2011春物理化學實驗指導書

1、指導書實驗十 原電池電動勢的測定 參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P68、目的要求1、測定CuZn電池的電動勢和Cu、Zn電極的電極電位。2、了解可逆電池，可逆電極，鹽橋等概念。3、學會一些電極的制備和處理方法。 、儀器與試劑NDM-1 精密數(shù)字直流電壓測定儀 標準電池(惠斯登電池) 銅棒電極，鋅棒電極玻璃電極管2個，飽和甘汞電極（SCE）洗耳球，小燒杯，細砂紙 ZnSO4(0.100moldm-3),CuSO4(0.100 moldm-3) ，KCl(0.100 moldm-3),飽和KCl溶液，稀硫酸、稀硝酸。、實驗原理 、實驗步驟一、電極制備1、鋅電極用砂紙輕輕打磨

2、鋅電極表面上氧化層，再用稀硫酸浸洗，然后用水洗滌，再用蒸餾水淋洗后放入玻璃電極管，管內加入ZnSO4(0.100moldm-3)溶液。2、銅電極用砂紙輕輕打磨銅電極表面上氧化層，再用稀硝酸浸洗，然后用水洗滌，再用蒸餾水淋洗后放入玻璃電極管，管內加入CuSO4(0.100moldm-3)溶液。二、電池的組合及其電動勢的測量（重復測量3次，取平均）1、 ZnZnS04(0.1000M)CuS04(0.100M)Cu 2、 ZnZnS04(0.1000M)KCl(飽和)Hg2Cl2Hg 3、 HgHg2Cl2KCl(飽和)CuS04(0.1000M)Cu 、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理 實測電動勢（V）電動勢

3、平均值（V）電池 1電池 2電池 3據(jù)P69-701、據(jù)附錄五的表V-5-24，確定飽和甘汞電極（SCE）的電極電勢。2、計算銅電極和鋅電極的電極電勢。3、據(jù)附錄五的表V-5-30，查找ZnSO4(0.100moldm-3)和CuSO4(0.100 moldm-3)的平均活度系數(shù)，計算活度a，計算實驗溫度下銅電極和鋅電極的標準電極電勢。4、計算298K時銅電極和鋅電極的標準電極電勢，并計算測量誤差。電極電勢(V)TK標準電極電勢(V)298K標準電極電勢(V)298K標準電極電勢(V) 文獻值誤差銅電極鋅電極、思考問題1、電位差計、標準電池、檢流計及工作電池各有什么作用?如何保護及正確使用?

4、2、參比電極應具備什么條件?它有什么功用? 3、若電池的極性接反了有什么后果? 4、鹽橋有什么作用?選用作鹽橋的物質應有什么原則?I 注意事項：1. 甘汞電極使用時應將上面的塞子拔開。2. 注意甘汞電極的保護和輕放。3. 實驗結束，將電壓測定儀正負接線夾短路，關閉電源。實驗十三鎳在硫酸溶液中的鈍化行為參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P81 目的要求一、測定鎳在硫酸溶液中的恒電勢陽極極化曲線及其鈍化電勢。二、了解金屬鈍化行為的原理和測量方法。、儀器與試劑PS-168B型電化學測量系統(tǒng)，電腦電解池（三頸瓶）研究電極：鎳電極參比電極：雙液接飽和甘汞電極（SCE）輔助電極：鉑電極

5、0.5 moldm-3 H2SO4溶液飽和氯化鉀溶液 實驗步驟1、開啟電腦電源。開啟PS-168B型電化學測量系統(tǒng)的電源（開關在儀器背面），按下“恒電位”，預熱待用。2、洗凈電解池，注入約0.5 moldm-3 H2SO4溶液，檢查飽和甘汞電極中KCl溶液的液面高度。在甘汞電極在外套管中滴入約0.5MH2SO4溶液并套在甘汞電極上，安裝于電解池上。用蒸餾水洗凈鉑電極，安裝于電解池上。用細砂紙將鎳片電極的一面打磨至光亮，再將鎳片電極置于H2SO4溶液中浸泡2分鐘，安裝于電解池上。電化學系統(tǒng)與3個電極連接。3、3-1 雙擊電腦桌面上的“PS-168B型電化學測量系統(tǒng)軟件”。3-2 點擊“1 自定義

6、系統(tǒng)”。輸入文件名，文件名為實驗者的姓名。其余位置無需輸入內容。點擊“1 控電位”。點擊“確認”。進入下一層界面。3-3 點擊“參數(shù)設置”。A/D采樣周期“10000”毫秒。圖形輸出方式“E-I”。點擊“確認”。進入下一層界面。3-4 點擊“波形選擇”。點擊“1 E vs Eref”。點擊“鋸齒波”。幅值u1 mV “-250”。 幅值u2 mV “1500”。周期T（s）“1750”。周期個數(shù)“1”。點擊“確認”。進入下一層界面。3-5 點擊“開始運行。點擊“進入下一步”。實驗開始。4、電壓上升至1500mV后，陽極極化完畢。數(shù)據(jù)存盤。把3個電極從電解池中取出，洗凈。5、數(shù)據(jù)存入U盤。關閉電

7、源。 實驗數(shù)據(jù)處理1、 新建一個Excel文件，選擇工具欄上“數(shù)據(jù)”“導入外部數(shù)據(jù)”“導入數(shù)據(jù)”選擇相關實驗數(shù)據(jù)文件（“文件類型”選擇“所有文件”）2、 點擊“導入起始行”輸入“10”，文件原始格式選擇“Windows（ANSI）”點擊“下一步”“逗號”前打“”，“Tab鍵（T）”前的“去掉，點擊“下一步”，完成，確定。3、 選擇相關實驗數(shù)據(jù)作極化曲線。確定峰值電流和鈍化電位區(qū)間。4、 保存文件名為實驗小組成員中的一個學號、姓名。 注意事項1、 鎳片一定要打磨。2、 要仔細檢查甘汞電極。甘汞電極外套管中裝0.5 moldm-3 H2SO4 約1/2高，內管中裝飽和KCl溶液。3、 連接U盤拷貝

8、數(shù)據(jù)時需耐心等待。實驗十六旋光法測定蔗糖轉化反應的速率常數(shù)參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P94、目的要求 一、 測定蔗糖轉化反應的速率常數(shù)和半衰期。二、 了解該反應的反應物濃度與旋光度之間的關系。三、 了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法。、儀器與試劑WZZ-2B自動旋光儀，樣品管，秒表恒溫槽，量筒，錐形瓶蔗糖水溶液 20克/100ML；鹽酸水溶液 3 moldm-3、實驗原理 、實驗步驟 1、從烘箱中取出錐形瓶。恒溫槽調至55。2、開啟旋光儀電源。按下“光源”和“測量”。預熱10分鐘后，洗凈樣品管，然后在樣品管中裝人蒸餾水，測量蒸餾水的旋光度，之后清零。3、

9、量取蔗糖和鹽酸溶液各50毫升至干凈干燥的錐形瓶，鹽酸倒入蔗糖中，搖勻，然后迅速用此溶液洗涮樣品管3次，再裝滿樣品管，放入旋光儀中，開始記時。將錐形瓶放入恒溫槽中加熱，待30分鐘后取出，冷卻至室溫。4、記時至2分鐘時，按動“復測”，記錄。如此，每隔2分鐘測量一次，直至30分鐘（注意：數(shù)值為正值時使用“+復測”，數(shù)值為負值時使用“-復測”）。5、倒去樣品管中的溶液，用加熱過的溶液洗涮樣品管3次，再裝滿樣品管，測其旋光值，共測5次，求平均值。6、實驗結束，洗凈量筒和錐形瓶，放入烘箱中干燥。嚴格洗凈樣品管，注入蒸餾水，放入旋光儀。、實驗數(shù)據(jù)記錄實驗室溫度： 壓強：時間/min.246810121416

10、t/度時間/min.18202224262830t/度、 、 、 、 、 。I、數(shù)據(jù)處理新建一個Excel文件，填入t、t和數(shù)據(jù)，再計算Ln（t -），作tt曲線和Ln（t -）t直線，由Ln（t -）t直線的斜率求出速率常數(shù)k，進而求出反應的半衰期t1/2，如圖。時間/min.242830t/度Ln（t -）實驗十八電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P1031、目的要求 一、用電導法測乙酸乙脂皂化反應速度常數(shù)，了解反應活化能的測定方法。 二、了解二級反應的特點，學會用圖解法求二級反應的速率常數(shù)。 三、掌握電導儀的使用方法。 2、儀器與試

11、劑超級恒溫槽DDS307電導率儀大試管兩支10毫升移液管三支洗耳球雙管皂化池0.0200N乙酸乙酯0.0200N NaOH0.0100N 乙酸鈉秒表濾紙鉑電極3、實驗原理 4、實驗步驟 1、 熟悉儀器的使用方法。 恒溫槽調至30.0。開啟電導率儀的電源，預熱10分鐘。調節(jié)電導率儀的“溫度”至30；調“常數(shù)”至1;調“量程”至“IV”。2、G0的測定: 在 一支干燥大試管中先后加入10.00毫升0.02N NaOH和10.00毫升H2O，搖勻。用H2O輕輕淋洗電導電極，再用濾紙將電極表面的水分吸干，放入大試管。恒溫10分鐘后調電導率儀“校正”旋鈕，使電導率儀的讀數(shù)為200。3、G的測定: 干燥大

12、試管中加入約5毫升0.01N 乙酸鈉，恒溫10分鐘，讀數(shù)。共讀三次。4 、Gt的測定: 干燥皂化池A管內加10.00毫升0.02N NaOH ，B管內加10.00毫升0.02N乙酸乙酯，塞上橡皮塞，恒溫10min之后，用洗耳球通入B管上口將乙酸乙脂溶液壓入A管，與NaOH混合。當溶液壓入一半時，開始記錄反應時間。反復壓幾次，使溶液混合均勻，并立即開始測量其電導值，每隔2mmin讀一次數(shù)據(jù)，直至電導數(shù)值變化不大時可停止測量。5、恒溫槽調至40.0，按照步驟1、2、3、4再測定G0、G、Gt。6、洗凈大試管和皂化池， 放入烘箱內干燥。5、實驗數(shù)據(jù)記錄30: G0 = G=40: G0 = G=t(

13、min)246262830Gt（30）Gt（40）調用Excel專用程序計算速率常數(shù)和活化能。實驗二十四最大泡壓法測定溶液的表面張力參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P1311. 目的要求1-1 了解表面張力的性質，表面、表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關系。1-2 掌握用最大氣泡壓法測定表面張力的原理和技術。 1-3 測定不同濃度正丁醇/水溶液的表面張力，計算表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。2. 原理3. 儀器和試劑表面張力測定裝置一套DPA精密數(shù)字壓力計蒸餾水H2O洗耳球，滴管，1000mL燒杯 ，100mL小燒杯0.05、0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、

14、0.5 、0.7 moldm-3 正丁醇水溶液4. 實驗操作步驟4-1 開啟DPA精密數(shù)字壓力計的電源開關，預熱5min。減壓瓶內注入水，開啟減壓瓶上方的旋塞使系統(tǒng)與大氣相通，按DPA精密數(shù)字壓力計的“采零”鍵，使讀數(shù)為零，然后再將減壓瓶上方的旋塞關閉。4-2 測定管中注入蒸餾水，使管內液面剛好與毛細管口相接觸，慢慢打開抽氣瓶活塞排水，當氣泡形成的速度保持穩(wěn)定時，記錄最大的壓強差，重復測量3遍，記錄。4-3 同上法，測量0.05、0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 moldm-3正丁醇水溶液。4-4 實驗結束，徹底洗凈測定管，注入蒸餾水到和毛細管相切位置。關閉儀器的電源。

15、整理實驗臺面。5. 原始數(shù)據(jù)記錄 實驗溫度 25.0濃度/ moldm-3水0.050.10.20.30.40.50.7p1/kPap2/kPap3/kPap平均/kPa/10-3N.m-171.976. 數(shù)據(jù)處理調用Excel專用程序計算各溶液的表面張力，繪制ln c等溫線，根據(jù)等溫線斜率計算表面吸附量。7.注意事項7-1 抽氣瓶放水的速率不能過快，抽氣瓶中的蒸餾水小于一半時應將燒杯中的水注入抽氣瓶中。7-2 測定管潤洗時彎管口中不能進水。7-3 加入待測液時應從測定管的彎管口對側加入，并且盡量不要使待測液進入到彎管里面。7-4 測定管和毛細管在進行測量的時候應該垂直向下。實驗二十六粘度法測

16、定水溶液高聚物相對分子質量參閱 復旦大學等編 莊繼華等修訂 物理化學實驗第三版 P1401. 目的要求1-1掌握用烏倍路德粘度計測定粘度的方法。1-2掌握用粘度法測定高聚物分子量的基本原理。1-3. 實驗測定聚乙烯醇的粘均分子量。2. 原理分子量是表征化合物特征的基本參數(shù)之一。但高聚物分子量大小不一，參差不齊，一般在103107 之間，所以通常所測高聚物的分子量是平均分子量。測定高聚分子量的方法很多，本實驗采用粘度法測定高聚物分子量。高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液體在流動時存在著內摩擦。在測高聚物溶液粘度求分子量時，常用到下面一些名詞。如果高聚物分子的分子量愈大，則它與溶劑間的接觸表面也

17、愈大，摩擦就大，表現(xiàn)出的特性粘度也大。特性粘度和分子量之間的經驗關系式為： 式中，M 為粘均分子量；K為比例常數(shù)；alpha是與分子形狀有關的經驗參數(shù)。K和alpha值與溫度、聚合物、溶劑性質有關，也和分子量大小有關。K 值受溫度的影響較明顯，而alpha值主要取決于高分子線團在某溫度下，某溶劑中舒展的程度，其數(shù)值解與0.51 之間。K 與alpha 的數(shù)值可通過其他絕對方法確定，例如滲透壓法、光散射法等，從粘度法只能測定。在無限稀釋條件下因此我們獲得的方法有二種；一種是以sp/C對C 作圖，外推到C0 的截距值；另一種是以lnr/C對C作圖，也外推到C0 的截距，兩根線會合于一點。方程為：測

18、定粘度的方法主要有毛細管法、轉筒法和落球法。在測定高聚物分子的特性粘度時，以毛細管流出發(fā)的粘度計最為方便若液體在毛細管粘度計中，因重力作用流出時，可通過泊肅葉公式計算粘度。(m=1)。對于某一只指定的粘度計而言，（4）可以寫成下式省略忽略相關值，可寫成：式中，t 為溶液的流出時間；t0為純溶劑的流出時間。3. 儀器和試劑恒溫槽1套烏貝路德粘度計1支移液管10mL2支；5mL1支秒表1個洗耳球1個乳膠管，彈簧夾各2個聚丙烯酰胺2.000gL-1硝酸鈉3mol L-1和1mol L-14. 實驗操作步驟本實驗用的烏貝路德粘度計，如圖，它的最大優(yōu)點是可以在粘度計里逐漸稀釋從而節(jié)省許多操作手續(xù)。4-1

19、 調節(jié)恒溫槽溫度至30.0。從烘箱中取出干凈干燥的粘度計，在粘度計的B管和C管上套上乳膠橡皮管，然后將其垂直放入恒溫槽，使水面完全浸沒G球。將裝有硝酸鈉溶液（1mol L-1）的試劑瓶放入恒溫槽使之恒溫。4-2 溶液流出時間t的測定移取10mL聚丙烯酰胺原始溶液，由管注入粘度計內，再移取5 mL硝酸鈉溶液（3mol L-1）由A管注入，在C 管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻后，恒溫10min，此時濃度記作10/(10+5)=2/3c0。用彈簧夾封閉管上的橡膠管，用洗耳球從管吸溶液使溶液上升至球G中下部。松開管的彈簧夾，使管溶液在重力作用下流經毛細管。記錄溶液液面通過a標線到b標線所用時間，重復

20、三次，任意兩次時間相差小于0.3s。移取5ml已恒溫的硝酸鈉溶液（1mol L-1），由管注入粘度計中內，在C 管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻后，封閉管，并用洗耳球從管口多次吸溶液至G球，以洗滌毛細管和G球，此時濃度為10/(10+10)=1/2c0，再恒溫5min。測量溶液液面通過a標線到b標線所用時間，重復三次，任意兩次時間相差小于0.3s。同上，依次再加入10mL、10mL硝酸鈉溶液（1mol L-1）,測定濃度為 10/(10+20)=1/3、和10/(10+30)=1/4 c0溶液液面通過a標線到b標線所用時間，重復三次，任意兩次時間相差小于0.3s。4-3 溶劑流出時間t0的測定

21、 取下BC管上的橡膠管，傾出粘度計中的溶液，并把溶液置于回收瓶中。用硝酸鈉溶液（1mol L-1）仔細洗滌粘度計4次。（毛細管需用溶液多次潤洗，否則影響t0測定）然后移取10ml已恒溫的硝酸鈉溶液（1mol L-1），由管注入粘度計中內，再恒溫5min。測定溶劑液面通過a標線到b標線所用時間，重復三次，任意兩次時間相差小于0.3s。4-4 取下BC管上的橡膠管，傾出粘度計中的溶液，用蒸餾水清洗2次，（毛細管需多次清洗）放入烘箱干燥備用。5. 原始數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)記錄室溫： 大氣壓力：pa 原始溶液濃度C0 (g.dm-3)；恒溫溫度 ； t0 = s 序號1246溶劑累計添加體積/mL5102

22、030（1mol/L硝酸鈉） 相對濃度c02/31/21/31/40流經ab的時間/st1t2t3t46. 數(shù)據(jù)處理 應用專用程序處理數(shù)據(jù)。7. 結果與討論8. 思考題8-1 烏貝路德粘度計中支管C有何作用？除去支管C是否可測定粘度? 8-2 粘度計的毛管太粗或太細有什么缺點? 8-3 為什么用來求算高聚物的分子量?它和純溶劑粘度有無區(qū)別? 8-4 分析實驗成功與失敗的原因。9. 注意事項9-1 粘度計必須潔凈9-2 實驗過程中，恒溫槽的溫度要保持恒定。加入樣品后待恒溫才能進行測定。9-3 粘度計要垂直浸入恒溫槽中，實驗中不要振動粘度計【演示實驗 一】參閱復旦大學物理化學實驗第三版 p31化學

23、反應的平衡常數(shù)及熱力學函數(shù)變的測定(氨基甲酸銨的熱分解) 實驗目的1 用靜態(tài)法測定氨基甲酸銨在不同溫度下分解反應系統(tǒng)的平衡總壓力；2 求氨基甲酸銨分解反應的熱力學函數(shù)變； 3了解等壓計的構造及壓力的測量。實驗原理對于化學反應 aA +bB = yY +zZ ，其標準平衡常數(shù)隨溫度的變化規(guī)律符合范特荷夫（vant Hoff）方程：yyy （3-11）當溫度變化范圍不大時，rHm（T）可視為常量，積分式（3-11）得：yy （3-12）yyyyB為積分常量。由式（3-12）可以看出，以 lnK（T）對1/T作圖應為直線，斜率為，由此可求出反應的標準摩爾焓變rHm（T）。y yy由標準平衡常數(shù)的定義

24、得：yyy rGm（T）= -RTlnK （T） （3-13）yy由 rGm（T）=rHm（T） TrSm（T）y 得 rSm（T）= （3-14）氨基甲酸銨的分解反應為： NH2CO2NH4（s） 2NH3（g）+CO2（g） （3-15）當反應系統(tǒng)建立平衡時，標準平衡常數(shù)為：yyy （3-16）式中p（NH3）和p（CO2）分別為NH3（g）和CO2（g）的平衡壓力，py =100kPa。設分解反應系統(tǒng)的總壓力為P總，由氨基甲酸銨的分解反應式（3-15）知： p（NH3）= p總 ， p（CO2）= p總代入式（3-16）得：yyyy （3-17）實驗時，將固體氨基甲酸銨放入一個抽成一定真

25、空的容器里，在一定的溫度下使其發(fā)生分解并達平衡，測出系統(tǒng)總壓力p總，就可以按式（3-17）計算氨基甲酸銨分解反應的標準平衡常數(shù)Ky ，從而計算其它熱力學函數(shù)變。文獻值：25時Hm159.32kJ/mol，儀器和藥品 真空裝置一套；等壓計；恒溫槽；調壓器一臺；放大鏡一只；數(shù)字式大氣壓力計； 氨基甲酸銨；硅油或石蠟油。圖3-13 靜態(tài)法測定氨基甲酸銨分解壓裝置簡圖1 數(shù)字式低真空壓差儀；2 等壓計；3 氨基甲酸銨瓶；4 油封；5 恒溫槽；6 穩(wěn)壓管7 攪拌器；8溫度計；9調節(jié)溫度計；10 加熱器；11 真空泵；12 真空泵電機；13 電機開關；14 加熱用調壓器；a 三通活塞；b 抽氣閥；c 壓力

26、調節(jié)閥b三通活塞a的A、B位置A B實驗步驟1將氨基甲酸銨放入瓶3中并按圖3-13連接好等壓計2，開啟恒溫槽使槽溫恒定在30；2將三通活塞a置于位置A、打開抽氣閥b、關閉壓力調節(jié)閥c，開動真空泵抽真空，使壓差儀的壓差在500kPa，觀察等壓計內通過油封有氣泡冒出，持續(xù)抽空15min以上；3關閉抽氣閥b，將三通活塞a置于B位，停止抽氣，切斷真空泵電源。此時氨基甲酸銨將在298K溫度下分解。4微微開啟壓力調節(jié)閥c，將空氣放入系統(tǒng)中，直至等壓計U-型管的兩臂油封液面保持在同一水平且在10min內不變。讀取壓差儀的壓差、大氣壓力計壓力及恒溫槽溫度，計算分解壓。5檢查氨基甲酸銨瓶內的空氣是否排凈：關閉二

27、通閥b和c，三通活塞a置于A位，抽空2min，然后開啟抽氣閥b繼續(xù)排氣5min，關閉閥b，停泵。重新測量298K下氨基甲酸銨的分解壓并與4中測的相比較，若兩次測量結果相差小于260270Pa，可以進行下一溫度下分解壓的測量。6依次將恒溫槽溫度升至32、34、36、38、40、42和44，測量每一溫度下的分解壓。在升溫過程中應該注意通過壓力調節(jié)閥c十分緩慢的向系統(tǒng)中放入適量空氣，保持等壓計的兩臂油封液面水平，既不要使氨基甲酸銨瓶3里的氣體通過油封冒出，更不要讓放入的空氣通過油封進入氨基甲酸銨瓶。7結束實驗：關閉恒溫槽攪拌電機及繼電器的電源；緩慢地從壓力調節(jié)閥c向系統(tǒng)中放入空氣，使空氣以不連續(xù)鼓泡

28、的速度通過等壓計的油封進入氨基甲酸銨瓶中。實驗數(shù)據(jù)記錄實驗大氣壓/kPa溫度/30.00 32.00 34.00 36.00 38.00 40.00 42.00 44.00 壓強差/kPa數(shù)據(jù)處理將上述測量數(shù)據(jù)填入Excel表中，計算氨基甲酸銨在不同溫度下的分解壓并按式（3-17）計算氨基甲酸銨分解反應的標準平衡常數(shù)Ky。通過lnKy 1/T 圖，求出擬合直線的斜率，計算氨基甲酸銨分解反應的平均摩爾反應焓rHym ，進而計算反應的rGym 和rSym 。思考題1怎樣檢查系統(tǒng)是否漏氣？2為什么要抽干凈氨基甲酸銨小瓶中的空氣？抽不干凈對測量數(shù)據(jù)有什么影響？3怎樣判斷氨基甲酸銨分解反應是否已達到平衡？4等壓計中的油封液體為什么要用高沸點、低蒸氣壓的硅油或石蠟油？將硅油或石蠟