重慶科技學(xué)院物理化學(xué)實驗講義

1、實驗一 液體飽和蒸氣壓的測定一 預(yù)習(xí)要求1. 明確蒸氣壓、正常沸點、沸騰溫度的含義；了解動態(tài)法測定蒸氣壓的基本原理。2. 了解真空泵、氣壓計的使用及注意事項。3. 了解如何檢漏及實驗操作時抽氣、放氣的控制。4了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系、克勞修斯-克拉貝龍(Clausius- Clapeyron)方程式的意義。二 實驗?zāi)康?1掌握靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的原理及操作方法。學(xué)會由圖解法求其平均摩爾氣化熱和正常沸點。2了解真空泵、恒溫槽及氣壓計的使用及注意事項。三 實驗原理在一定溫度下， 純液體與其氣相達平衡時蒸汽的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡稱為蒸氣壓。蒸發(fā)1mol液體所吸收的熱量

2、稱為該溫度下液體的摩爾氣化熱。液體的蒸氣壓隨溫度而變化，溫度升高時，蒸氣壓增大；溫度降低時，蒸氣壓降低，這主要與分子的動能有關(guān)。當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時，液體便沸騰，此時的溫度稱為沸點，外壓不同時，液體沸點將相應(yīng)改變，當(dāng)外壓為1atm（101.325kPa）時，液體的沸點稱為該液體的正常沸點。液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系用克勞修斯-克拉貝龍方程式表示： (4-1) vapHm：摩爾汽化熱(J·mol-1)R：氣體常數(shù)(8.314J·mol-1·K-1)若溫度改變的區(qū)間不大，vapHm：可視為為常數(shù)（實際上vapHm與溫度有關(guān)）。積分上式得： (4-2) 或 (4-3

3、)常數(shù)，(4-3)式表明與有線性關(guān)系。作圖可得一直線，斜率為B。因此可得實驗溫度范圍內(nèi)液體的平均摩爾汽化熱H。 (4-4)當(dāng)外壓為101.325kPa(760mmHg)時，液體的蒸汽壓與外壓相等時的溫度稱為液體的正常沸點。在圖上，也可以求出液體的正常沸點。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：1. 靜態(tài)法：將待測液體置于一個封閉體系中，在不同溫度下，直接測定飽和蒸氣壓或在不同外壓下測定液體相應(yīng) 的沸點。靜態(tài)法適用于蒸氣壓較大的液體. 靜態(tài)法測量不同溫度下純液體飽和蒸氣壓，有升溫法和降溫法二種。2動態(tài)法：在不同外部壓力下測定液體的沸點。3飽和氣流法：在液體表面上通過干燥的氣流，調(diào)節(jié)氣流速度，使之能

4、被液體的蒸汽所飽和，然后進行氣體分析，計算液體的蒸汽壓。 本次實驗采用升溫法測定不同溫度下純液體的飽和蒸氣壓，所用儀器是純液體飽和蒸氣壓測定裝置。 四 儀器和藥品液體飽和蒸汽測定儀1套；抽氣泵1臺；玻璃恒溫槽一臺；DP-A（YW）精密數(shù)字氣壓溫度計。蒸餾水。五 實驗步驟1裝置儀器橡膠管與管路接口裝置、玻璃儀器、數(shù)字壓力計等相互連接時，接口與橡膠管一定要插牢，以不漏氣為原則，保證實驗系統(tǒng)的氣密性。無冷阱用橡膠管將冷阱兩端短路連接。將待測液體裝入平衡管，A球約2/3體積，B和C球各1/2體積，然后按圖4-1裝妥各部分。2系統(tǒng)氣密性檢查 （1）緩沖儲氣罐的氣密性檢查： 用橡膠管將進氣閥與壓力泵、裝置

5、1接口與數(shù)字壓力表分別連接，裝置2接口用堵頭封閉。 整體氣密性檢查：a將進氣閥、平衡閥2打開，平衡閥1關(guān)閉（三閥均為順時針關(guān)閉，逆時針開啟）。啟動壓力泵加壓至100Kpa-200Kpa，數(shù)字壓力表的顯示值即為壓力罐中的壓力值。b停止壓力泵工作，關(guān)閉進氣閥，并檢查平衡閥2是否開啟，平衡閥1是否完全關(guān)閉。觀察數(shù)字壓力表，若顯示數(shù)字下降值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（小于0.01Kpa/秒）,說明整體氣密性良好。否則需查找并清除漏氣原因，直至合格。c微調(diào)部分的氣密性檢查：關(guān)閉平衡閥2，用平衡閥1調(diào)整微調(diào)部分的壓力，使之低于壓力罐中壓力的 ，觀察數(shù)字壓力表，其顯示數(shù)字變化值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（小于±0.2Kpa/

6、分），說明氣密性良好。若顯示壓力值上升超過標(biāo)準(zhǔn)， 說明平衡閥2 泄漏；若顯示壓力值下降超過標(biāo)準(zhǔn)，說明平衡閥1泄漏。（2）精密數(shù)字壓力計的氣密性檢查a預(yù)壓及氣密性檢查：繼續(xù)將緩沖儲氣罐裝置2接口用堵頭封閉，用平衡閥 2緩慢加壓至滿量程，觀察數(shù)字壓力表顯示值變化情況，若1分鐘內(nèi)顯示值穩(wěn)定，說明傳感器及壓力計本身無泄漏。確認(rèn)無泄漏后，泄壓至零，并在全量程反復(fù)預(yù)壓23次，方可正式測試。 b采零：泄壓至零，使壓力傳感器與大氣相通，按一下采零鍵，以消除儀表系統(tǒng)的零點漂移，此時LED顯示“0000”。注意：盡管儀表作了精細(xì)的零點補償，但因傳感器本身固有的漂移（如時漂）是無法處理的，因此，每次測試前都必須進行

7、采零操作，以保證所測壓力值的準(zhǔn)確度。 3飽和蒸氣壓的測定儀表采零后連接實驗系統(tǒng)，即將緩沖儲氣罐裝置2接口與實驗系統(tǒng)連接，此時實驗系統(tǒng)的壓力等于大氣壓的值減去儀表顯示值。當(dāng)空氣被排除干凈，且體系溫度恒定后，旋轉(zhuǎn)平衡閥1緩緩放入空氣，直至B、C管中液面平齊，關(guān)閉平衡閥1，記錄溫度與壓力。然后，升高恒溫槽溫度35，當(dāng)待測液體再次沸騰，體系溫度恒定后，旋轉(zhuǎn)平衡閥1放入空氣使B、C管液面再次平齊，記錄溫度和壓力。依次測定，共測6個值。關(guān)機：先將實驗系統(tǒng)泄壓，再關(guān)掉電源開關(guān)(OFF)。六 數(shù)據(jù)記錄及處理1. 自行設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格，正確記錄全套原始數(shù)據(jù)并填入演算結(jié)果。2. 以測得的蒸汽壓對溫度T作圖。3

8、. 由PT曲線均勻讀取10個點，列出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，然后給出對的直線圖，由直線斜率計算出被測液體在實驗溫度范圍內(nèi)的平均摩爾汽化熱。4. 由曲線求得待測液體的正常沸點，并與文獻值比較。七 實驗注意事項 1減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時達不到本實驗要求的真空度。2抽氣速度要合適，必須防止平衡管內(nèi)液體沸騰過劇，致使B管內(nèi)液體快速蒸發(fā)。3實驗過程中，必須充分排除凈AB彎管空間中全部空氣，使B管液面上空只含液體的蒸氣分子。AB管必須放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。4測定中，打開進空氣活塞時，切不可太快，以免空氣倒灌入AB彎管的空間中。如果發(fā)生倒灌，則必須重新排除空氣。5. 使用真空泵時

9、，特別是關(guān)真空泵時，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保證真空泵的出口連通大氣時才能關(guān)真空泵。就本實驗而言，要保證大真空瓶上的三通活塞處于“”狀態(tài)時才能切斷真空泵的電源。6 實驗中調(diào)節(jié)平衡閥1、平衡閥2時，數(shù)字壓力計顯示的壓力值有時有跳動現(xiàn)象屬正常，待壓力值穩(wěn)定后再工作。7平衡閥1和平衡閥2是關(guān)系實驗成敗的主要因素之一，因此不能有泄漏現(xiàn)象。在實驗時，平衡閥1既是放氣開關(guān)，也是壓力微調(diào)開關(guān)，因此實驗時一定要仔細(xì)、緩慢地調(diào)節(jié)。同時，平衡閥2一定要關(guān)緊，以免因該閥泄漏而影響實驗的順利進行和準(zhǔn)確性。八 思考題：1. 由于壓力和溫度的測量都有隨即誤差，試導(dǎo)出DH的誤差傳導(dǎo)公式。2. 測量中

10、為什么要將A-B管中的空氣干凈？如何判斷空氣已經(jīng)趕凈？3正常沸點與沸騰溫度有什么不同？ 4如氣壓計讀數(shù)為bar，壓差計讀數(shù)為mmHg，數(shù)據(jù)如何換算？ 5本實驗方法能否用于測定溶液的蒸氣壓，為什么？實驗二 一級反應(yīng)H2O2的分解一 預(yù)習(xí)要求1掌握量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速度系數(shù)。2熟悉一級反應(yīng)的特點。二 實驗?zāi)康?掌握量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速度系數(shù)。2了解一級反應(yīng)的特點及催化劑的催化作用。三 實驗原理 H2O2在沒有催化劑存在時，分解反應(yīng)進行得很慢，對該反應(yīng)有催化作用的有鉑黑、Cu、KI、MnO2等。本實驗用KI為催化劑。過氧化氫分解反應(yīng)的計量方程為： KI為催化劑時，該反應(yīng)的機理

11、是：第一步 （慢）第二步 （快）由于第一步的反應(yīng)速率比第二步慢的多，所以整個分解反應(yīng)的速率取決于第一步。如果反應(yīng)速率用單位時間內(nèi)H2O2濃度的減少表示，則它與KI和H2O2的濃度成正比： 式中。C表示各物質(zhì)的濃度（mol.dm-3 ），t為反應(yīng)時間（s）， k為反應(yīng)速率系數(shù)，它的大小僅取決與溫度。 在反應(yīng)過程中作為催化劑的KI的濃度保持不變，令k1=k c（KI） ，則： 式中，k1為表觀反應(yīng)速率系數(shù)。此式表明，反應(yīng)速率與H2O2濃度的一次方成正比，故稱為一級反應(yīng)。積分上式得： 在一定溫度與催化劑濃度下，k1 為定值。 在催化劑分解過程在中，t時刻V的濃度可通過測量在相應(yīng)的時間內(nèi)反應(yīng)放出的O2

12、 體積Vt求得。因為分解反應(yīng)中，放出O2 的體積與已分解了的H2O2 濃度成正比，其比例常數(shù)為定值。另V 表示V全部分解所放出的O2體積，則將上面的關(guān)系代入上式，得到 若催化劑分解是一級反應(yīng)，則以 對t作圖得一直線。這種利用動力學(xué)方程的積分式來確定反應(yīng)級數(shù)的方法稱為積分法，從直線的斜率可求出表現(xiàn)反應(yīng)速率系數(shù) k1。V可通過如下幾種方法求?。海?）外推法V以為橫坐標(biāo)對Vt作圖，將直線外推至=0，其截距即為V（2）加熱法在測定若干個Vt的數(shù)據(jù)以后，將H2O2溶液加熱至50-60度（約15分鐘，可認(rèn)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（3）分析法V可由H2O2的初始濃度及體

13、積算出，在酸性溶液中以高猛酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴H2O2定濃度。其計算關(guān)系式為：式中：P氧的分壓，即大氣壓減去實驗溫度下的飽和蒸氣壓； T實驗溫度（K）； R氣體常數(shù)。四 儀器與試劑電磁攪拌器；量氣管；秒表；錐形瓶；鐵架臺。50mL和1mL移液管各一只；3% H2O2、KI固體。五 實驗步驟1.用移液管吸取0.6mLH2O2溶液，50mL蒸餾水于錐形瓶。在托架上放少量KI固體，小心塞緊橡皮塞，注意不要將催化劑從托架上震蕩。2.旋轉(zhuǎn)三通活塞，使系統(tǒng)與外界相通，舉高水準(zhǔn)瓶，使液體充滿氣管。然后旋轉(zhuǎn)三通活塞，使系統(tǒng)與外界隔絕并把水準(zhǔn)瓶放到最底位置，如果量氣管中液面在2分鐘內(nèi)保持不變，即表示系統(tǒng)不漏氣，否則應(yīng)

14、找出系統(tǒng)漏氣的原因，并設(shè)法排除之。讀取量氣管內(nèi)初始?xì)怏w體積V0，注意量氣管讀數(shù)時一定要使水準(zhǔn)瓶和量氣管內(nèi)液面保持同一水平面。3.傾斜錐形瓶使托盤上的KI落到液H2O2體里，低速開啟電磁攪拌器，同時記錄下反應(yīng)起始時間，每隔五分鐘，讀取量氣管讀數(shù)一次，至120分鐘止。六 數(shù)據(jù)記錄與處理記錄反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、催化劑及其濃度）并列表記錄反應(yīng)時間t和量氣管讀數(shù)Vt 的對應(yīng)值。通過計算，以 對t作圖，從所得直線的斜率求表觀反應(yīng)速率系數(shù)k1 。記錄室溫： 氣壓：時間tmin時間 1/t體積 mllg（V-Vt）七 思考題1反應(yīng)中KI起催化作用，它的濃度與實驗測得的表觀反應(yīng)速率系數(shù)的關(guān)系如何？2 實驗中放出

15、氧氣的體積與已分解了的H2O2 溶液濃度成正比，其比例常數(shù)是什么？試計算0.6mL3% 溶液全部分解后放出的氧氣體積（25，101.325kPa，設(shè)氧氣為理想氣體，3% 溶液可視為1.00 ）。3若實驗在開始測定時，已經(jīng)先放掉了一部分氧氣，這樣做對實驗結(jié)果有沒有影響？為什么？實驗三 電動勢的測定一 預(yù)習(xí)要求 明確可逆電池、可逆電極的概念。 了解電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計的使用及注意事項。 掌握對消法原理和測定電池電動勢的線路和操作步驟。 了解不同鹽橋的使用條件。二 實驗?zāi)康?1掌握對消法測定電池電動勢的原理及電位差計的使用方法。 2學(xué)會一些電極的制備和處理方法。 3通過電池和電極電勢的測量，加

16、深理解可逆電池的電動勢及可逆電極電勢的概念。4.測定幾個電池的電動勢 三 實驗原理化學(xué)電池是由兩個“半電池”即正負(fù)電極組成的。在電池反應(yīng)過程中正極上起還原反應(yīng)，負(fù)極上起氧化反應(yīng)，而電池反應(yīng)是這兩個電極反應(yīng)的總和。其電動勢為組成該電池的兩個半電池的電極電位的代數(shù)和。若知道了一個半電池的電極電位，通過測量這個電池電動勢就可算出另外一個半電池的電極電勢。但單電級的電極電勢的絕對值至今也無法從實驗上進行測定。在電化學(xué)中，電極電勢是以一電極為標(biāo)準(zhǔn)而求出其他電極的相對值?，F(xiàn)在國際上采用的標(biāo)準(zhǔn)電極是標(biāo)準(zhǔn)氫電極，即在H+ = 1時，PH2 = 100kPa時被氫氣所飽和的電導(dǎo)電極，它的電極電位規(guī)定為

17、0，然后將其它待測的電極與其組成電池，這樣測得電池的電動勢即為被測電極的電極電勢。由于氫電極使用起來比較麻煩，人們通常把具有穩(wěn)定電位的電極，如甘汞電極，銀-氯化銀電極作為第二級參比電極。 測量電池的電動勢，要在接近熱力學(xué)可逆條件下進行，不能用伏特計直接測量，因為此方法在測量過程中有電流通過伏特計，處于非平衡狀態(tài)，因此測出的是兩電極間的電勢差，達不到測量電動勢的目的，而只有在無電流通過的情況下，電池才處在平衡狀態(tài)。用對消法可達到測量原電池電動勢的目的，原理見圖16-1。 圖中AB為均勻的電阻絲，工作電池Ew與AB構(gòu)成一個通路，在AB線上產(chǎn)生了均勻的電位降。K2接通，待測電池Ex正極與工作電池的正

18、極連接，負(fù)極則經(jīng)過檢流計G接到滑動接頭C上，這樣就等于在電池的外電路上加上一個方向相反的電位差，它的大小由滑動點的位置來決定。移動滑動點的位置就會找到某一點(例如C點)，當(dāng)電鑰閉合時，檢流計中沒有電流通過，此時電池的電動勢恰好和AC線段所代表的電位差在數(shù)值上相等而方向相反。為了求得AC線段的電位差，將K1通K2斷，扳至與標(biāo)準(zhǔn)電池相接，標(biāo)淮電池的電動勢是已知的，而且保持恒定，設(shè)為ES，用同樣方法可以找出另一點D，使檢流計中沒有電流通過，AH線段的電位差就等于ES。因為電位差與電阻線的長度成正比，故待測電池的電動勢為：調(diào)整工作回路中的R，可使電流控制在所要求的大小，使AB上的電位降達到我們所要求的

19、量程范圍。 測電動勢用的儀器稱為電位差計,其主要部件為阻值精確且均勻電阻,(圖9-1中的AB段).電位差計在測量Ex前必須對其讀數(shù)進行校準(zhǔn) 儀器標(biāo)準(zhǔn)化. 標(biāo)準(zhǔn)化過程需要標(biāo)準(zhǔn)電池, 常用的是韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池，其特點是電動勢穩(wěn)定, 隨溫度變化關(guān)系式為:           E = 1.01864.06×105(t 20)9.5×107 (t20)2 t /為韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池的溫度。儀器的標(biāo)準(zhǔn)化是調(diào)節(jié)電流,或者說是校正儀器讀數(shù).電池的書寫習(xí)慣是左邊為負(fù)極，

20、右邊為正級。本實驗測定以下電池的電池電動勢：（1） ZnZnSO4 ( b = 0.1mol·kg1) CuSO4( b = 0.1mol·kg1)Cu（2） ZnZnSO4 ( b = 0.1mol·kg1) KCl(飽和) Hg2Cl2 (s)Hg（l）（3） Hg（l） Hg2Cl2 (s)| KCl (飽和) CuSO4( b = 0.1mol·kg1)Cu（4） Hg（l） Hg2Cl2 (s)| KCl (飽和) H+ （HAC和NaAC緩沖溶液）, 醌氫醌Pt（5） Hg（l） Hg2Cl2 (s)|

21、 KCl (飽和) H+ （未知濃度）, 醌氫醌Pt四 儀器藥品 UJ25型電位差計； 光電反射式檢流計； 韋斯登標(biāo)準(zhǔn)電池一個；飽和甘汞電極 ， 電導(dǎo)電極， 銅電極， 鋅電極各一支；金相砂紙； U形玻璃管； 100mL廣口瓶4個0.1mol·kg1 CuSO4溶液 ； 0.1mol·kg1 ZnSO4溶液；0.2mol·kg1 HAC溶液；0.2mol·kg1NaAC溶液；未知濃度的酸溶液；KCl； 瓊脂。五 實驗步驟1制作鹽橋：取瓊脂3g，飽和KCl 100mL 加熱至完全溶解，趁熱將此溶液裝入U形玻璃管中，靜置固化后即可使用.2處

22、理Cu，Zn電極： 先用金相砂紙除去電極表面的氧化物，用蒸餾水沖洗檫干，用丙酮浸泡數(shù)分鐘；然后Zn電極用稀H2SO4短時浸泡；Cu電極用稀6NHNO3短時浸泡；最后用蒸餾水沖洗，并用紙吸干備用。3儀器標(biāo)準(zhǔn)化：按圖9-2 連接線路。線接好后，接通檢流計的電源( 220V ), 將檢流計面板右上方的倒向開關(guān)倒向220V一邊,左邊的分流器由“短路”旋至“×0.1”檔，（精確測定可調(diào)到“×1”檔）然后用右下方的旋鈕調(diào)節(jié)檢流計的機械零點，使檢流計光標(biāo)的中央黑線對準(zhǔn)檢流計刻度“”。計算室溫下的標(biāo)準(zhǔn)電池電動勢Es，調(diào)節(jié)UJ25型電位差計面板上的旋鈕C1，C2，使其示值與Es相同。(1.0

23、18在儀器中已確定,利用旋鈕C1調(diào)節(jié)小數(shù)后第四位，C2調(diào)節(jié)小數(shù)后第五位)。將旋鈕A旋至N,(原理圖中K1接通，將標(biāo)準(zhǔn)電池接入線路), 將旋鈕R1 R4調(diào)至“”(原理圖中的可變電阻R )； 輕按一下 左下角的“粗”鍵, 觀察檢流計光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)方向, 按“短路”電鍵可使檢流計光標(biāo)搖擺幅度減小，光標(biāo)停穩(wěn)后進行下一步調(diào)節(jié)；逐步調(diào)大旋鈕R1 (粗)每調(diào)節(jié)一次, 輕按一下 左下角的“粗”鍵, 直至檢流計光標(biāo)反向偏轉(zhuǎn), 此時將旋鈕R1調(diào)小一檔, 再重復(fù)以上操作依次調(diào)節(jié)R2 R4 (中,細(xì),微), 檢流計光標(biāo)偏轉(zhuǎn)很小時,開始按“細(xì)”鍵, 直至檢流計光標(biāo)偏轉(zhuǎn)極小(幾乎不偏轉(zhuǎn))為止. 此時儀器已標(biāo)準(zhǔn)化, 下一步測量

24、待測電池電動勢Ex時, R1 R4不能再動.4 測量待測電池電動勢:取100mL廣口瓶2個,分別裝入半杯0.1mol·kg1CuSO4 和0.1mol·kg1 ZnSO4 ,分別插入Cu電極和Zn電極,中間架以鹽橋, 即構(gòu)成銅鋅電池.將旋鈕A旋至X1 (原理圖中K2接通，電池接在“未知1”上)或X2 , 將旋鈕B1 B6調(diào)至“”(原理圖中的精密電阻AB ); 輕按一下 左下角的“粗”鍵, 觀察檢流計光標(biāo)的偏轉(zhuǎn)方向, 逐步調(diào)大旋鈕B1 每調(diào)節(jié)一次,輕按一下 左下角的“粗”鍵, 直至檢流計光標(biāo)反向偏轉(zhuǎn),此時將旋鈕B1調(diào)小一檔,再重復(fù)以上操作依次調(diào)節(jié)B2 B6 ,檢流計

25、光標(biāo)偏轉(zhuǎn)很小時,開始按“細(xì)”鍵,直至檢流計光標(biāo)偏轉(zhuǎn)極小(幾乎不偏轉(zhuǎn))為止.記下旋鈕B1 B6上的讀數(shù),即為Ex;再重復(fù)兩次,注意:每次讀數(shù)前應(yīng)進行儀器標(biāo)準(zhǔn)化(可能只需調(diào)節(jié)R3 ,R4 )。更換電極重復(fù)以上操作測量其它電池的電動勢。5 實驗完畢拆除線路和檢流計電源； 將飽和甘汞電極放回飽和KCl溶液中保存；其它試劑倒入廢液桶中, 清洗電極和燒杯, 整理儀器及桌面。注意：檢流計關(guān)機后應(yīng)處于“短路”狀態(tài)，(將分流器開關(guān)置于“短路”檔)六 實驗注意事項 1 連接線路時，切勿將標(biāo)準(zhǔn)電池、工作電源、待測電池的正負(fù)極接錯。 2 實驗前，應(yīng)先根據(jù)附錄中的公式計算出實驗溫度下標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢。 3 應(yīng)先將半電池

26、管中的溶液先恒溫后，再測定電動勢。 4 使用檢流計時，按按鈕的時間要短，以防止過多的電量通過標(biāo)準(zhǔn)電池或被測電池，造成嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，破壞被測電池的可逆狀態(tài)。 七 數(shù)據(jù)記錄及處理電  池 E實測,1 / V E實測,2/ V E平均/ V理論值/V（1）   （2）   （3）   （4）（5）電  池 pH理論值pH實測值 （4）  （5） 1 計算各電極的電極電勢E(電極) 鋅電極 銅電極式中：bO= 1 mol kg-1 ， 數(shù)據(jù)見下表。 甘汞電極E(

27、飽和甘汞) (0.24107.6×104 (t /25) V 醌氫醌電極醌氫醌是等分子比的醌（C6H4O2，以Q表示）和氫醌（C6H4（OH）2，以H2Q表示）的復(fù)合物，它在水中按下式分解：氫醌是弱有機酸，按下式解離，離解度很小。醌氫醌電極的電極反應(yīng)為 其電極電勢為：緩沖溶液pH的計算由于HAc濃度較小且處于分子狀態(tài)，故可以認(rèn)為它的活度系數(shù)（HAC）為1，（AC-）可取NaAC的平均活度系數(shù)。有關(guān)電解質(zhì)的平均活度系數(shù)：電解質(zhì)溶液0.1mol·kg1 CuSO4溶液0.1mol·kg1 ZnSO4溶液0.1mol·kg1 Na

28、Ac溶液0.160.150.792.計算各電池的電動勢: E （E+ ）（E）3.計算實驗數(shù)據(jù)的相對誤差。八 思考題1對消法測電動勢的基本原理是什么?為什么用伏特表不能準(zhǔn)確測定電池電動勢?2電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電池、檢流計及工作電池各有什么作用?3如何維護和使用標(biāo)準(zhǔn)電池及檢流計?4參比電極應(yīng)具備什么條件?它有什么作用?5鹽橋有什么作用?應(yīng)選擇什么樣的電解質(zhì)作鹽橋?6如果電池的極性接反了，會有什么結(jié)果?工作電池、標(biāo)準(zhǔn)電池和未知電池中任一個沒有接通會有什么結(jié)果?實驗四 最大氣泡法測定液體表面張力一 預(yù)習(xí)要求 1掌握最大氣泡法 測定表面張力的原理，了解影響表面張力測定的因素。 2了解如何由表面張力的實驗數(shù)

29、據(jù)求分子的截面積。 3掌握如何由實驗數(shù)據(jù)計算吸附量。二 實驗?zāi)康?1掌握最大氣泡法測定表面張力的原理和技術(shù)。2通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由能和表面吸附量關(guān)系的理解。三 實驗原理 在液體的內(nèi)部任何分子周圍的吸引力是平衡的。可是在液體表面層的分子卻不相同。因為表面層的分子，一方面受到液體內(nèi)層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體表面層中，每個分子都受到垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力（如圖13l所示）。這種吸引力使表面上的分子向內(nèi)擠促成液體的最小面積。要使液體的表面積增大就必須要反抗分子的內(nèi)向力而作功增加分子的

30、位能。所以說分子在表面層比在液體內(nèi)部有較大的位能，這位能就是表 面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的變化值G稱為單位表面的表面能其單位為Jm-3。而把液體限制其表面及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為表面張力，其單位是Nm-1。液體單位表面的表面能和它的表面張力在數(shù)值上是相等的。欲使液體表面積增加S時，所消耗的可逆功A為：-A =G =S 液體的表面張力與溫度有關(guān)，溫度愈高，表面張力愈小。到達臨界溫度時，液體與氣體不分，表面張力趨近于零。液體的表面張力也與液體的純度有關(guān)。在純凈的液體（溶劑）中如果摻進雜質(zhì)（溶質(zhì)），表面張力就要發(fā)生變化，其變

31、化的大小決定于溶質(zhì)的本性和加入量的多少。當(dāng)加入溶質(zhì)后，溶劑的表面張力要發(fā)生變化。把溶質(zhì)在表面層中與本體溶液中濃度不同的現(xiàn)象稱為溶液的表面吸附。使表面張力降低的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。用吉布斯公式(Gibbs)表示：式中： 為表面吸附量(mol.m-2)，為表面張力（J.m-2）。 表示在一定溫度下表面張力隨濃度的改變率。圖13-2最大氣泡法表面張力測定裝置1、恒溫套管。2、  毛細(xì)管（r在0.150.2mm）3、U型壓力計（內(nèi)裝水） 4、  分液漏斗。5、  吸濾瓶。6、 連接橡皮管。由此，測定溶液的濃度和表面張力，可以求得不同濃度下溶液的表面吸附量。如圖13-2是

32、最大氣泡法測定表面張力的裝置示意。待測液體置于支管試管中，使毛細(xì)管端面與液面相切，液面隨毛細(xì)管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。此時，由于毛細(xì)管液面所受壓力大于支管試管液面所受壓力，毛細(xì)管液面不斷下降，將從毛細(xì)管緩慢析出氣泡。在氣泡形成的過程中，由于表面張力的作用，凹液面產(chǎn)生一個指向液面外的附加壓力P，因此有以下關(guān)系：P大氣 = P系統(tǒng) +P 附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。 若毛細(xì)管管徑較小，則形成的氣泡可視為球形。氣泡剛形成時，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑R極大；當(dāng)氣泡形成半球形時，曲率半徑R等于毛細(xì)管半徑r，此時R值最小。隨著氣泡的進一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。

33、R=r時，附加壓力最大：最大附加壓力由數(shù)字微壓差計或U型管壓差計讀出。用數(shù)字微壓差可以直接讀出壓差的值（Pa），體系的導(dǎo)氣管接數(shù)字微壓差計的負(fù)壓口（L），正壓口（H）與大氣相通。若用U型管壓差計，壓差則以hm表示。下式中，為工作介質(zhì)密度，g為重力加速度，則： Pm =hmg = rhmg 在實驗中，使用同一支毛細(xì)管和壓差計， rg為常數(shù)（儀器常數(shù)），用K表示，即： =K hm。 用已知表面張力的液體作為標(biāo)準(zhǔn)，可以測得儀器常數(shù)K，也可以測定其它求知液體的表面張力。 吸附量與濃度之間的關(guān)系可以用Langmuir等溫吸附方程式表示： (13-4) 為飽和吸附量,k為經(jīng)驗常數(shù)。將上式整理得： (13-

34、5) 以c/對c 作圖可得到一條直線，其斜率的倒數(shù)為。 如果以N代表1平方米表面層的分子數(shù)，則 (13-6) 式中NA為Avogadro常數(shù)，則每個分子的截面積A為: （13-7）四 儀器和試劑 恒溫槽裝置； DPAW精密數(shù)字壓力計（或U型管壓差計）滴液漏斗（250rnL）l個； 支管試管（25×20cm）毛細(xì)管（0.20.3mm）1支； 燒杯（250mL）T形管1個； 重蒸餾水乙醇（A.R.）；五 實驗步驟 1儀器常數(shù)的測定：（1）仔細(xì)洗凈支管試管與毛細(xì)管，連接裝置。（2）加入適量的重蒸餾水于支管試管中，毛細(xì)管端面與液面相切。恒溫（250C）20分鐘。（3）打開滴液漏斗緩慢抽氣，使

35、氣泡從毛細(xì)管緩慢逸出，調(diào)節(jié)逸出氣泡每分鐘20個左右。讀出壓差計最大高度差，讀3次，取平均值。2待測樣品表面張力的測定：配制七種乙醇水溶液，配法是：分別取無水乙醇2.5 mL、5.0mL、7.5mL、10.0mL、12.5mL、15.0mL、17.5mL加純凈水稀釋至50mL.，其濃度由學(xué)生代公式計算。計算公式為：（乙醇的單位以g/cm3,V（cm-3）乙醇直接以2.5、5.0、7.5、等數(shù)字代入），也可使用阿貝折光儀測出折射率，再查表，間接得出濃度。3用待測溶液洗凈支管試管和毛細(xì)管后，方法同1，裝入待測樣品，測定氣泡緩慢逸出時的最大壓差。六 數(shù)據(jù)記錄與處理 1計算儀器常數(shù)并計算溶液的表面張力。 2以濃度C為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)作圖，橫坐標(biāo)從0開始，連成光滑曲線。3在曲線上取若干（0.0