東北師范大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、東北師范大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院（網(wǎng)絡(luò)教育）實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)習(xí)中心： 句容奧鵬教育 專業(yè)名稱： 化學(xué) 課程名稱： 物理化學(xué) 學(xué) 號(hào)： 12035104906001 姓 名： 滕忠正 2 013年 12 月12 日?qǐng)?bào)告正文課程名稱：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)日期： 2013年 11 月 18 日 編號(hào)no： 1 開(kāi)始時(shí)間： 9 時(shí)30 分； 結(jié)束時(shí)間：11 時(shí)30 分；實(shí)驗(yàn)題目：金屬的腐蝕同 組 者：陳三寶 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?) 掌握動(dòng)電位掃描法測(cè)定陽(yáng)極鈍化曲線的方法； 2) 測(cè)量金屬在0.5mol/l h2so4中的陽(yáng)極極化曲線，確定有關(guān)特征電位和電流密度； 3) 測(cè)量金屬在0.5mol/l h2so4+0

2、.5mol/lnacl中的陽(yáng)極極化曲線并考察氯離子對(duì)金屬鈍化行為的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理與方法陽(yáng)極極化曲線一般可分為四個(gè)區(qū)：1） 活性溶解區(qū)：從腐蝕電位（）開(kāi)始，金屬溶解按活性溶解的規(guī)律進(jìn)行；2） 過(guò)渡區(qū)：金屬表面開(kāi)始發(fā)生突變，由活態(tài)向鈍態(tài)轉(zhuǎn)化。此時(shí)，電流隨電位的正移而急劇下降；3） 鈍化區(qū)：金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，表面生成一層鈍化膜，此時(shí)陽(yáng)極溶解電流密度（，稱為維鈍電流密度）很小，并且基本與電位無(wú)關(guān)；4） 過(guò)鈍化區(qū)：電流密度又開(kāi)始隨電位的正移而增大；當(dāng)介質(zhì)中存在氯離子時(shí)，不銹鋼等耐蝕金屬材料表面的鈍化膜容易被破壞，存在點(diǎn)蝕電位，此時(shí)，當(dāng)時(shí)，材料表面開(kāi)始發(fā)生點(diǎn)蝕，電流迅速增大；當(dāng)電流密度增大到一定值

3、時(shí)（如1ma/cm2），改變掃描方向，開(kāi)始向陰極方向掃描，可能形成一個(gè)滯后環(huán)。當(dāng) s14rp時(shí)，鈍化膜重新愈合，金屬恢復(fù)完全鈍化狀態(tài)；而當(dāng)s14rp b，時(shí)已形成的點(diǎn)蝕繼續(xù)進(jìn)行，但不會(huì)產(chǎn)生新的點(diǎn)蝕。 三、 主要儀器設(shè)備、材料和試劑1） 主要儀器設(shè)備 corrtest腐蝕電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)；電解池；玻璃活栓鹽橋；洗耳球、金相砂紙、鑷子、丙酮棉球（處理電極表面）；量筒；濾紙（保護(hù)電極表面不被腐蝕）。2） 三電極種類、材料和有效工作面積 工作電極（電極材料為鎳、鈦或耐蝕合金）、飽和甘汞電極（sce）、大面積鉑輔助電極（有效截面積為1cm2）；3） 測(cè)試溫度及其控制方法 測(cè)試在室溫下進(jìn)行四、 實(shí)驗(yàn)操作步驟

4、1）啟動(dòng)corrtest腐蝕測(cè)試系統(tǒng)軟件，打開(kāi)恒電位儀的電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)始預(yù)熱；2）將玻璃活栓鹽橋洗凈、烘干后，把玻璃活塞插入鹽橋，并使活塞孔對(duì)準(zhǔn)鹽橋的測(cè)試溶液端；將活栓插緊后，向鹽橋的參比電極室注入適量的過(guò)飽和kcl溶液。洗凈電解池，安裝輔助電極、鹽橋和參比電極；3） 處理電極，將處理好的工作電極置于電解池中使鹽橋毛細(xì)管尖端對(duì)準(zhǔn)工作電極的中心，并且它到電極表面的距離為毛細(xì)管尖端外徑的1倍。然后將三個(gè)電極連接到恒電位儀；4） 打開(kāi)“自腐蝕電位測(cè)量”窗口（快捷鍵f2 ），輸入數(shù)據(jù)文件名和注釋，設(shè)置測(cè)量時(shí)間：15分鐘，采樣速率：1hz，其他參數(shù)保持默認(rèn)值。然后，向電解池內(nèi)注入0.5mol/lh2so4

5、溶液約200ml后，立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，并接通鹽橋，點(diǎn)擊窗口中的“開(kāi)始”按鈕，開(kāi)始開(kāi)路電位的測(cè)量； 5） 當(dāng)開(kāi)路電位測(cè)量到所設(shè)置的測(cè)量時(shí)間后將自動(dòng)停止。此時(shí)，打開(kāi)“動(dòng)電位掃描”窗口（快捷鍵f4 ），輸入數(shù)據(jù)文件名和注釋，設(shè)置初始電位：0.05v（相對(duì)于開(kāi)路電位），終止電位：1.5v（相對(duì)于開(kāi)路電位），掃描速率：1mv/s，采樣速率：1hz，其他參數(shù)保持默認(rèn)值。然后，立即點(diǎn)擊窗口中的“確定”按鈕，開(kāi)始極化曲線的測(cè)量；6) 測(cè)量結(jié)束后，取下電極接線夾頭，取出工作電極和參比電極，清洗電解池和鹽橋（測(cè)試溶液端內(nèi)、外側(cè)），將工作電極按上述方法進(jìn)行處理，更換0.5mol/l+h2so40.5mol/l nacl

6、溶液而上述步驟進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。注意：此時(shí)，在設(shè)置“動(dòng)電位掃描”控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)設(shè)置回掃電流密度：1ma/cm2。在測(cè)量中，當(dāng)回掃曲線與正掃曲線；7) 待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取下電極接線夾頭，取出工作電極和參比電極，觀察工作電極表面腐蝕形態(tài)。然后，清洗電解池和鹽橋（測(cè)試溶液端內(nèi)、外側(cè)），將工作電極按上述方法進(jìn)行處理，放入干燥器備用。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖1-1金屬在0.5mol/l h2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的開(kāi)路電位圖1-2金屬在0.5mol/lh2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的陽(yáng)極極化曲線表1-1 工作電極在

7、0.5mol/l h2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的開(kāi)路電位和特征值開(kāi)路電位jcpicpipjpjtp0.5mol/l h2so4-0.44283-0.348241.69644e-31.02569e-50.438370.854270.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl-0.49962-0.328582.09853e-36.04628e-50.125040.266985.2 分析與討論 5.2.1 i曲線圖分析 當(dāng)工作電極在0.5mol/l h2so4溶液中時(shí)，由圖1-2及表1-1的特征值可知，從腐蝕電位開(kāi)始，金屬的溶解規(guī)律呈現(xiàn)活性溶解規(guī)律，當(dāng)

8、電位達(dá)到-0.44283時(shí)電流隨電位的增大而增大，基本符合tafel方程；當(dāng)電極電位正移到鈍化電位jcp =-0.34824時(shí)，金屬表面開(kāi)始發(fā)生突變，由活態(tài)向鈍態(tài)變化，此時(shí)電流隨電位正移而急劇下降直至電位達(dá)到穩(wěn)定鈍化電位即jp =0.43837，與鈍化電位jcp相對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極電流密度稱為鈍化電流密度icp =1.69644e-3；當(dāng)電位正移到穩(wěn)定鈍化電位jp =0.43837時(shí)，金屬處于穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，表面生成一層鈍化膜，此時(shí)陽(yáng)極溶解電流密度ip =1.02569e-5（即維電流密度）很小且基本不隨電位變化；當(dāng)電位達(dá)到過(guò)鈍化電位jtp =0.8527時(shí)，由于金屬表面鈍化膜遭到破壞，腐蝕再次加劇，

9、電流隨電位的正移而增大。當(dāng)工作電極在0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl溶液中時(shí)，圖1-1以及表1-1中特征值可知，活性溶解區(qū)基本不發(fā)生變化，而當(dāng)電位正移到j(luò)cp之后電位先正移至穩(wěn)定鈍化電位jp =0.12504，而后迅速達(dá)到過(guò)鈍化電位jtp =0.26698，達(dá)到過(guò)鈍化電位后由于點(diǎn)蝕的存在電流密度隨電位的正移而再次增大；5.2.2 氯離子對(duì)鈍化過(guò)程的影響分析由以上分析可知，在溶液中不含氯離子時(shí)，由穩(wěn)定鈍化電位正移至過(guò)鈍化電位經(jīng)歷的時(shí)間遠(yuǎn)大于含有氯離子時(shí)的時(shí)間，可見(jiàn)，當(dāng)溶液中存在氯離子時(shí)金屬表面的鈍化膜溶液破壞從而過(guò)早進(jìn)入過(guò)鈍化區(qū)，這是由于鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動(dòng)平

10、衡狀態(tài)當(dāng)介質(zhì)中含有活性陰離子（常見(jiàn)的如氯離子）時(shí)，氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽(yáng)離子結(jié)合成可溶性氯化物，使平衡便受到破壞，金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。5.3 結(jié)論1）金屬的陽(yáng)極極化隨著電位的正移金屬表面會(huì)發(fā)生鈍化，但是隨著電位的繼續(xù)正移金屬表面的鈍化膜會(huì)發(fā)生破壞從而使腐蝕從新加??；2）氯離子能時(shí)金屬表面的鈍化膜發(fā)生破壞從而加劇腐蝕；六、 意見(jiàn)和建議可以取含不同氯離子濃度的溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而驗(yàn)證氯離子濃度對(duì)鈍化膜破壞的影響；可以取不同電極及鈍化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而驗(yàn)證鈍化介質(zhì)對(duì)鈍化的影響； 指導(dǎo)教師：楊孝林 報(bào)告正文課程名稱：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)日期： 2013年11 月2

11、2 日 編號(hào)no： 2 開(kāi)始時(shí)間： 14時(shí) 30 分； 結(jié)束時(shí)間：16 時(shí)30 分；實(shí)驗(yàn)題目：電鍍同 組 者：陳三寶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解梯形槽的使用方法；2. 了解電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰?、電流效率的測(cè)定方法；3. 了解電鍍?nèi)芤褐刑砑觿┑淖饔煤碗s質(zhì)對(duì)鍍層的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程稱為電解。電鍍屬于電解，是一種電化學(xué)沉積過(guò)程，是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽(yáng)極，通過(guò)電解作用，陰極鍍件表面上沉積出金屬，獲得牢固的金屬膜的過(guò)程。（一）梯形槽實(shí)驗(yàn)原理 梯形槽也叫赫爾槽，其形狀如圖所示。槽的容積有三種，即l l、267 ml和250 ml。由于

12、槽中陰陽(yáng)極放置不平行，故陰極上各部分電流分布是不均勻的，在離陽(yáng)極近的近陰極端，電流密度較高，在另一端電流密度較低。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)267 ml的梯形槽而言，得到一個(gè)在陰極各部分電流密度分布的經(jīng)驗(yàn)公式（），即 （） 式中：dk為陰極上某點(diǎn)的電流密度(a/dm2)；i為實(shí)驗(yàn)時(shí)的電流強(qiáng)度(a)；l為陰極上該點(diǎn)距近陰極端的距離(cm)。圖 梯形槽（二）鍍液分散能力的測(cè)定原理 鍍液的分散能力是指電解液所具有的使鍍層厚度均勻分布的能力。測(cè)定的方法有多種，方法不同用來(lái)表達(dá)分散能力的公式也不同。因此，為了比較不同鍍液分散能力的大小，必須采用同一種方法測(cè)量才有意義。本實(shí)驗(yàn)采用遠(yuǎn)陰極和近陰極的方法(圖)，遠(yuǎn)陰極和

13、近陰極與陽(yáng)極的距離比為l2/l1等于k，用這種方法所測(cè)得的分散能力可用下式（）表達(dá)： （）式中為分散能力(%)；k為遠(yuǎn)陰極和近陰極與陽(yáng)極距離之比；、為近陰極上和遠(yuǎn)陰極上金屬的增重。圖 測(cè)定分散能力的電鍍槽（三）電鍍效率的測(cè)定原理根據(jù)法拉弟定律，在電鍍鎳時(shí)，通過(guò)電鍍槽的電量若為l f（96500 c），則應(yīng)得鎳鍍層0.5 mol（58.69/2 g）。而實(shí)際上沉積的鎳不到0.5 mol，這是由于在電鍍過(guò)程中，陰極上進(jìn)行的反應(yīng)不只是ni2+2e= ni，還有2h+2e= h2副反應(yīng)的存在，使得用于沉積金屬的電流只是通過(guò)總電流的一部分，而其余部分消耗在副反應(yīng)上，所以電流效率達(dá)不到100%。電流效率計(jì)

14、算公式（）如下： 圖 測(cè)量電流效率線路圖在實(shí)際測(cè)定鍍液的電流效率時(shí)，與被測(cè)鍍槽串聯(lián)一個(gè)銅庫(kù)侖計(jì)(見(jiàn)圖)。因?yàn)殂~庫(kù)侖計(jì)上銅陰極的電流效率為100%，所以根據(jù)銅陰極上鍍層重量可以得到理論上的金屬鍍層的重量或通過(guò)電極的總電量。當(dāng)采用銅庫(kù)侖計(jì)時(shí)，電流效率的計(jì)算公式（）可表達(dá)為： 式中w為被測(cè)金屬鍍層的重量；m為被測(cè)金屬的摩爾質(zhì)量；wcu為庫(kù)侖計(jì)陰極上銅鍍層質(zhì)量；mcu為銅的摩爾質(zhì)量（注：被測(cè)金屬和銅的摩爾質(zhì)量的值均隨所取的基本單元而定。）三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑直流穩(wěn)壓電源；塑料鍍槽；導(dǎo)線；普通鎳鍍液；庫(kù)侖鍍液 四、實(shí)驗(yàn)步驟 （一）具體操作方法1. 配制電鍍?nèi)芤海ㄒ雅浜茫?. 梯形槽實(shí)驗(yàn)將銅陰極和鎳陽(yáng)極均用

15、金相砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈。在267 ml梯形槽中注入一定量的普通鍍鎳溶液，裝上陽(yáng)極、陰極試片，接通電源，控制電流在1a，電鍍5 min后,取出陰極片用水沖洗，觀察其外觀，并將試片各區(qū)域的鍍層外觀按下述符號(hào)記錄下來(lái)。光亮 半光亮 灰暗 燒焦 無(wú)鍍層3. 鍍液分散能力的測(cè)定取兩片銅片，用金相砂紙打磨光亮。用水沖洗，做好近、遠(yuǎn)陰極標(biāo)記，吹干后分別準(zhǔn)確稱重。將鎳陽(yáng)極和兩片銅陰極放在長(zhǎng)方槽中，并使l2/l1 = 2。將普通鍍鎳溶液注入長(zhǎng)方槽中，接通電源，電流密度控制在1a/dm2。電鍍30 min后，取出陰極用水沖洗、吹干，用分析天平分別稱出遠(yuǎn)、近陰極重量。4. 電流效率的測(cè)定 將被測(cè)鍍液和銅庫(kù)侖

16、計(jì)的陰、陽(yáng)極（被測(cè)鍍液為銅陰極、鎳陽(yáng)極，銅庫(kù)侖計(jì)陰、陽(yáng)極均為純銅）用金相砂紙打磨，沖洗干凈。兩陰極吹干后分別準(zhǔn)確稱重。接好線路，鍍槽中注入鍍液，接通電源，電流密度控制在1a/dm2，電鍍30 min后，取出兩陰極洗凈、吹干，分別準(zhǔn)確稱取重量。（二）注意事項(xiàng)1. 電解液化學(xué)品有一定的腐蝕和污染，實(shí)驗(yàn)和觀察過(guò)程中應(yīng)避免手、皮膚直接接觸。2. 鍍液分散能力和電流效率測(cè)定中不是電流為1a，而是電流密度控制在1a/dm2（應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中試片浸入到鍍液中的實(shí)際面積進(jìn)行計(jì)算）。3. 實(shí)驗(yàn)完成后，鍍液必須倒回原瓶中重復(fù)使用。4. 兩溶液不可互相污染。（三）提問(wèn)1. 由梯形槽實(shí)驗(yàn)中所觀察的現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題？2.

17、 鍍液分散能力和電流效率測(cè)定中為什么不是電流為1a，而是要控制電流密度為1a/dm2 ？3. 銅庫(kù)侖計(jì)在實(shí)驗(yàn)中的作用是什么？五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)（一）數(shù)據(jù)處理1. 用規(guī)定的符號(hào)繪制和標(biāo)明梯形槽的陰極鍍層外觀圖，并分析所觀察現(xiàn)象的原因。2. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表如下，計(jì)算鍍液的分散能力，并說(shuō)明鍍液分散能力的優(yōu)劣。電極種類鍍前質(zhì)量/g鍍后質(zhì)量/g增重/g分散能力遠(yuǎn)陰極近陰極3. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表如下，計(jì)算電流效率。寫出普通鍍液電解池陰、陽(yáng)電極所發(fā)生的半反應(yīng)，并分析電流效率不為100%的原因。電流密度/(a/dm2)庫(kù)侖計(jì)陰極質(zhì)量/g被測(cè)鍍液陰極質(zhì)量/g電流效率鍍前鍍后增重鍍前鍍后增重（二）實(shí)驗(yàn)討論電鍍前要對(duì)金屬片

18、進(jìn)行打磨，其目的是為了處理、清潔被鍍金屬的表面，從而得到結(jié)合力好的鍍層。鍍層質(zhì)量的好壞要考慮的因素有很多，主要有：被鍍金屬的特性、鍍層特性、合適的前處理、合適的電鍍?nèi)芤骸⒑线m的操作條件（電流密度、鍍液濃度和各組分比例、鍍液溫度、時(shí)間、后處理）、合適的電鍍?cè)O(shè)備和器具、環(huán)境條件等。1添加劑對(duì)電鍍效果的影響 在電鍍?nèi)芤褐屑犹砑觿禾蔷?,4-丁炔二醇、香豆素等可以明顯的提高鍍層的光亮度。加入光亮劑的鍍鎳溶液稱光亮鍍液，其中一個(gè)配方如下：試劑名稱 試劑用量niso47h2o 250300g/l h3bo3 3040g/l nicl2 6h2o 2030 g/l 糖精 0.61g/l 1,4-丁炔二醇

19、 0.10.2g/l 香豆素 0.20.5g/l 十二烷基硫酸鈉 0.050.1g/l ph 44.52雜質(zhì)對(duì)鍍層質(zhì)量的影響 在電鍍液中如果含有一定量的金屬雜質(zhì)，會(huì)影響渡層的質(zhì)量，如鍍鎳溶液中含有fe離子就會(huì)使鍍層的質(zhì)量下降。3. 鍍液深度能力的測(cè)定 在實(shí)際應(yīng)用中電鍍的對(duì)象很復(fù)雜，好多是管件和帶凹槽的工件，因此就要求電鍍液有深度能力。也就是說(shuō)電鍍液在陰極鍍件深凹（或孔內(nèi)）部分鍍上金屬層的能力。測(cè)定電鍍液深度能力的方法很多，方法不同，深度能力的表示方式也不同（與分散能力的測(cè)定類似），所以為了比較不同種鍍液的深度能力，必須用同一種方法測(cè)定。4. 鍍件的表面狀態(tài)對(duì)鍍層的影響 鍍件的表面狀態(tài)對(duì)鍍層的光

20、潔度，亮度，鍍層的附著力等都有很大的影響。所以為了得到合格的鍍層，鍍件的表面必須經(jīng)過(guò)合格的酸洗除銹、堿洗（或有機(jī)溶劑清洗）除油，機(jī)械或電化學(xué)拋光等。 指導(dǎo)教師：楊孝林 報(bào)告正文課程名稱：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)日期： 2013年11 月25 日 編號(hào)no： 3 開(kāi)始時(shí)間： 9時(shí)30 分； 結(jié)束時(shí)間：11 時(shí)30 分；實(shí)驗(yàn)題目：過(guò)氧化氫分解反應(yīng)同 組 者：陳三寶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1用測(cè)壓法測(cè)定h2o2分解反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期；2熟悉一級(jí)反應(yīng)的特點(diǎn)，了解反應(yīng)濃度、溫度和催化劑等因素對(duì)一級(jí)反應(yīng)速率的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理 1凡是反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。h2o2的分解反應(yīng)即屬一級(jí)反應(yīng)： h2

21、o2=1/2 o2+h2o其反應(yīng)速率方程可寫為：式中k為反應(yīng)速率常數(shù)，ca,t為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度，積分得式中ca,0為反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的初濃度。以lnca,t 對(duì)時(shí)間t作圖，可得一直線，其斜率為反應(yīng)速率常數(shù)的負(fù)值-k，截距為ln ca,0。當(dāng)ca,t=0.5 ca,0 時(shí)，則t可用t1/2表示，即反應(yīng)的半衰期。t1/2 = ln2/k可見(jiàn)，在溫度一定時(shí)，一級(jí)反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)速率常數(shù)成正比，而與反應(yīng)物的起始濃度無(wú)關(guān)。圖1 測(cè)壓法實(shí)驗(yàn)裝置（1）微壓差測(cè)定儀；（2）導(dǎo)氣管；（3）外循環(huán)恒溫水浴槽；（4）反應(yīng)液；（5）磁力攪拌器2. 化學(xué)反應(yīng)速率取決于許多因素，例如反應(yīng)物濃度和壓力、溫度、催化劑、溶劑

22、、酸堿度、光化反應(yīng)的光強(qiáng)度、多相反應(yīng)的分散度以及攪拌強(qiáng)度、微波、超聲波、磁場(chǎng)等都可能對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生影響。某些催化劑可以明顯地加快反應(yīng)速率，能加速分解h2o2的催化劑有pt、ag、mno2、cuo(多相催化劑)、cu2+、fe3+、mn2+、i- (均相催化劑)等。3動(dòng)力學(xué)研究常通過(guò)間接測(cè)定與反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度呈一定數(shù)學(xué)關(guān)系的物理量隨反應(yīng)時(shí)間的變化來(lái)考察反應(yīng)的速率和機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)采用測(cè)壓法進(jìn)行研究1，裝置如圖1。（本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定室溫下的速率，未配套外循環(huán)恒溫水浴裝置）。使h2o2分解反應(yīng)在一個(gè)體積固定的體系內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程放出的o2將使系統(tǒng)內(nèi)壓強(qiáng)增加，通過(guò)與反應(yīng)瓶相連的微壓差測(cè)定儀跟蹤壓強(qiáng)增值隨時(shí)間的變化

23、研究反應(yīng)的進(jìn)程。若p表示h2o2全部分解時(shí)體系的最終壓強(qiáng)增加值；pt表示表示經(jīng)反應(yīng)時(shí)間t后體系的壓強(qiáng)增加值，由于恒溫條件下有（ca,0- ca,t）pt，ca,0 p，則速率方程的積分式亦可表示為：以ln(p-pt)/pa對(duì)作圖，由直線的斜率也可求得速率常數(shù)k。p可以采用以下兩種方法求?。海?）外推法，以1/t 為橫坐標(biāo)對(duì)pt作圖，將直線段外推至1/t =0（即t為 ），截距即為p。該法須使反應(yīng)接近完全方可相對(duì)準(zhǔn)確的推出截距。（2）加熱法，即在測(cè)定若干pt后，將反應(yīng)瓶置于50-60下約15min，促進(jìn)h2o2快速完全分解，再冷卻回原反應(yīng)溫度，記下的壓強(qiáng)即為p。 也可以不測(cè)p，而用guggenh

24、eim法數(shù)據(jù)法處理。公式推導(dǎo)如下：以ln(pt+-pt)/pa對(duì)作圖，由直線的斜率也可求得速率常數(shù)k。應(yīng)取半衰期的23倍，因此應(yīng)用該法的前提是反應(yīng)須進(jìn)行到接近完全。為了便于數(shù)據(jù)處理，一般取相同間隔的整數(shù)時(shí)間讀數(shù)。4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)o2是一種價(jià)廉的、強(qiáng)氧化性的綠色氧化劑，在紙漿氧漂、有機(jī)污水的濕法催化氧化處理(wao，catalytic wet oxidation)等領(lǐng)域中的應(yīng)用2，3日益引起人們的重視。但常溫附近o2起氧化作用的速率太慢，制約了它的實(shí)際應(yīng)用。從催化原理來(lái)說(shuō)，能顯著促進(jìn)h2o2分解的催化劑同樣能促進(jìn)逆反應(yīng)o2生成h2o2速率的提高，繼而提高o2的氧化作用速率。本實(shí)驗(yàn)任選一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件

25、，測(cè)定cu2+、fe3+對(duì)h2o2分解的催化活性及溶液的酸堿性對(duì)分解的影響，作為其應(yīng)用的前期探索。三、儀器和試劑 1儀器：微壓差測(cè)定儀，磁力攪拌器，250 ml錐形瓶（配單孔橡皮塞），50 ml量筒，1 ml吸量管5根，吸耳球，鐵架臺(tái)，鐵夾，計(jì)時(shí)器（自備）。 2試劑：0.5 mol/l 的cu(no3)2、0.5 mol/l fe(no3)3、3% h2o2、0.1mol/l的naoh 、0.1 mol/l hcl。四、實(shí)驗(yàn)步驟 取50 ml蒸餾水于潔凈的錐形瓶中，加入1ml的催化劑（二選一），放入潔凈的攪拌磁子，開(kāi)啟攪拌。加入0.5 ml酸或堿或不加（三選一）混勻。關(guān)閉磁力攪拌！移取1 ml

26、3% h2o2溶液，注入裝有催化劑的錐形瓶中，塞緊瓶塞。將微壓差測(cè)定儀置零，開(kāi)啟磁力攪拌器同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。過(guò)氧化氫分解放出的氧氣使系統(tǒng)壓力增高。每隔1min記錄一次微壓差測(cè)定儀顯示的系統(tǒng)壓力增加值，直至反應(yīng)接近完全為止。五、數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與記錄表25ct/s198.55390.12650.77724.02993.771121.77v/l0.01570 0.01260 0.01105 0.00966 0.00988 0.00631 lnv-4.154-4.374-4.505-4.64-4.617-5.066實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與記錄表30ct/s114.70 311.05 475.33 606.0

27、5 831.58 925.70 v/l0.01620 0.01195 0.00905 0.00810 0.00660 0.00560 lnv-4.123-4.427-4.705-4.816-5.021-5.185六、注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)過(guò)程必須保證反應(yīng)體系的密閉性；2實(shí)驗(yàn)過(guò)程必須避免外界氣溫的波動(dòng)引起壓強(qiáng)誤差；3反應(yīng)前的一系列操作 注入h2o2、加塞、微壓差測(cè)定儀置零、啟動(dòng)磁力攪拌器、按下秒表計(jì)時(shí)，要迅速而有條理。 指導(dǎo)教師：楊孝林： 報(bào)告正文課程名稱：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)日期： 2013年 11 月27 日 編號(hào)no： 4 開(kāi)始時(shí)間：14 時(shí)30 分； 結(jié)束時(shí)間：15 時(shí)30 分；實(shí)驗(yàn)題目：復(fù)相催化甲醇

28、分解同 組 者：陳三寶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)量甲醇分解反應(yīng)中zno催化劑的催化活性，了解反應(yīng)溫度對(duì)催化活性的影響。2. 熟悉動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中流動(dòng)法的特點(diǎn)；掌握流動(dòng)法測(cè)定催化劑活性的實(shí)驗(yàn)方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理催化劑的活性是催化劑催化能力的量度，通常用單位質(zhì)量或單位體積催化劑對(duì)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化百分率來(lái)表示。復(fù)相催化時(shí)，反應(yīng)在催化劑表面進(jìn)行，所以催化劑比表面(單位質(zhì)量催化劑所具有的表面積)的大小對(duì)活性起主要作用。評(píng)價(jià)測(cè)定催化劑活性的方法大致可分為靜態(tài)法和流動(dòng)法兩種。靜態(tài)法是指反應(yīng)物不連續(xù)加入反應(yīng)器，產(chǎn)物也不連續(xù)移去的實(shí)驗(yàn)方法；流動(dòng)法則相反，反應(yīng)物不斷穩(wěn)定地進(jìn)入反應(yīng)器發(fā)生催化反應(yīng)，離開(kāi)反應(yīng)器后再分析其產(chǎn)物的組成。

29、使用流動(dòng)法時(shí)，當(dāng)流動(dòng)的體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，反應(yīng)物的濃度就不隨時(shí)間而變化。流動(dòng)法操作難度較大，計(jì)算也比靜態(tài)法麻煩，保持體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)是其成功的關(guān)鍵，因此各種實(shí)驗(yàn)條件(溫度、壓力、流量等)必須恒定，另外，應(yīng)選擇合理的流速，流速太大時(shí)反應(yīng)物與催化劑接觸時(shí)間不夠，反應(yīng)不完全，流速太小則氣流的擴(kuò)散影響顯著，有時(shí)會(huì)引起副反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)采用流動(dòng)法測(cè)量zno催化劑在不同溫度下對(duì)甲醇分解反應(yīng)的催化活性。近似認(rèn)為該反應(yīng)無(wú)副反應(yīng)發(fā)生(即有單一的選擇性)，反應(yīng)式為： ch3oh(氣) co(氣)+2h2(氣)反應(yīng)在圖2-23-1所示的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行。氮?dú)獾牧髁坑擅?xì)管流速計(jì)監(jiān)控，氮?dú)饬鹘?jīng)預(yù)飽和器、飽和器，在飽和器溫度

30、下達(dá)到甲醇蒸氣的吸收平衡。混合氣進(jìn)入管式爐中的反應(yīng)管與催化劑接觸而發(fā)生反應(yīng)，流出反應(yīng)器的混合物中有氮?dú)狻⑽捶纸獾募状?、產(chǎn)物一氧化碳及氫氣。流出氣前進(jìn)時(shí)為冰鹽冷卻劑致冷，甲醇蒸氣被冷凝截留在捕集器中，最后由濕式氣體流量計(jì)測(cè)得的是氮?dú)?、一氧化碳、氫氣的流量。如若反?yīng)管中無(wú)催化劑 則測(cè)得的是氮?dú)獾牧髁俊８鶕?jù)這兩個(gè)流量便可計(jì)算出反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳及氫氣的體積，據(jù)此，可獲得催化劑的活性大小。圖2-23-1 氧化鋅活性測(cè)量裝置 1-氮?dú)怃撈浚?-穩(wěn)流閥；3-毛細(xì)管流速計(jì)；4-緩沖瓶；5-預(yù)飽和器；6-飽和器；7-反應(yīng)管；8-管式爐；9-熱電偶；10-控溫儀；11-捕集器；12-冰鹽冷劑；13-杜瓦瓶；14-

31、濕式流量計(jì) 指定條件下催化劑的催化活性以每克催化劑使100g甲醇分解掉的克數(shù)表示。催化活性 (1)nch3oh 和nch3oh分別為進(jìn)入反應(yīng)管及分解掉的甲醇的摩爾數(shù)近似認(rèn)為體系的壓力為實(shí)驗(yàn)時(shí)的大氣壓， 因此p體系p大氣壓pch3oh p n2 (2)式中，pch3oh為40時(shí)的甲醇的飽和蒸氣壓；p n2為體系中n2分壓。根據(jù)道爾頓分壓定律： (3)可得30min內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)管的甲醇摩爾數(shù) nch3oh ，式中，nn2為30min內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)管的n2的摩爾數(shù)。由理想氣體狀態(tài)方程 p大氣壓vch3oh nch3ohrt可得分解掉甲醇的摩爾數(shù)nch3oh。其中；t為濕式流量計(jì)上指示的溫度。三、儀器試劑實(shí)

32、驗(yàn)裝置(管式爐，控溫儀，飽和器，濕式流量計(jì)，氮?dú)怃撈康?1套。甲醇(a.r.)；zno催化劑(實(shí)驗(yàn)室自制)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 檢查裝置各部件是否接妥，預(yù)飽和器溫度為(43.00.1)；飽和器溫度為(40.0 0.1). 杜瓦瓶中放入冰鹽水。2. 將空反應(yīng)管放入爐中，按第一篇第二章氣體壓力及流量的測(cè)量中的說(shuō)明開(kāi)啟氮?dú)怃撈?，通過(guò)穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)氣體流量(觀察濕式流量計(jì))在(1005)mlmin-1內(nèi)，記下毛細(xì)管流速計(jì)的壓差。開(kāi)啟控溫儀使?fàn)t子升溫到350。在爐溫恒定、毛細(xì)管流速計(jì)壓差不變的情況下，每5min記錄濕式流量計(jì)讀數(shù)一次，連續(xù)記錄30min。3. 用粗天平稱取4g催化劑，取少量玻璃棉置于反應(yīng)管中，

33、為使裝填均勻，一邊向管內(nèi)裝催化劑，一邊輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)管子，裝完后再于上部復(fù)蓋少量玻璃棉以防松散，催化劑的位置應(yīng)處于反應(yīng)管的中部。4. 將裝有催化劑的反應(yīng)管裝入爐中，熱電偶剛好處于催化劑的中部，控制毛細(xì)管流速計(jì)的壓差與空管時(shí)完全相同，待其不變及爐溫恒定后，每5min記錄濕式流量計(jì)讀數(shù)一次，連續(xù)記錄30min。5. 調(diào)節(jié)控溫儀使?fàn)t溫升至420，不換管，重復(fù)步驟4的測(cè)量。經(jīng)教師檢查數(shù)據(jù)后停止實(shí)驗(yàn)。五、注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)確保毛細(xì)管流速計(jì)的壓差在有無(wú)催化劑時(shí)均相同。 系統(tǒng)必須不漏氣。 實(shí)驗(yàn)前需檢查濕式流量計(jì)的水平和水位，并預(yù)先運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)圈，使水與氣體飽和后方可進(jìn)行計(jì)量。六、數(shù)據(jù)處理1. 以空管及裝入催化劑后不同爐

34、溫時(shí)的流量對(duì)時(shí)間作圖，得三條直線，并由三條直線分別求出30min內(nèi)通入n2的體積v n2和分解反應(yīng)所增加的體積v n2co。2. 計(jì)算30min內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)管的甲醇質(zhì)量 wch3oh。3. 計(jì)算30min內(nèi)不同溫度下，催化反應(yīng)中分解掉甲醇的質(zhì)量wch3oh。4. 計(jì)算不同溫度下zno催化劑的活性。 指導(dǎo)教師：楊孝林 報(bào)告正文課程名稱：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)日期： 2013年 12月 2 日 編號(hào)no： 5 開(kāi)始時(shí)間： 9時(shí) 30 分； 結(jié)束時(shí)間：11時(shí)00分；實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)室制取氧氣及其性質(zhì)同 組 者：陳三寶一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法 2、掌握氧氣的性質(zhì)二、 實(shí)驗(yàn)器材：導(dǎo)氣管，試管，集氣瓶，酒精燈，水槽，燃燒匙三、 實(shí)驗(yàn)藥品