長江大學工程技術學院教案/講稿4. 根據(jù)t1/2=0.693/k計算半衰期。1.6 注意事項1. 讀數(shù)時要保持水位瓶與量氣管中液面在同一水平面上。2. 實驗前要檢漏。1.7 思考題1. 反應速率常數(shù)與哪些因素有關?2. 量氣時為什么一定要使水位瓶和量氣管液面在同一水平面上?3. 為什么可以用對t 代替C對t作圖? 第 4 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗二 蔗糖水解反應速率常數(shù)的測定2.1 實驗目的及要求1. 了解蔗糖水解反應體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關系。2. 測定蔗糖水解反應的速率常數(shù)、半衰期和活化能Ea。3. 了解旋光儀的簡單結(jié)構(gòu)原理和測定旋光物質(zhì)旋光度的原理，正確掌握旋光儀的使用方法。2.2 基本原理蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖,其反應為:(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)它是一個二級反應,在純水中此反應的速率極慢,通常需要在H+離子催化作用下進行。由于反應時水是大量存在的,盡管有部分水分子參加了反應,仍可近似地認為整個反應過程中水的濃度是恒定的,而且H+作為催化劑,其濃度也保持不變.因此蔗糖水解反應可近似為一級反應。 一級反應的速率方程可由下式表示: (1)為時間t時的反應物濃度,k為反應速率常數(shù)。積分可得: ( 2)為反應開始時反應物濃度。當時,可用表示反應時間,既為反應的半衰期: ( 3)從(2)式不難看出,在不同時間測定反應物的相應濃度,并以lnc對t作圖,可得一直線,由直線斜率即可得反應速率常數(shù)k o然而反應是在不斷進行的,要快速分析出反應物的濃度是困難的.但蔗糖及其轉(zhuǎn)化物,都具有旋光性,而且它們的旋光能力不同,故可以利用體系在反應進程中旋光度的變化來度量反應的進程。 第 5 頁長江大學工程技術學院教案/講稿測量物質(zhì)旋光度的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中所含物質(zhì)的旋光能力、溶液性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長度及溫度等均有關系。當其它條件固定時,旋光度與反應物濃度c呈線性關系,即: (4) 式中比例常數(shù)A與物質(zhì)旋光能力、溶液性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長度、溫度等有關。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來度量,比旋光度用下式表示: (5)式中右上角的“20”表示實驗時溫度為20,D是指用鈉燈光源D線的波長(即589nm),為測得的旋光度(o),L為樣品管長度(dm),C為試樣濃度(g/mL)。反應物蔗糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度=66.6o; 生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì),其比旋光度=52.5o,但果糖是左旋性物質(zhì),其比旋光度= -91.9o.由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大,所以生成物呈現(xiàn)左旋性質(zhì)。因此隨著反應進行,體系的右旋角不斷減小,反應至某一瞬間,體系的旋光度可恰好等于零, 而后就變成左旋,直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化,這時左旋角達到最大值。設體系最初的旋光度為: .(t=0,蔗糖尚未轉(zhuǎn)化) (6)體系最終的旋光度為: .(t=,蔗糖已完全轉(zhuǎn)化) （7)式(6)和(7)中和分別是聯(lián)系旋光度與反應物和生成物濃度的比例常數(shù)。當時間為t時,蔗糖濃度為,此時旋光度為,即： (8)由 (6)、(7)和(8) 三式聯(lián)立可解得: (9) 第 6 頁長江大學工程技術學院教案/講稿 ( 10)將(9)和(10)代入(2)式既得: (11)顯然,以對t作圖可得一直線,從直線斜率即可求得反應速率常數(shù)k。如果測出兩個不同溫度時的值，利用Arrhenius公式求出反應在該溫度范圍內(nèi)的平均活化能。 （12）2.3 儀器與試劑1. 儀器：WZZ-2B型自動旋光儀1臺；旋光管（20cm）1支；超級恒溫水浴1套；叉形反應管2支；移液管(25mL)2支；容量瓶（50mL)1 個；秒表1塊2. 試劑：蔗糖(分析純)；HCl溶液(分析純) (2.0 mol/L)2.4 實驗步驟1. 調(diào)恒溫水浴至所需的反應溫度30 oC。2. 開啟旋光儀,打開光源開關,鈉燈亮,經(jīng)15分鐘預熱后使之發(fā)光穩(wěn)定。3. 打開光源開關，若光源開關扳上后，鈉光燈熄滅,則將光源開關重復拔動12次,使鈉燈在直流下點亮為正常。4. 按測量開關,儀器進入待測狀態(tài)。將裝有蒸餾水或空白溶液的旋光管放入樣品室,蓋好箱蓋,待顯示讀數(shù)穩(wěn)定后,按清零鈕完成校零。旋光管中若有氣泡,應使氣泡浮于凸頸處;通光面兩端若有霧狀水滴,可用濾紙輕輕揩干。旋光管端蓋不宜旋得過緊,以免產(chǎn)生應力,影響讀數(shù)。旋光管安放時應注意標記的位置和方向,以保證每次測量時一致。注意:“測量”鈕實為復位鈕或啟動鈕,按奇數(shù)次啟動測量程序,按偶數(shù)次則會終止測量,且液晶屏無顯示。因此,在開機后只能按動測量鈕1次,否則需要再按動測量鈕2次并重新校零! 第 7 頁長江大學工程技術學院教案/講稿5. t 的測定用移液管移取20%的蔗糖溶液25mL放入叉形管直管，移取25mL 2mol/LHCI溶液放入叉形管側(cè)管（注意勿使兩溶液混合），然后蓋上膠塞， 將叉形管置于恒溫槽中恒溫。待溶液恒溫后（不能少于10分鐘），將已恒溫的鹽酸溶液，倒入蔗糖溶液中，立刻開始計時，作為反應的起點。將溶液搖勻后，迅速用少量混合液清洗旋光管二次，然后將此混合液注滿旋光管，蓋好蓋子（檢查是否漏液和形成氣泡），擦凈旋光管兩端玻璃片，立即置于旋光儀中，測定不同時間的旋光度。第一個數(shù)據(jù)要求在反應開始后2-3分鐘內(nèi)測定。開始20分鐘內(nèi)，每兩分鐘讀數(shù)一次，以后每五分鐘讀一次。直至旋光度為負值為止。6 的測定為了得到反應終了時的旋光度，將步驟5叉形管中的剩余混合液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶，置于5060的水浴鍋中恒溫60分鐘，使水解完全。然后冷卻至實驗溫度，再按上述操作，將此混合液裝入旋光管，測其旋光度，此值即可認為是。7. 調(diào)恒溫水浴溫度至35,重復上列步驟56,測量另一溫度下的反應數(shù)據(jù)。8. 實驗結(jié)束后應立即將旋光管洗凈擦干。依次關閉測量、光源、電源開關。2.5 數(shù)據(jù)記錄與處理1. 將所測的實驗數(shù)據(jù)記錄于下表中 實驗溫度：_ ； HCI 濃度：_ mol/L ; _2. lg(t -)對t作圖，從直線斜率分別求出兩溫度時的速率常數(shù)k(T1)及k(T2)，并求出兩溫度下的反應半衰期。3從k(T1)及k(T2)利用Arrhenius公式求其平均活化能Ea。 第 8 頁長江大學工程技術學院教案/講稿反應時間t/mintt -lg(t -)2.6 注意事項1. 蔗糖在配制溶液前，先要經(jīng)380K烘干。2. 旋光管蓋只要旋至不漏水即可，過緊旋鈕會造成損壞或因玻璃片受力產(chǎn)生應力而致使有一定假旋光。3.鈉光燈不宜長時間開啟，測量間隔較長時，應熄滅，以免損壞。4.反應速率與溫度有關，故溶液需恒溫至實驗溫度才能混合。5. 實驗結(jié)束時，應將旋光管洗凈干燥，防止酸對其腐蝕。6. 溫度對反應速度影響較大，所以整個過程應保持恒溫。用水浴加熱反應液測時，溫度不宜過高，以免產(chǎn)生副反應，溶液變黃，加熱過程應同時避免溶液蒸發(fā)使糖的濃度改變，從而影響的測定。7. 由于反應初始階段速率較快，旋光度變化大，一定要注意時間的準確性。8. 根據(jù)反應溫度，可適當增加HCI的濃度，以縮短反應時間。2.7 思考題1. 蔗糖的轉(zhuǎn)化速率常數(shù)k和哪些因素有關？2. 在測量蔗糖轉(zhuǎn)化速率常數(shù)時，選用長的旋光管好？還是短的旋光管 第 9 頁長江大學工程技術學院教案/講稿好？3. 試估計本實驗的誤差，怎樣減少實驗誤差？4. 如何根據(jù)蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度數(shù)據(jù)計算？5. 實驗中,我們用蒸餾水來校正旋光儀的零點,試問在蔗糖轉(zhuǎn)化反應過程中所測的旋光度是否必須要進行零點校正？6. 配置蔗糖溶液時稱量不夠準確,對測量結(jié)果是否有影響？ 2.8 WZZ2B自動旋光儀的使用說明1. 打開電源開關，這時鈉光燈在交流工作狀態(tài)下起輝，經(jīng)5分鐘鈉光燈激活后，鈉光燈才發(fā)光穩(wěn)定。2. 打開光源開關，若光源開關扳上后，鈉光燈熄滅，則應將光源開關上下重復扳動1到2次，使鈉光燈在直流下點亮，為正常。3. 打開測量開關，這時數(shù)碼窗應有數(shù)字顯示。4. 將裝有蒸餾水或其它空白溶劑的旋光管放入樣品室，蓋上箱蓋，待示數(shù)穩(wěn)定后，按清零按鈕。5. 取出旋光管。將待測樣品注入旋光管，按相同的位置和方向放入樣品室內(nèi)，蓋好箱蓋，儀器數(shù)顯窗將顯示出該樣品的旋光度。注意旋光管應用被測試樣洗濕數(shù)次。6. 逐次按下復測按鈕，重復讀數(shù)幾次，取平均值作為樣品的測定結(jié)果。7. 如樣品超過測量范圍，儀器在45處來回振蕩。此時，取出旋光管，儀器即自動回到零位。此時可將試液稀釋一倍再測。8. 儀器使用完畢后，應依次關閉測量、光源、電源開關。 第 10 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗三 乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)的測定3.1 實驗目的及要求1. 了解二級反應的特點,學會用圖解計算法求取二級反應的速率常數(shù).2. 用電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù),了解反應活化能的測定方法.3.2 實驗原理1. 乙酸乙酯皂化反應是一個典型的二級反應，其反應式為： t =0 a a 0 t a x a x x實驗時CH3COOC2H5和NaOH采用相同的初始濃度a = 0.01 mol/L設在時間t時生成物的濃度為x，則該反應的動力學方程為： 積分得： （1）隨著反應的進行，OH不斷減少，電導率大的OH-逐漸為電導率小的CH3COO 所取代，溶液電導率有顯著降低。對稀溶液而言，強電解質(zhì)的電導率與其濃度成正比，而且溶液的總電導率就等于組成該溶液的電解質(zhì)電導率之和，則乙酸乙酯皂化在稀溶液下反應就存在如下關系式： （2） （3） （4）A1, A2是與溫度、電解質(zhì)性質(zhì)、溶劑等因素有關的比例常數(shù)， 分別為反應開始和終了時溶液的總電導率。為時間t時溶液的總電導率。由（2），（3），（4）三式可得： （5） 第 11 頁長江大學工程技術學院教案/講稿將（5）式代入（1）式整理可得： （6）以 作圖為直線即為二級反應，由直線斜率即可求出k .2. 反應的速率常數(shù)k與溫度T有關。若忽略溫度對表觀活化能Ea的影響，則k與T關系可由阿累尼烏斯公式表示：因而分別測定兩個溫度下的速率常數(shù)k(T1)及k(T2)即可確定反應的活化能。3.3儀器與試劑1. 儀器：DDS-307電導率儀一臺； 恒溫槽一套；叉形管電導池2個2. 試劑：0.02 mol/L的CH3COOC2H5 及NaOH溶液；0.01 mol/L的NaOH 溶液。3.4 實驗步驟1. 調(diào)節(jié)恒溫槽至所需控制的溫度T = 25. .2. 調(diào)節(jié)電導率儀。3. 的測定： 將電極取下，用少量 0.01 mol/L NaOH 將電導池及電導電極淋洗23次后, 裝入適量的0.01 mol/LNaOH溶液于電導池中 (測量中液面一定不要低于電極套筒上的刻度線，電極腔體內(nèi)不含氣泡)，放入恒溫槽中恒溫十分鐘，測定其電導率，即為0 。4. t的測定：用移液管分別移取10mL mol/L的CH3COOC2H5 及NaOH溶液于干燥的叉形管電導池的直支管和側(cè)支管中,塞上塞子,置于恒溫槽中恒溫至所需的溫度（8分鐘）后，混合兩溶液，同時開啟停表，記錄反應時間（注意停表一經(jīng)打開切乎按停，直至全部實驗結(jié)束），并在恒溫槽中將叉形管電導池中溶液混合均勻。 第 12 頁長江大學工程技術學院教案/講稿在反應進行到6、9、12、15、20、25、30、35、40、50、60min時各讀取一次電導率值,記錄 及時間t。5. 以同樣的步驟,測定T2 = 35下的0，以及在4、6、8、10、12、15、18、21、24、27、30 min時的 。6. 測量完畢后,關閉所有電源.將電導池及電導電極用蒸餾水淋洗干凈并插干。3.5 數(shù)據(jù)處理1. 將所測的實驗數(shù)據(jù)記錄于下列表中T1 = Kt / min/ (s/cm )T2 = Kt / min/ (s/cm )2. 以 對作圖，求出直線斜率，由直線的斜率即可求出k 。分別求出上面兩個溫度的速率常數(shù)k(T1) 及 k(T2)。3. 由阿累尼烏斯公式 利用測定的兩個溫度下的速率常數(shù)k(T1)及k(T2)計算反應的活化能Ea .3.6 注意事項1. 本實驗所用的蒸餾水需事先煮沸，待冷卻后使用。 第 13 頁長江大學工程技術學院教案/講稿2. 測定0時，溶液應臨時配制，CH3COOC2H5液應臨時配制。3. 所用NaOH溶液和 CH3COOC2H5溶液濃度必須相等。4. 為確保NaOH溶液與 CH3COOC2H5溶液混合均勻，需使該溶液在雙管反應器中多次來回往復。3.7 思考題1. 為什么測定物質(zhì)的電導率，即可求得反應的速率常數(shù)？2. 為什么使用蒸餾水事先煮沸為好？3. 使用溶液為什么要臨時配制？4. 反應剛起始時，值常偏低，為什么？5. 如果NaOH和CH3COOC2H5起始濃度不相等，應怎樣計算k值？3.8 DDS-307電導率儀的使用說明1. 打開電源開關，儀器進入測量狀態(tài)。2. 根據(jù)實驗要求進行參數(shù)設置，設置方法如下：按“電極常數(shù)”鍵儀表顯示“電極常數(shù)”符號，按“升、降”鍵設置到需要的電極常數(shù)，然后按“確認”鍵，儀器顯示“測量”進入測量狀態(tài)。按“溫度系數(shù)”鍵儀表顯示“溫度系數(shù)%”符號，按“升、降”鍵設置到需要的溫度系數(shù)（一般溶液的溫度系數(shù)為2.0%），然后按“確認”鍵，儀。器顯示“測量”進入測量狀態(tài)，（出廠時儀器溫度系數(shù)設置為2.0%）。按“溫度設置”鍵儀表“0C” 符號閃爍，按“升、降”鍵設置到溶液的溫度，然后按“確認”鍵，儀器顯示“測量”進入測量狀態(tài)。當配DJS-1T型溫度探頭電極，鈕子開關向上時， 儀器自動進行溫度測量，此時“溫度設置”鍵不起作用；鈕子開關向下時， 儀器進入無補償測量，按“溫度設置”鍵儀表“0C”符號閃爍，表明進入溶液溫度設置，按“升、降”鍵設置到溶液的溫度，然后按“確認”鍵，儀器顯示“測量”進入測量狀態(tài)3. 儀器在測量狀態(tài)下，將清洗過的電極浸入溶液中，此時顯示數(shù)值即為被測溶液的電導率值。 第 14 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗四 液體飽和蒸汽壓的測定4.1 實驗目的1學習靜動態(tài)法測定液體飽和蒸汽壓與溫度的關系。2掌握U型管壓差計及數(shù)字式壓力計的使用方法和真空泵的使用，初步掌握真空實驗技術，用數(shù)字式壓力計測定異丙醇的飽和蒸汽壓。3明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液兩相平衡的概念，深入了解純液體飽和蒸氣壓和溫度的關系克勞修斯-克拉貝龍方程式。4學會用圖解法求被測液體在實驗溫度范圍內(nèi)的平均摩爾氣化熱與正常沸點。4.2 實驗原理一定溫度下，在一真空的密閉容器中，液體很快和它的蒸氣建立動態(tài)平衡即蒸氣分子向液面凝結(jié)和液體分子從表面逃逸的速度相等，此時液面上的蒸氣壓力就是液體在此溫度時的飽和蒸氣壓，液體的飽和蒸氣壓與溫度有一定的關系，溫度升高，分子運動加劇，因而單位時間內(nèi)從液面逸出的分子數(shù)增多，蒸氣壓增大。反之，溫度降低時，則蒸氣壓減小。當蒸氣壓與外界相等時，液體便沸騰，外壓不同時，液體的沸點不同。我們把外壓為101.325kPa時沸騰溫度定為液體正常的沸點。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關系可用克勞修斯克拉貝龍（Clausiua-clapey-ron）方程式來表示式中p為液體在溫度T時的飽和蒸氣壓（Pa），T為熱力學溫度（K），Hm為液體摩爾汽化熱，R為氣體常數(shù)。在溫度變化較小的范圍內(nèi)，則可把Hm視為常數(shù)，當作平均摩爾汽化熱，將上式積分得：式中A為積分常數(shù)，與壓力p的單位有關。上式可知，在一定溫度范 第 15 頁長江大學工程技術學院教案/講稿圍內(nèi)，測定不同溫度下得飽和蒸氣壓，以lgp對作圖，可得一直線，被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。而由直線的斜率可以求出實驗溫度的液體平均摩爾汽化熱vapHm。當外壓為101.325kPa時，液體的蒸氣壓與外壓相等時的溫度稱為該液體的正常沸點。從圖中也可求得其正常沸點。測定液體飽和蒸氣壓的方法主要有以下三種：（1）飽和氣流法在一定溫度和壓力下通過一定體積巳被待測液體所飽和的氣流，用某物質(zhì)完全吸收，然后稱量吸收物質(zhì)增加的重量，便可計算蒸氣的分壓，這個分壓就是該溫度下被測液體的飽和蒸氣壓。此法一般適用于蒸氣壓比較小的液體。（2）靜態(tài)法在某一溫度下將被測液體放在一個密閉的體系中，直接測量其飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。（3）動態(tài)法利用當液體的蒸氣壓與外壓相等時液體沸騰的原理，測定液體在不同外壓時的沸點就可求出不同溫度下的蒸氣壓。4.3 實驗儀器與用品飽和蒸汽壓測定裝置一套（見圖1），真空泵1臺，數(shù)字式壓力計1臺1. 緩沖球 2. 攪拌器 3. 溫度計 4. 冷凝管5. 平衡管 6. 緩沖瓶 7 冷阱 8.恒溫水浴圖1 飽和蒸汽壓測定裝置 第 16 頁長江大學工程技術學院教案/講稿溫度計，攪拌器,加熱器。異丙醇。4.4 實驗步驟1安裝裝置面板圖示連接儀器及裝置。開機預熱510分鐘，在系統(tǒng)與大氣相通時置零。2裝樣將平衡管（又稱等位計、等壓計）內(nèi)裝入適量待測液體異丙醇。A球管約2/3體積，U形管兩邊各1/2體積。3系統(tǒng)氣密性檢查將穩(wěn)壓瓶上的通大氣閥關閉，打開接系統(tǒng)和真空泵的兩個閥門；開啟真空泵，抽至一定真空度時，關閉通真空泵閥門，并觀察儀器顯示數(shù)值（-53-67kPa），數(shù)值沒有明顯的下降說明系統(tǒng)氣密性很好；否則需要檢查漏點，并消除。4排除球管上方空間內(nèi)的空氣氣密性好即可進行實驗，調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度為298.2K，關閉通大氣的閥門，打開連接系統(tǒng)及真空泵的閥門，打開真空泵進行抽空，使球中液體內(nèi)溶解的空氣和A/B空間內(nèi)的空氣呈氣泡狀，通過B管中液體排出， 抽一定時間后（35min），關閉接真空泵的閥門，調(diào)節(jié)通大氣的閥門， 使空氣緩慢進入系統(tǒng)，直至U型管雙臂液體等高時從儀表讀數(shù)。同法， 再抽氣，再讀數(shù)；直至兩次讀數(shù)相差無幾（不大于67Pa），則表示球體液面上的空間已經(jīng)被異丙醇飽和蒸氣充滿。5飽和蒸汽壓的測定用上述方法測定再測定5個不同溫度時異丙醇的蒸氣壓（每次溫度差為5K）。在實驗開始前，需要讀取當前大氣壓P0，計算蒸氣壓P。P= P0-E(E為儀器讀數(shù)) 第 17 頁長江大學工程技術學院教案/講稿5實驗結(jié)束后打開通大氣的閥門，使壓力表回復零位。關閉冷卻水，打開通空泵閥門，關閉所有電源，使實驗裝置復原。4.5 數(shù)據(jù)記錄與處理1將數(shù)據(jù)（如室溫、大氣壓、沸騰溫度、壓力差和壓力）列表格。表2-1 沸點及蒸汽壓的測定編號溫度/KE/kPa飽和蒸氣壓p/kPalg12作蒸氣壓-溫度曲線，從曲線求出異丙醇的正常沸點Tb。3作lgp圖，由直線斜率求平均摩爾氣化焓，并與文獻值進行比較。4.6 實驗注意事項 1測量前按下校零按鈕校零，測量過程中不可再按校零。2放入空氣必須小心，防止過多使空氣倒灌，否則重新抽氣排氣。3注意抽氣時先開啟真空泵后打開體系與穩(wěn)壓瓶間的活塞；停止抽氣時先打開通大氣的閥門，使壓力表回復零位，打開通空泵閥門使大氣與真空泵相通，再關真空泵。4.7 思考題 1在試驗過程中，為什么要防止空氣倒灌？2怎樣判斷空氣以被趕凈？能否在加熱情況下檢查是否漏氣？3體系的平衡蒸氣壓是由什么決定的？與液體的量和容器的大小是否有關？ 第 18 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗五 燃燒熱的測定5.1 實驗目的1通過測定萘的燃燒熱明確燃燒熱的定義，了解定壓燃燒熱與定容燃燒熱的差別，掌握有關熱化學實驗的一般知識和技術。2掌握氧彈式量熱計的原理、構(gòu)造及其使用方法。3了解高壓鋼瓶的有關知識并能正確使用。5.2 實驗原理燃燒熱是指1mol物質(zhì)完全燃燒時的熱效應，是熱化學中重要的基本數(shù)據(jù)。一般化學反應的熱效應，往往因為反應太慢或反應不完全，因而難以直接測定。但是，通過蓋斯定律可用燃燒熱數(shù)據(jù)間接求算。因此燃燒熱廣泛地用在各種熱化學計算中。許多物質(zhì)的燃燒熱和反應熱已經(jīng)精確測定。測定燃燒熱的氧彈式量熱計是重要的熱化學儀器，在熱化學、生物化學以及某些工業(yè)部門中廣泛應用。燃燒熱可在恒容或恒壓情況下測定。由熱力學第一定律可知：在不做非膨脹功情況下，恒容反應熱QVU，恒壓反應熱QpH。在氧彈式量熱計中所測燃燒熱為QV，而一般熱化學計算用的值為Qp，這兩者可通過下式進行換算：QpQV nRT （1）式中：n為反應前后生成物與反應物中氣體的摩爾數(shù)之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應溫度(K)。在盛有定量水的容器中，放入內(nèi)裝有一定量樣品和氧氣的密閉氧彈，然后使樣品完全燃燒，放出的熱量通過氧彈傳給水及儀器，引起溫度升高。氧彈量熱計的基本原理是能量守恒定律，測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，則恒容燃燒熱為：QVW(t終t始) （2）式中：W為樣品等物質(zhì)燃燒放熱使水及儀器每升高1所需的熱量，稱為水當量。 第 19 頁長江大學工程技術學院教案/講稿水當量的求法是用已知燃燒熱的物質(zhì)(如本實驗用苯甲酸)放在量熱 計中燃燒，測定其始、終態(tài)溫度，一般來說，對不同樣品，只要每次的水量相同，水當量就是定值。熱化學實驗常用的量熱計有環(huán)境恒溫式量熱計和絕熱式量熱計兩種。環(huán)境恒溫式量熱計的構(gòu)造如圖3-1所示。由圖可知，環(huán)境恒溫式量熱計的最外層是儲滿水的外筒(圖中5)，當氧彈中的樣品開始燃燒時，內(nèi)筒與外筒之間有少許熱交換，因此不能直接測出初溫和最高溫度，需要由溫度時間曲線(即雷諾曲線)進行確定, 詳細步驟如下：將樣品燃燒前后歷次觀察的水溫對時間作圖，聯(lián)成FHIDG折線，如圖3-2所示。圖中H相當于開始燃燒之點，D為觀察到的最高溫度讀數(shù)點，作相當于環(huán)境溫度之平行線JI交折線于I過I點作ab垂線，然后將FH線和GD線外延交ab線A、C兩點，A點與C點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高T。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至環(huán)境溫度這段 圖3-1 恒溫式氧彈量熱計 1-氧彈；2-溫度傳感器；3-內(nèi)筒；4-空氣隔層；5-外筒；6-攪拌時間t1內(nèi)，由環(huán)境輻射進來和攪拌引進的能量而造成體系溫度的升高必須扣除，CC為溫度由環(huán)境溫度升高到最高點D這一段時間t2內(nèi)，體系向環(huán)境輻射出能量而造成體系溫度的降低，因此需要添加上。由此可見AC兩點的溫差是較客觀地表示了由于樣品燃燒致使量熱計溫度升 第 20 頁長江大學工程技術學院教案/講稿高的數(shù)值。有時量熱計的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進能量使得燃燒后的最高點不出現(xiàn)，如圖3-2與3-3所示。這種情況下T仍然可以按照同樣方法校正。 圖3-2 絕熱較差時的雷諾校正圖 圖3-3 絕熱良好時的雷諾校正圖 5.3 實驗儀器與用品氧彈式量熱計1套，BS-IIS型測定數(shù)據(jù)采集接口裝置，壓片機，氧氣鋼瓶（帶氧氣表），電子天平1臺（0.0001g），燃燒絲。苯甲酸（A.R），萘（A.R）。5.4 實驗步驟1水當量的測定：（1）儀器預熱將量熱計及其全部附件清理干凈，將有關儀器通電預熱。（2）樣品壓片 取約10cm長的燃燒絲一根，分別在電子天平上準確稱重；在電子臺秤上粗稱0.70.8g苯甲酸，在壓片機中壓成片狀。（3）氧彈充氧將氧彈的彈頭放在彈頭架上，把燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭上的兩根電極上；把彈頭放入彈杯中，擰緊，用萬用表檢查兩極是否導通，若導通，則充氧，開始先充約0.5MPa氧氣，然后開啟出口，借以趕出氧彈中的空氣。再充入1.5MPa氧氣。氧彈放入量熱計中，接好點火線。 第 21 頁長江大學工程技術學院教案/講稿（4）調(diào)節(jié)水溫調(diào)節(jié)水溫約低于外筒水溫1。用容量瓶量取3000mL（視內(nèi)筒容積而定）已調(diào)溫的水注入內(nèi)筒，水面蓋過氧彈，裝好攪拌頭。（5）測定水當量打開攪拌器，接通溫差測量儀，撥在溫度擋上，待溫度穩(wěn)定后開始記錄溫度，每隔30s記錄一次，直到連續(xù)幾min水溫有規(guī)律微小變化，開啟“點火”按鈕，當溫度明顯升高時，說明點火成功，繼續(xù)每30s記錄一次；到溫度升至最高點后，再記錄幾min，停止實驗。停止攪拌，取出氧彈，放出余氣，打開氧彈蓋，若氧彈中無灰燼， 表示燃燒完全，將剩余燃燒絲稱重，待處理數(shù)據(jù)時用。2測量萘的燃燒熱 稱取0.60.7g萘，重復上述步驟測定之。5.5 實驗注意事項1 內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，設法排除。2攪拌時不得有摩擦聲。3燃燒樣品萘時，內(nèi)筒水要更換且需重新調(diào)溫。4氧氣瓶在開總閥前要檢查減壓閥是否關好；實驗結(jié)束后要關上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。5.6 數(shù)據(jù)記錄與處理1將實驗條件和原始數(shù)據(jù)列表記錄。2由實驗數(shù)據(jù)分別求出苯甲酸、萘燃燒前后的t始和t終。3由苯甲酸數(shù)據(jù)求出水當量W。Qv（苯甲酸）W(t終t始)式中：Qv（苯甲酸）=-3230.6kJmol1。4求出萘的燃燒熱QV，換算成Qp。5將所測萘的燃燒熱值與文獻值比較，求出誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。 第 22 頁長江大學工程技術學院教案/講稿5.7 思考題1在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥時，應注意哪些基本要求？2. 本實驗中，那些為體系？那些為環(huán)境？實驗過程中有無熱損耗，如何降低熱損耗？3. 在環(huán)境恒溫式量熱計中，為什么內(nèi)筒水溫要比外筒水溫低？低多少合適？ 第 23 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗六 溶解熱的測定6.1 實驗目的1了解電熱補償法測定熱效應的基本原理及儀器使用。2測定硝酸鉀在水中的積分溶解熱，并用作圖法求得其微分稀釋熱、積分稀釋熱和微分溶解熱。3初步了解計算機采集處理實驗數(shù)據(jù)、控制化學實驗的方法和途徑。6.2 基本原理1物質(zhì)溶解于溶劑過程的熱效應稱為溶解熱。它有積分（或變濃）溶解熱和微分（或定濃）溶解熱兩種。前者是1mol溶質(zhì)溶解在n0mol溶劑中時所產(chǎn)生的熱效應，以Qs表示。后者是1mol溶質(zhì)溶解在無限量某一定濃度溶液中時所產(chǎn)生的熱效應，即。溶劑加到溶液中使之稀釋時所產(chǎn)生的熱效應稱為稀釋熱。它也有積分（或變濃）稀釋熱和微分（或定濃）稀釋熱兩種。前者是把原含1mol溶質(zhì)和n01mol溶劑的溶液稀釋到含溶劑n02mol時所產(chǎn)生的熱效應，以Qd表示，顯然，Qd=Qs，n02Qs，n01。后者是1mol溶劑加到無限量某一定濃度溶液中時所產(chǎn)生的熱效應，即。2積分溶解熱由實驗直接測定，其它三種熱效應則需通過作圖來求：設純?nèi)軇?、純?nèi)苜|(zhì)的摩爾焓分別為H*m，A和H*m，B，一定濃度溶液中溶劑和溶質(zhì)的偏摩爾焓分別為Hm，A和Hm，B，若由nAmol溶劑和nBmol溶質(zhì)混合形成溶液，則混合前的總焓為 H = nAH*mA+nBH*mB （1）混合后的總焓為 H = nAHm，A + nBHm，B （2）此混合（即溶解）過程的焓變?yōu)镠 = H H = nA（Hm，A H*m，A）+ nB（Hm，B H*m，B）= nAHm，A + nBHm，B （3） 第 24 頁長江大學工程技術學院教案/講稿根據(jù)定義，Hm，A即為該濃度溶液的微分稀釋熱，Hm，B即為該濃度溶液的微分溶解熱，積分溶解熱則為： （4）故在Qs n0圖上，某點切線的斜率即為該濃度溶液的微分稀釋熱，截距即為該濃度溶液的微分溶解熱。如圖4-1所示：圖6-1 Qs-n0圖3、本實驗系統(tǒng)可視為絕熱，硝酸鉀在水中溶解是吸熱過程，故系統(tǒng)溫度下降，通過電加熱法使系統(tǒng)恢復至起始溫度，根據(jù)所耗電能求得其溶解熱：Q = IVt = I2Rt 。本實驗數(shù)據(jù)的采集和處理均由計算機自動完成。6.3 實驗儀器與用品量熱計（包括杜瓦瓶、電加熱器、磁力攪拌器）1套，反應熱數(shù)據(jù)采集接口裝置1臺，精密穩(wěn)流電源1臺，計算機1臺，打印機1臺，電子天平1臺，臺天平1臺；硝酸鉀（A.R.）約25.5g，蒸餾水216.2g。6.4 操作步驟圖6-2 微機測定溶解熱實驗系統(tǒng)連接圖（NDRH-IS型） 第 25 頁長江大學工程技術學院教案/講稿1按照儀器說明書正確安裝連接實驗裝置，如圖。2在電子天平上依次稱取八份質(zhì)量分別約為2.5、1.5、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0、4.5 g 的硝酸鉀（應預先研磨并烘干），記下準確數(shù)據(jù)并編號。3在臺天平上稱取216.2 g蒸餾水于杜瓦瓶內(nèi)。4打開數(shù)據(jù)采集接口裝置電源，溫度探頭置于空氣中預熱3min，電加熱器置于盛有自來水的小燒杯中。5打開計算機，運行“SV溶解熱”程序，點擊“開始實驗”，并根據(jù)提示一步步完成實 驗（先是測當前室溫，此時可打開恒流源及攪拌器電源，調(diào)節(jié)攪拌速度，調(diào)節(jié)恒流源電流，使加熱器功率在2.25 2.30W之間，然后將加熱器及溫度探頭移至已裝好蒸餾水的杜瓦瓶中，按回車，開始測水溫，等水溫升至比室溫高0.5時按提示及時加入第一份樣品，并根據(jù)提示依次加完八份樣品。實驗完成后，退出，進入“數(shù)據(jù)處理”，輸入水及八份樣品的質(zhì)量，點擊“按當前數(shù)據(jù)處理”，打印結(jié)果）。6.5 數(shù)據(jù)記錄與處理1記錄水的質(zhì)量、八份硝酸鉀樣品的質(zhì)量及相應的通電時間。2計算n（H2O）。3計算每次加入硝酸鉀后的累計質(zhì)量m（KNO3）和累計通電時間t。4計算每次溶解過程中的熱效應Q：Q = IVt = I2Rt （4.5）5將算出的Q值進行換算，求出當把1mol硝酸鉀溶于n0mol水中時的積分溶解熱Qs： （6） （7）6將以上數(shù)據(jù)列表并作Qs n0圖，從圖中求出n0 = 80，100，200， 300，400處的積分溶解熱、微分稀釋熱、微分溶解熱，以及n0從80100，100200，200300，300400的積分稀釋熱。 第 26 頁長江大學工程技術學院教案/講稿6.6 實驗注意事項1儀器要先預熱，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實驗過程中要求I、V也即加熱功率保持穩(wěn)定。2加樣要及時并注意不要碰到杜瓦瓶，加入樣品時速度要加以注意，防止樣品進入杜瓦瓶過速，致使磁子陷住不能正常攪拌，也要防止樣品加得太慢，可用小勺幫助樣品從漏斗加入。攪拌速度要適宜，不要太快，以免磁子碰損電加熱器、溫度探頭或杜瓦瓶，但也不能太慢，以免因水的傳熱性差而導致Qs值偏低，甚至使Qs n0圖變形。樣品要先研細，以確保其充分溶解，實驗結(jié)束后，杜瓦瓶中不應有未溶解的硝酸鉀固體。3電加熱絲不可從其玻璃套管中往外拉，以免功率不穩(wěn)甚至短路。4配套軟件還不夠完善，不能在實驗過程中隨意點擊按鈕（如不能點擊“最小化”）。5先稱好蒸餾水和前兩份KNO3樣品，后幾份KNO3樣品可邊做邊稱。6.7 思考題1本實驗裝置是否適用于放熱反應的熱效應的測定？2設計由測定溶解熱的方法求 CaCl2(s) + 6H2O(l) = CaCl26H2O(s) 的反應熱。3本實驗產(chǎn)生溫差的主要原因有哪幾方面？如何修正？ 第 27 頁長江大學工程技術學院教案/講稿實驗七 凝固點降低法測相對分子量7.1 實驗目的 1測定水的凝固點降低值，計算萘的分子量。 2掌握溶液凝固點的測定技術。 3掌握FPD-2A/3A型凝固點溫差測定儀的使用方法。 7.2 實驗原理 當稀溶液凝固析出純固體溶劑時，則溶液的凝固點低于純?nèi)軇┑哪厅c，其降低值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。即Tf= - Tf = Kfm （1）式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c，Tf為溶液的凝固點，mB為溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，Kf為溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關。若稱取一定量的溶質(zhì)WB(g)和溶劑WA(g)，配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度為 （2）式中，MB為溶質(zhì)的分子量。將該式代入(1)式，整理得： （3）若已知某溶劑的凝固點降低常數(shù)Kf值，通過實驗測定此溶液的凝固點降低值T，即可計算溶質(zhì)的分子量MB。通常測凝固點的方法是將溶液逐漸冷卻，但冷卻到凝固點，并不析出晶體，往往成為過冷溶液。然后由于攪拌或加入晶種促使溶劑結(jié)晶， 由結(jié)晶放出的凝固熱，使體系溫度回升，當放熱與散熱達到平衡時，溫度不再改變。此固液兩相共存的平衡溫度即為溶液的凝固點。但過冷太厲害或寒劑溫度過低，則凝固熱抵償不了散熱，此時溫度不