材料物化實(shí)驗(yàn)講義-第一學(xué)期

1、材料物化實(shí)驗(yàn)講義（上）深圳大學(xué)材料學(xué)院 目 錄實(shí)驗(yàn)室安全須知 3化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中常見的“錯(cuò)”與“對(duì)” 4化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器的使用方法及注意事項(xiàng) 6實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要求 9實(shí)驗(yàn)六 電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度 10實(shí)驗(yàn)一 凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量 13實(shí)驗(yàn)二 純液體飽和蒸氣壓的測量 17實(shí)驗(yàn)三 燃燒熱的測定 21實(shí)驗(yàn)四 分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定 26實(shí)驗(yàn)五 恒溫槽裝配和性能測試 30實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表達(dá)及復(fù)雜儀器原理與使用方法（參見復(fù)旦大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)第三版相關(guān)內(nèi)容） 34化學(xué)實(shí)驗(yàn)室意外事故處理 36實(shí)驗(yàn)室安全須知1、學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行操作。使用酒精燈、電爐等，

2、要注意防火，避免燙傷燒傷；使用玻璃儀器注意輕拿輕放，以免造成割傷或損壞；使用用電設(shè)備、儀器要注意避免濺入水滴，以免引起短路起火或電擊事故。 2、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿都有強(qiáng)烈腐蝕作用，取用要十分小心。對(duì)于能產(chǎn)生有毒氣體的實(shí)驗(yàn)操作，必須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。任何藥品都絕對(duì)禁止用口償，也不能直接對(duì)著瓶口聞氣味。 3、實(shí)驗(yàn)剩余的劇毒、易燃、易爆等危險(xiǎn)品，要及時(shí)送交實(shí)驗(yàn)室管理員妥善保管。對(duì)于有毒廢液，應(yīng)集中處置。 4、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)禁吸煙、嚴(yán)禁就餐。 5、實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，學(xué)生一律不允許滯留在實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)禁學(xué)生將實(shí)驗(yàn)室儀器、藥品帶出實(shí)驗(yàn)室。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，值日的學(xué)生必須關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室的電源、水源、氣源和門窗等，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查同意后方

3、可離開實(shí)驗(yàn)室。化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中常見的“錯(cuò)”與“對(duì)”一、藥品的取用出錯(cuò)點(diǎn)：A.取粉末狀藥品，由于藥匙大，加藥品時(shí)不能深入容器內(nèi)致使灑落或粘附容器內(nèi)壁，而不知用V形紙槽代替藥匙送藥品入容器內(nèi)。B.傾倒液體藥品時(shí),試劑瓶口沒緊挨接受器口致使藥品外流；標(biāo)簽沒向著手心，造成標(biāo)簽被腐蝕。正確方法：A.取用粉末狀或細(xì)粒狀固體，通常用藥匙或紙槽。操作時(shí)，做到“一送二豎三彈”（即藥品平送入試管底部，試管豎直起來，手指輕彈藥匙柄或紙槽），使藥品全部落入試管底。B.取用塊狀或大顆粒狀固體常用鑷子，操作要領(lǐng)是“一橫二放三慢豎”。即向試管里加塊狀藥品時(shí)，應(yīng)先把試管橫放，把藥品放入試管口后，再把試管慢慢地豎起來，使藥品沿著

4、管壁緩緩滑到試管底部。C.使用細(xì)口瓶傾倒液體藥品，操作要領(lǐng)是“一放二向三挨四流”。即先拿下試劑瓶塞倒放在桌面上，然后拿起瓶子，瓶上標(biāo)簽向著手心，瓶口緊挨著試管口，讓液體沿試管內(nèi)壁慢慢流入試管底部。二、膠頭滴管的作用出錯(cuò)點(diǎn)：A.中指與無名指沒夾住橡皮膠頭和玻璃管的連接處；B.將滴管尖嘴伸入接受器口內(nèi)；C.吸完液體后，將滴管尖嘴朝上。正確方法：夾持時(shí)，用無名指和中指夾持在橡皮膠頭和玻璃管的連接處，不能用拇指和食指（或中指）夾持，這樣可防止膠頭脫落。吸液時(shí)，先用大拇指和食指擠壓橡皮膠頭，趕走滴管中的空氣后，再將玻璃尖嘴伸入試劑液中，放開拇指和食指，液體試劑便被吸入，然后將滴管提起。禁止在試劑內(nèi)擠壓膠

5、頭，以免試劑被空氣污染而含雜質(zhì)。吸完液體后，膠頭必須向上，不能平放，更不能使玻璃尖嘴的開口向上，以免膠頭被腐蝕；也不能把吸完液體后的滴管放在實(shí)驗(yàn)桌上，以免腐蝕桌面。三、托盤天平的使用出錯(cuò)點(diǎn)：A.直接用手撥游碼；B.托盤上不放或少放紙片；C.藥品放錯(cuò)托盤；D.在托盤上放多了藥品，取出又放回原瓶；E.稱量完畢忘記把游碼撥回零點(diǎn)。正確方法：正確操作要領(lǐng)是“托盤天平稱量前，先把游碼撥零點(diǎn)，觀察天平是否平，不平應(yīng)把螺母旋；相同紙片放兩邊，潮、腐藥品皿盛放，左放稱物右放碼，鑷子先夾質(zhì)量大，最后游碼來替補(bǔ)；稱量完畢作記錄，砝碼回盒游碼零，希望大家要記住?！笔褂脮r(shí)還應(yīng)注意：A.移動(dòng)游碼時(shí)要左手扶住標(biāo)尺左端，右

6、手用鑷子輕輕撥動(dòng)游碼；B.若稱取一定質(zhì)量的固體粉末時(shí),右盤中放入一定質(zhì)量的砝碼,不足用游碼補(bǔ)充。質(zhì)量確定好后,在左盤中放入固體物質(zhì),往往在接近平衡時(shí)加入藥品的量難以掌握,這時(shí)應(yīng)用右手握持盛有藥品的藥匙,用左手掌輕碰右手手腕,使少量固體濺落在左盤里逐漸達(dá)到平衡。若不慎在托盤中放多了藥品，取出后不要放回原瓶，要放在指定的容器中。四、量筒的使用出錯(cuò)點(diǎn)：A.手拿著量筒讀數(shù)；B.讀數(shù)時(shí)有的俯視，有的仰視；C.有的不能依據(jù)需量取液體體積選擇合適量程的量筒;D.液體加多了，又用滴管向外吸。正確方法：使用量筒時(shí)應(yīng)根據(jù)需量取的液體體積，選用能一次量取即可的最小規(guī)格的量筒。操作要領(lǐng)是“量液體，筒平穩(wěn)；口挨口，免外

7、流；改滴加，至刻度；讀數(shù)時(shí)，視線與液面最低處保持水平”。若不慎加入液體的量超過刻度，應(yīng)手持量筒倒出少量于指定容器中，再用滴管滴至刻度處。五、儀器的連接出錯(cuò)點(diǎn)：A.把玻璃管使勁往橡皮塞或膠皮管中按；B.拆的時(shí)候使勁拉；C.手握彎管處使勁用力將管折斷，手被刺破。正確方法：“左手持口大，右手持插入，先潤濕，稍用力轉(zhuǎn)動(dòng)插入就可以?！奔醋笫殖挚诖蟮膬x器，右手握在靠近待插入儀器的那部分，先將其潤濕，然后稍稍用力轉(zhuǎn)動(dòng)，使其插入。將橡皮塞塞進(jìn)試管口時(shí)，應(yīng)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)塞子使其塞緊。塞子大小以塞進(jìn)管口的部分為塞子的1/3為合適。拆時(shí)應(yīng)按與安裝時(shí)的相反方向稍用力轉(zhuǎn)動(dòng)撥出。六、裝置氣密性的檢查出錯(cuò)點(diǎn)：A.操作順序顛倒（先

8、握試管壁，后把試管浸入水中）；B.裝置漏氣或?qū)Ч芸诓幻皻馀?，不知從何處入手查找原因。正確方法：導(dǎo)管一端先放入水中，然后用手貼住容器加溫，由于容器里的空氣受熱膨脹，導(dǎo)管口就有氣泡逸出，把手松開降溫一會(huì)兒，水就沿導(dǎo)管上升，形成一段水柱。這表明裝置的氣密性良好。觀察導(dǎo)管口不冒氣泡，情況有二：一是用手握持容器時(shí)間過長，氣體熱脹到一定程度后不再膨脹，并不是漏氣所致。應(yīng)把橡皮塞取下，將試管稍冷卻一下重新檢驗(yàn)。二是裝置漏氣。先從裝置連接處查找原因，然后考慮連接順序是否正確?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器的使用方法及注意事項(xiàng)39一、容器與反應(yīng)器1、可直接加熱（1）試管主要用途：常溫或加熱條件下，用作少量試劑的反應(yīng)容器。收集

9、少量氣體和氣體的驗(yàn)純。盛放少量藥品。使用方法及注意事項(xiàng)：可直接加熱，用試管夾夾住距試管口1/3處。試管的規(guī)格有大有小。不加熱時(shí)，試管內(nèi)盛放的液體不超過容積的1/2，加熱時(shí)不超過1/3。加熱前外壁應(yīng)無水滴；加熱后不能驟冷，以防止試管破裂。加熱時(shí)，試管口不應(yīng)對(duì)著任何人。給固體加熱時(shí)，試管要橫放，管口略向下傾斜。不能用試管加熱熔融NaOH等強(qiáng)堿性物質(zhì)。（2）蒸發(fā)皿主要用途：溶液的蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶。干燥固體物質(zhì)。使用方法及注意事項(xiàng)：盛液量不超過容積的2/3?？芍苯蛹訜?，受熱后不能驟冷。應(yīng)使用坩堝鉗取放蒸發(fā)皿。（3）坩堝主要用途：用于固體物質(zhì)的高溫灼燒。使用方法及注意事項(xiàng)：把坩堝放在三腳架上的泥三角上直

10、接加熱。取放坩堝時(shí)應(yīng)用坩堝鉗。加熱后可放在干燥器中或石棉網(wǎng)上冷卻。應(yīng)根據(jù)加熱物質(zhì)的性質(zhì)不同，選用不同材料的坩堝。2、墊石棉網(wǎng)可加熱（1）燒杯主要用途：用作固體物質(zhì)溶解、液體稀釋的容器。用作較大量試劑發(fā)生反應(yīng)的容器。用于過濾、滲析、噴泉等實(shí)驗(yàn)，用于氣密性檢驗(yàn)、尾氣吸收裝置、水浴加熱等。冷的干燥的燒杯可用來檢驗(yàn)氣體燃燒有無水生成；涂有澄清石灰水的燒杯可用來檢驗(yàn)CO2氣體。使用方法及注意事項(xiàng)：常用規(guī)格有50mL、100mL、250mL等，但不用燒杯量取液體。應(yīng)放在石棉網(wǎng)上加熱，使其受熱均勻；加熱時(shí)，燒杯外壁應(yīng)無水滴。盛液體加熱時(shí)，不要超過燒杯容積的2/3，一般以燒杯容積的1/2為宜。溶解或稀釋過程中

11、，用玻璃棒攪拌時(shí)，不要觸及杯底或杯壁。（2）燒瓶主要用途：可用作試劑量較大而有液體參加的反應(yīng)容器，常用于各種氣體的發(fā)生裝置中。蒸餾燒瓶用于分離互溶的、沸點(diǎn)相差較大的液體。圓底燒瓶還可用于噴泉實(shí)驗(yàn)。使用方法及注意事項(xiàng)：應(yīng)放在石棉網(wǎng)上加熱，使其受熱均勻；加熱時(shí)，燒瓶外壁應(yīng)無水滴。平底燒瓶不能長時(shí)間用來加熱。不加熱時(shí)，若用平底燒瓶作反應(yīng)容器，無需用鐵架臺(tái)固定。（3）錐形瓶主要用途：可用作中和滴定的反應(yīng)器。代替試管、燒瓶等作氣體發(fā)生的反應(yīng)器。在蒸餾實(shí)驗(yàn)中，用作液體接受器，接受餾分。使用方法及注意事項(xiàng)：滴定時(shí)，只振蕩不攪拌。加熱時(shí)，需墊石棉網(wǎng)。3、不能加熱（1）集氣瓶（瓶口邊緣磨砂）主要用途：與毛玻璃片

12、配合，可用于收集和暫時(shí)存放氣體。用作物質(zhì)與氣體間反應(yīng)的反應(yīng)容器。使用方法及注意事項(xiàng)：不能加熱。將瓶口與毛玻璃片涂抹一層薄凡士林，以利氣密。進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)需要在瓶底放少量水或細(xì)沙。（2）廣口瓶、細(xì)口瓶（瓶頸內(nèi)側(cè)磨砂）主要用途：廣口瓶用于存放固體藥品，也可用來裝配氣體發(fā)生器（不需要加熱）。細(xì)口瓶用于存放液體藥品。使用方法及注意事項(xiàng)：一般不能加熱。酸性藥品、具有氧化性的藥品、有機(jī)溶劑，要用玻璃塞；堿性試劑要用橡膠塞。對(duì)見光易變質(zhì)的要用棕色瓶。（3）滴瓶主要用途：用于存放少量液體，其特點(diǎn)是使用方便。使用方法及注意事項(xiàng)：滴管不能平放或倒立，以防液體流入膠頭。盛堿性溶液時(shí)改用軟木塞或橡膠塞。不能長期

13、存放堿性試劑。（4）啟普發(fā)生器主要用途：固液不加熱制氣體反應(yīng)的反應(yīng)器。使用方法及注意事項(xiàng)：不可加熱，也不能用于劇烈放熱的反應(yīng)。二、計(jì)量儀器1、粗量儀器（1）燒杯或錐形瓶一般不用于量取體積，精度太低。（2）量筒主要用途：粗略量取液體的體積（其精度可達(dá)到0.1mL）。通過量取液體的體積測量固體、氣體的體積。使用方法及注意事項(xiàng)：有10mL、25mL、50mL、100mL、200mL、500mL等規(guī)格的，量筒規(guī)格越大，精確度越低。量筒無零刻度。量液時(shí)，量筒必須放平，視線要跟量筒內(nèi)液體的凹液面的最低處保持水平。2、精密量度儀器（1）滴定管主要用途：準(zhǔn)確量取一定體積的液體（可精確到0.01mL）。中和滴定

14、時(shí)計(jì)量溶液的體積。使用方法及注意事項(xiàng)：酸式滴定管不能盛放堿性試劑；堿式滴定管不能盛放酸性試劑、具有氧化性的試劑、有機(jī)溶劑等。使用前要檢驗(yàn)是否漏水。（2）容量瓶主要用途：配制一定體積濃度準(zhǔn)確的溶液（如物質(zhì)的量濃度溶液）。使用方法及注意事項(xiàng)：頸部有一環(huán)形標(biāo)線，瓶上標(biāo)有溫度和容器，常用規(guī)格有50mL、100mL、250mL、500mL等。使用前要檢驗(yàn)是否漏水。不用來量取液體的體積。3、計(jì)量器（1）托盤天平主要用途：用于粗略稱量物質(zhì)的質(zhì)量，其精確度可達(dá)到0.1g。使用方法及注意事項(xiàng)：稱量前調(diào)“0”點(diǎn)：游碼移零，調(diào)節(jié)天平平衡。稱量時(shí)，兩盤墊紙，左物右碼。易潮解、有腐蝕性的藥品必須放在玻璃器皿里稱量。稱量

15、后：砝碼回盒，游碼回零。（2）溫度計(jì)主要用途：用于測量液體或蒸氣的溫度。使用方法及注意事項(xiàng)：應(yīng)根據(jù)測量溫度的高低選擇適合測量范圍的溫度計(jì)，嚴(yán)禁超量程使用。測量液體的溫度時(shí)，溫度計(jì)的液泡要懸在液體中，不能觸及容器的底部或器壁。蒸餾實(shí)驗(yàn)中，溫度計(jì)的液泡在蒸餾燒瓶支管口略下部位。不能將溫度計(jì)當(dāng)攪拌棒使用。三、干燥儀器1、干燥管主要用途：內(nèi)裝固體干燥劑，用于氣體的干燥或接入容器，防止物質(zhì)吸收水汽或CO2等。使用方法及注意事項(xiàng)：球體和細(xì)管處一般要墊小棉花球或玻璃絨，以防止細(xì)孔被堵塞氣體從口徑大的一端進(jìn)入，從口徑小的一端流出用干燥管之前，務(wù)必檢查一下干燥管是否是通的。2、干燥器主要用途：用于存放干燥的物質(zhì)

16、，或使潮濕的物質(zhì)干燥。使用方法及注意事項(xiàng)：很熱的物體稍冷后放入。開閉器蓋時(shí)要水平推動(dòng)。不能使用液體干燥劑（如濃硫酸），一般用無水氯化鈣或硅膠等。四、其他常用化學(xué)儀器1、酒精燈主要用途：化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的常用熱源。使用方法及注意事項(xiàng)：盛酒精的量不得超過容積的3/4，也不得少于容積的1/4。絕對(duì)禁止向燃著的酒精燈中添加酒精，以免失火。熄滅時(shí)用燈帽蓋滅，不能用嘴吹滅。需要獲得更高的溫度，可使用酒精噴燈。2、洗氣瓶主要用途：用以洗滌氣體，除去其中的水分或其他氣體雜質(zhì)。使用方法及注意事項(xiàng)：使用時(shí)要注意氣體的流向，一般為“長進(jìn)短出”。瓶內(nèi)加入的液體試劑量以容積的1/3為宜，不得超過1/2。3、漏斗主要用途：（

17、1）普通漏斗向小口容器中注入液體。用于過濾裝置中。用于防倒吸裝置中。（2）長頸漏斗向反應(yīng)器中注入液體。組裝氣體發(fā)生裝置。（3）分液漏斗分離互不相溶的液體。向反應(yīng)器中滴加液體。組裝氣體發(fā)生裝置。使用方法及注意事項(xiàng)：不能用火直接加熱。長頸漏斗下端應(yīng)插入液面以下。分液漏斗使用前需檢驗(yàn)是否漏水。4、玻璃棒主要用途：常用于攪拌、引流，在溶解、稀釋、過濾、蒸發(fā)、物質(zhì)的量濃度溶液配制等實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛。使用方法及注意事項(xiàng)：攪拌時(shí)避免與器壁接觸。實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要求寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基本訓(xùn)練，它使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，作圖、誤差分析、邏輯思維等方面都得到訓(xùn)練和提高，為今后寫科學(xué)論文打下良好基礎(chǔ)。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)

18、告采用我校教務(wù)處統(tǒng)一格式，一般應(yīng)包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)原理，儀器及試劑，實(shí)驗(yàn)操作步驟，數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理過程，結(jié)果和討論，思考題等項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膽?yīng)簡單明了，說明實(shí)驗(yàn)方法及研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)在弄懂的基礎(chǔ)上，用自己的語言表述出來，而不要簡單抄書。儀器裝置用簡圖表示，并注明各部分名稱。數(shù)據(jù)處理中應(yīng)寫出計(jì)算公式，并注明公式所用的已知常數(shù)的數(shù)值，注意各數(shù)值所用的單位。作圖時(shí)注意圖中任何點(diǎn)、線都應(yīng)有明確的意義；作圖最好使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，但數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合應(yīng)由實(shí)驗(yàn)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行擬合。討論的內(nèi)容可包括對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和解釋，以及關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理、操作、儀器設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)誤差等問題的討論，或?qū)嶒?yàn)成功與否的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié)。書寫實(shí)

19、驗(yàn)報(bào)告時(shí)，要求開動(dòng)腦筋、鉆研問題、耐心計(jì)算、仔細(xì)寫作。通過寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，達(dá)到加深理解實(shí)驗(yàn)原理，提高寫作能力和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的目的。實(shí)驗(yàn)六 電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定表面活性劑臨界膠束濃度CMC，并加深對(duì)表面活性劑性質(zhì)的理解。2、了解測量CMC的各種實(shí)驗(yàn)方法。3、了解表面活性劑的特性及其膠束形成的原理。二、基本原理在表面活性劑的臨界膠束濃度范圍內(nèi)，溶液結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致了物理及化學(xué)性質(zhì)的明顯變化，如表面張力、電導(dǎo)、摩爾電導(dǎo)、滲透壓、去污能力等等。該現(xiàn)象即是測定CMC的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，是表面活性劑的一個(gè)重要特征。1、對(duì)于一般電解質(zhì)溶液，其導(dǎo)電能力由電導(dǎo)率L，即電阻的例數(shù)(

20、1/R)來衡量。若所用電導(dǎo)管電極面積為a，電極間距為l， 用此管測定電解質(zhì)溶液電導(dǎo)，則(1)式中：是a1m：、l1m時(shí)的電導(dǎo)，稱作比電導(dǎo)或電導(dǎo)率，其單位為m；l/a稱作電導(dǎo)管常數(shù)。電導(dǎo)率k和摩爾電導(dǎo)m由下列關(guān)系(2)m為1mol電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力，為電解質(zhì)溶液的摩爾濃度。m隨電解質(zhì)濃度而變，對(duì)強(qiáng)電解質(zhì)的稀溶液(3)為濃度無限稀時(shí)的摩爾電導(dǎo)，A為常數(shù)。2、表面活性劑是由具有明顯“兩親”性質(zhì)的分子所組成，即含有親油的足夠長的(大于10-12個(gè)碳原子)烴基,又含有親水的極性基團(tuán)(通常是離子化的)。由這一類分子組成的物質(zhì)稱為表面活性劑,如肥皂和各種合成洗滌劑等,表面活性劑分子都是由極性部分和非極性部

21、分組成的。根據(jù)離子類型可以分為陽離子表面活性劑，主要是胺鹽，如十二烷基二甲基叔胺和十二烷基二甲基氯化胺；陰離子表面活性劑，如羧酸鹽(肥皂)，烷基硫酸鹽(十二烷基硫酸鈉)，烷基磺酸鹽(十二烷基苯磺酸鈉)等;和非離子表面活性劑，如聚氧乙烯類等三大類。表面活性劑溶于水后，在低濃度下呈分子狀態(tài)，親油基團(tuán)相互聚攏分散在水中鈴鐺濃度增加到一定程度時(shí)，溶解的分子會(huì)形成較大的集團(tuán)，形成比較穩(wěn)定的“膠束”。形成膠束所需的最低濃度，我們稱之為臨界膠束濃度（CMC）。表面活性劑進(jìn)入水中，在低濃度時(shí)呈分子狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油基團(tuán)靠攏而分散在水中。當(dāng)溶液濃度加大到一定程度時(shí)，許多表面活性物質(zhì)的分子立刻結(jié)合成很大的

22、集團(tuán),形成“膠束”。以膠束形式存在于水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的。表面活性物質(zhì)在水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度，以CMC表示。在CMC點(diǎn)上,由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致其物理及化學(xué)性質(zhì)(如表面張力,電導(dǎo).滲透壓,濁度,光學(xué)性質(zhì)等)同濃度的關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，這個(gè)現(xiàn)象是測定CMC的實(shí)驗(yàn)依據(jù),也是表面活性劑的一個(gè)重要特性。測定表面活性劑溶液的CMC有各種方法，表面張力法，電導(dǎo)法，染料法等。電導(dǎo)法是測定溶液的電導(dǎo)率，計(jì)算出相應(yīng)的摩爾電導(dǎo)m，然后作KC或m 圖得相應(yīng)的曲線，曲線上轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濃度即為CMC。一般CMC為一濃度范圍，且隨測量的方法不同而異。電導(dǎo)法測定離子表面活性劑的CMC相當(dāng)

23、方便，在溶液中對(duì)電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的主要是帶長鏈烷基的表面活性劑離子和相應(yīng)的反離子，而膠束的貢獻(xiàn)則極為微小。從離子貢獻(xiàn)大小來考慮，反離子大于表面活性劑離子。當(dāng)溶液濃度達(dá)CMC時(shí)，由于表面活性劑離子締合成膠束，反離子固定于膠束的表面，它們對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)明顯下降，同時(shí)由于膠束的電荷被反離子部分中和，這種電荷量小，體積大的膠束對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)非常小，所以電導(dǎo)急劇下降。對(duì)于離子型表面活性劑溶液，當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，電導(dǎo)的變化規(guī)律也和強(qiáng)電解質(zhì)一樣；但當(dāng)溶液濃度達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，隨著膠束的生成，電導(dǎo)率發(fā)生改變，摩爾電導(dǎo)急劇下降，這就是電導(dǎo)法測定cmc的依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)利用電導(dǎo)率儀測定不同濃度的十二烷基硫酸鈉水溶液的電導(dǎo)率值

24、,并作摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系圖,從圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)求得臨界膠束濃度.三、儀器與試劑電導(dǎo)率儀；十二烷基硫酸鈉（化學(xué)純）；氯化鉀；二次電導(dǎo)水四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 用電導(dǎo)水準(zhǔn)確配置0.01 M 的KCl 標(biāo)準(zhǔn)溶液。2. 取適量十二烷基硫酸鈉在80干燥3小時(shí)，用電導(dǎo)水準(zhǔn)確配制1000 ml 0.020 M溶液；分別量取0.020 mol·dm-3原始溶液10，20，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100 ml稀釋至100 ml。各溶液的濃度分別為0.002，0.004，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.016，0.018，0

25、.020 mol·dm-3。3. 電導(dǎo)率儀校正 電導(dǎo)率儀前面板示意圖1、計(jì)時(shí)顯示窗口2、測量數(shù)據(jù)顯示窗口3、工作狀態(tài)燈4、量程燈5、校準(zhǔn)/測量轉(zhuǎn)換鍵。6、溫度補(bǔ)償：7、量程轉(zhuǎn)換：按此鍵量程從20ms·cm-12s·cm-1循環(huán)切換量程。8、常數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)顯示相應(yīng)數(shù)值。9、電源開關(guān)10、計(jì)時(shí)鍵：在測量狀態(tài)下，顯示實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間單位為“分”。11、計(jì)時(shí)燈調(diào)節(jié)恒溫水浴使溫度恒定至30.0，開啟電導(dǎo)率儀電源開關(guān)，預(yù)熱約15分鐘；用KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液蕩洗電導(dǎo)電極和大試管三次后，倒入0.01 M 的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液至淹沒電導(dǎo)電極，恒溫15 min，溫度補(bǔ)償指向恒溫溫度，進(jìn)行校準(zhǔn)：

26、 按 校準(zhǔn)/測量 使儀器處于校準(zhǔn)工作狀態(tài)（校準(zhǔn)指示燈亮）。 將“溫度補(bǔ)償”旋鈕的標(biāo)志線置于被測液的實(shí)際溫度相應(yīng)位置，當(dāng)“溫度補(bǔ)償”旋鈕置于25位置時(shí)，則無補(bǔ)償作用。 調(diào)節(jié)常數(shù)旋鈕，使儀器所顯示值為所用電極的常數(shù)標(biāo)稱值，例如：電極常數(shù)為“0.92”，調(diào)“常數(shù)”旋鈕顯示9200，電極常數(shù)為1.10，調(diào)“常數(shù)”旋鈕使顯示11000（忽略小數(shù)點(diǎn)）。 按 校準(zhǔn)/測量 鍵，使儀器處于測量工作狀態(tài)（工作指示燈亮）。4. 用電導(dǎo)率儀從稀到濃分別測定上述各溶液的電導(dǎo)值。用后一個(gè)溶液蕩洗前一個(gè)溶液的電導(dǎo)池及電極三次以上，各溶液測定時(shí)必須恒溫10min，每個(gè)溶液的電導(dǎo)讀數(shù)三次，記錄三次數(shù)據(jù)，并計(jì)算平均值。5. 列表

27、計(jì)錄各溶液對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率或者摩爾電導(dǎo)率。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用蒸餾水洗凈試管和電極，并測量所用水電導(dǎo)率。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、記錄如下數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)溫度；大氣壓；所用蒸餾水的電導(dǎo)率及不同濃度十二烷基硫酸鈉的電導(dǎo)率（各測量三次，計(jì)算平均值）2、以K-C作圖，求CMC；六、思考題1. 簡述電導(dǎo)法測定臨界膠束濃度的原理。2. 實(shí)驗(yàn)中影響臨界膠束濃度的因素有哪些？3. 若要知道所測得的臨界膠束濃度是否準(zhǔn)確，可用什么實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證？4. 非離子表面活性劑能否采用本實(shí)驗(yàn)的方法來測定其臨界膠束濃度？為什么？若不能，可用什么方法進(jìn)行測定？ 實(shí)驗(yàn)一 凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測定環(huán)已烷的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算萘的

28、分子量，加深對(duì)稀溶液依數(shù)性質(zhì)的理解。2.掌握溶液凝固點(diǎn)的測定技術(shù)。3.掌握數(shù)字貝克曼溫度計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理（參考復(fù)旦大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)第三版 實(shí)驗(yàn)一（p 24）固體溶劑與溶液成平衡的溫度稱為溶液的凝固點(diǎn)。含非揮發(fā)性溶質(zhì)的雙組分稀溶液的凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)。凝固點(diǎn)的降低是稀溶液依數(shù)性質(zhì)的一種表現(xiàn)。當(dāng)確定了溶劑的種類和數(shù)量后，溶劑凝固點(diǎn)的降低值僅取決于所含溶質(zhì)分子的數(shù)目。當(dāng)稀溶液凝固析出純固體溶劑時(shí)，則溶液的凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，其降低值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。即 T = Tf* - Tf = Kf mB (1)式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，Tf為溶液的凝固點(diǎn)，mB為溶液中溶質(zhì)B

29、的質(zhì)量摩爾濃度，Kf為溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。若稱取一定量的溶質(zhì)WB(Kg)和溶劑WA(Kg)，配成稀溶液，則溶液的質(zhì)量摩爾濃度為(1)式中，MB為溶質(zhì)的分子量。將該式代入(1)式，整理得: ()若已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf值，通過實(shí)驗(yàn)測定此溶液的凝固點(diǎn)降低值T，即 可計(jì)算溶質(zhì)的分子量MB。通常測凝固點(diǎn)的方法是將溶液逐漸冷卻，但冷卻到凝固點(diǎn)，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(dāng)放熱與散熱達(dá)到平衡時(shí)，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(diǎn)。但過冷太厲害或寒劑溫度過低，則凝固

30、熱抵償不了散熱，此時(shí)溫度不能回升到凝固點(diǎn)，在溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)完全凝固，就得不到正確的凝固點(diǎn)。從相律看，溶劑與溶液的冷卻曲線形狀不同。對(duì)純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí)，自由度f*=1-2+1=0，冷卻曲線出現(xiàn)水平線段，其形狀如圖-9-1(1)所示。對(duì)溶液兩相共存時(shí)，自由度f*=2-2+1=1，溫度仍可下降，但由于溶劑凝固時(shí)放出凝固熱，使溫度回升，但回升到最高點(diǎn)又開始下降，所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段，如下圖所示。由于溶劑析出后，剩余溶液濃度變大，顯然回升的最高溫度不是原濃度溶液的凝固點(diǎn)，嚴(yán)格的做法應(yīng)作冷卻曲線，并按下右圖中所示方法加以校正。但由于冷卻曲線不易測出，而真正的平衡濃度又難于直接測定，實(shí)驗(yàn)總是用稀溶液

31、，并控制條件使其晶體析出量很少，所以以起始濃度代替平衡濃度，對(duì)測定結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。溶劑與溶液的冷卻曲線本實(shí)驗(yàn)測純?nèi)軇┡c溶液凝固點(diǎn)之差，由于差值較小，所以測溫需用較精密儀器，本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字貝克曼溫度計(jì)。三、儀器與試劑1.儀器凝固點(diǎn)測定儀1套; 燒杯2個(gè); 數(shù)字貝克曼溫度計(jì)1臺(tái); 普通溫度計(jì)(050)1只; 壓片機(jī)1個(gè); 移液管(25 mL)1只。2.試劑環(huán)已烷 萘 碎冰塊（冰箱提前凍冰）四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 儀器安裝： 儀器裝置示意圖如右圖所示。其中數(shù)字式貝克曼溫度計(jì)的使用說明如下： 前面板示意圖1、電源開關(guān)。 2、測量/保持轉(zhuǎn)換鍵-按下此鍵可在測量功能與保持功能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3、溫度/溫差轉(zhuǎn)

32、換鍵-按下此鍵可在溫度顯示與溫差顯示之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4、基溫選擇旋鈕-根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇適當(dāng)?shù)幕鶞兀箿夭罱^對(duì)值盡可能的小。5、測量指示燈-燈亮，表明儀器處于測量狀態(tài)。6、保持指示燈-燈亮，表明儀器處于保持狀態(tài)。7、溫度、溫差顯示窗口-顯示溫度或溫差值。2. 溶劑凝固點(diǎn)的測定 a） 用移液管向清潔、干燥的凝固點(diǎn)管內(nèi)加入25 mL環(huán)已烷，并記下環(huán)已烷的溫度。實(shí)驗(yàn)所用寒劑為3.5的冰水（水中加入適量冰塊，注意不可加入過多冰塊使溫度低于3.3）。 b） 將凝固點(diǎn)管放在空氣套管中，緩慢攪拌，使溫度逐漸降低，當(dāng)溫度降至7.0 左右時(shí)，改為快速攪拌，溫度繼續(xù)降低。當(dāng)有固體析出時(shí)，溫度開始回升。發(fā)現(xiàn)溫度開始回升

33、時(shí)，立即改為緩慢攪拌，連續(xù)記錄溫度回升后貝克曼溫度計(jì)的讀數(shù)，直止穩(wěn)定或又開始降低，取記錄值中的最大值作為凝固點(diǎn)溫度。重復(fù)測定三次，每次測得的凝固點(diǎn)溫度之差不超過0.006，三次平均值作為純環(huán)已烷的凝固點(diǎn)。3. 溶液凝固點(diǎn)的測定 取出凝固點(diǎn)管，將管中環(huán)已烷溶化。用分析天平精確稱量0.08-0.1 g萘(小數(shù)點(diǎn)后應(yīng)有四位有效數(shù)字)，把精確稱重的樣品全部加入凝固點(diǎn)管，待萘全部溶解后，測定溶液的凝固點(diǎn)。測定方法與純?nèi)軇┑南嗤?，取回升后所達(dá)到的最高溫度為溶液的凝固點(diǎn)。重復(fù)三次，取平均值。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1. 由環(huán)已烷的密度，計(jì)算所取環(huán)已烷的重量WA。2. 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由所得數(shù)據(jù)計(jì)算萘的分子量，并計(jì)算

34、與理論值的相對(duì)誤差。室溫： 大氣壓力： Pa物質(zhì)質(zhì)量凝固點(diǎn)Tf凝固點(diǎn)降低值萘的分子量測量值（從低到高連續(xù)記錄，直至數(shù)據(jù)開始下降）最高值平均值環(huán)已烷000100T= Tf* - Tf =_=_2030萘0001002030六、思考題 1. 根據(jù)什么原則考慮加入溶質(zhì)的量？太多或太少影響如何？ 2. 當(dāng)溶質(zhì)在溶液中有離解、締合和生成配合的情況時(shí)，對(duì)其摩爾質(zhì)量的測定值有何影響？ 3. 在冷卻過程中，凝固點(diǎn)管管內(nèi)液體有哪些熱交換存在？他們對(duì)凝固點(diǎn)測定有何影響？ 4. 估算實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的結(jié)果，分析影響測量結(jié)果的主要因素。注意事項(xiàng) 1. 攪拌速度的控制是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，每次測定應(yīng)按要求的速度攪拌，并且測溶

35、劑與溶液凝固點(diǎn)時(shí)攪拌條件要完全一致。 2. 寒劑溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大影響，過高會(huì)導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點(diǎn)。 3. 所需數(shù)據(jù)：環(huán)已烷的密度(g/cm3) 0.7971 8.879×10-4 t () 環(huán)已烷的凝固點(diǎn) 6.5 環(huán)已烷的Kf = 20.2 K·mol-1·kg 實(shí)驗(yàn)二 純液體飽和蒸氣壓的測量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用平衡管測定不同溫度下液體的飽和蒸氣壓； 2.明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液兩相平衡的概念，了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系，即克勞修斯-克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)方程式的意義；3.學(xué)會(huì)由圖解法求其平均摩爾氣

36、化熱和正常沸點(diǎn)；4. 初步掌握低真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理在通常溫度下(距離臨界溫度較遠(yuǎn)時(shí))，純液體與其蒸氣達(dá)平衡時(shí)的蒸氣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)一摩爾液體所吸收的熱量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(shí)，蒸氣壓增大；溫度降低時(shí)，蒸氣壓降低，這主要與分子的動(dòng)能有關(guān)。當(dāng)蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體便沸騰，此時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)，外壓不同時(shí)，液體沸點(diǎn)將相應(yīng)改變，當(dāng)外壓為101.325 kPa時(shí)，液體的沸點(diǎn)稱為該液體的正常沸點(diǎn)。 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:（1）式中，R為摩爾氣體常數(shù);T為熱力學(xué)溫度;vapHm為

37、在溫度T時(shí)純液體的摩爾氣化熱。 假定vapHm與溫度無關(guān)，或因溫度范圍較小，vapHm可以近似作為常數(shù)，積分上式，得: （2）其中 C 為積分常數(shù)。由此式可以看出，以ln p對(duì) 1/T 作圖，應(yīng)為一直線，直線的斜率為 vapHm/R ，由斜率可求算液體的vapHm。 測定液體飽和蒸氣壓的方法很多。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法，是指在某一溫度下，直接測量飽和蒸氣壓，此法一般適用于蒸氣壓比較大的液體。實(shí)驗(yàn)所用儀器是純液體飽和蒸氣壓測定裝置，如下頁圖1所示。平衡管由A球和U型管B、C組成。平衡管上接一冷凝管，以橡皮管與真空壓力計(jì)相連。A內(nèi)裝待測液體，當(dāng)A球的液面上純粹是待測液體的蒸氣（無空氣），而B管與C管的液

38、面處于同一水平時(shí)，則表示B管液面上的(即A球液面上的蒸氣壓)與加在C管液面上的外壓相等。此時(shí)，體系氣液兩相平衡的溫度稱為液體在此外壓下的沸點(diǎn)。用當(dāng)時(shí)的大氣壓加上真空壓力計(jì)的讀數(shù)（負(fù)值），即為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。 圖1 飽和蒸氣壓系統(tǒng)裝置示意圖三、儀器與試劑 1.儀器 純液體飽和蒸氣壓測定裝置（包括玻璃平衡管，見上圖右側(cè)。注意小心輕放）；數(shù)字真空壓力計(jì)；真空泵；恒溫水??；溫度計(jì)；2.藥品 乙醇（分析純）四、實(shí)驗(yàn)步驟1了解真空泵、恒溫槽、真空壓力計(jì)的使用及注意事項(xiàng)。精密數(shù)字壓力計(jì)（真空壓力計(jì)）的使用方法 圖2 前面板示意圖 單位鍵：選擇所需要的計(jì)量單位 采零鍵：扣除儀表的零壓力值(即零點(diǎn)漂移

39、) 復(fù)位鍵：程序有誤時(shí)重新啟動(dòng)CPU 數(shù)據(jù)顯示屏：顯示被測壓力數(shù)據(jù)2了解緩沖儲(chǔ)氣罐的氣路連通原理，熟悉使用儲(chǔ)氣罐控制系統(tǒng)真空度。（儲(chǔ)氣罐下部大箱和上部小管分別有什么作用？）緩沖儲(chǔ)氣罐的使用方法 （調(diào)節(jié)閥在旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)作一定要緩慢，以免損壞閥門造成漏氣）圖3 緩沖儲(chǔ)氣罐示意圖 安裝用橡膠管將真空泵氣嘴與緩沖罐接嘴相連。接口1用堵頭塞緊。接口2與數(shù)字壓力表連接。 整體氣密性檢查將進(jìn)氣閥、閥2打開，閥1關(guān)閉（三閥均為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)關(guān)閉，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開啟）。啟動(dòng)真空泵抽真空至壓力為-100 KPa左右，關(guān)閉進(jìn)氣閥、及真空泵。觀察數(shù)字壓力計(jì)，若顯示數(shù)值無上升，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

40、?！拔⒄{(diào)部分”的氣密性檢查關(guān)閉閥2，用閥1調(diào)整“微調(diào)部分”的壓力，使之低于壓力罐中壓力的12，觀察數(shù)字壓力計(jì)，其顯示值無變化，說明氣密性良好。若顯示值有上升說明閥1泄漏，若下降說明閥2泄漏。3將乙醇放入平衡管B、C間的U形管中 熱風(fēng)吹A(chǔ)球（排空氣） 冷卻 乙醇吸入A球 重復(fù)幾次上述步驟，直至乙醇吸入A球約2/3量。4按上面圖1連接設(shè)備，檢查系統(tǒng)氣密性。抽真空至約30 KPa，關(guān)閉系統(tǒng)與真空泵的連通旋鈕，數(shù)分鐘內(nèi)真空計(jì)讀數(shù)基本不變，表明系統(tǒng)不漏氣。否則需檢漏。5測定不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓接通冷凝水，將恒溫槽溫度設(shè)定為40，抽真空至A球內(nèi)液體沸騰約3 - 5 min（沸騰不宜過于劇烈），以排除

41、A、B間的空氣。溫度到達(dá)40 后恒溫5 - 10 min，利用儲(chǔ)氣罐上部的小管調(diào)節(jié)氣壓，當(dāng)B管與C管的液面相平時(shí)讀取真空計(jì)示數(shù)（操作如何防止空氣倒灌？）。真空度加上大氣壓力數(shù)值即為該溫度下液體的飽和蒸氣壓。 把溫度升高 5 ，并恒溫 5 - 10 min，重復(fù)上面的操作，記錄真空計(jì)示數(shù)，一直到溫度為75 。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.記錄大氣壓力，實(shí)驗(yàn)溫度及該溫度時(shí)的真空度；計(jì)算液體在不同溫度時(shí)的飽和蒸氣壓p*。2.繪出ln p*對(duì)1/T的直線圖。由直線斜率計(jì)算出被測液體在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間內(nèi)的平均摩爾氣化熱。3.由曲線求得樣品的正常沸點(diǎn)，并與文獻(xiàn)值比較。六、思考題 用此裝置，可以方便地研究各種液體，如苯

42、，二氯已烯，四氯化碳，水，正丙醇，異丙醇，丙酮和環(huán)己烷等，這些液體中很多是易燃的，在加熱時(shí)應(yīng)該注意什么問題。注意事項(xiàng)1.減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時(shí)達(dá)不到本實(shí)驗(yàn)要求的真空度。2.必須充分排除凈B、C間的U形彎管空間中全部空氣，使A球液面上空只含液體的蒸氣分子。平衡管必須全部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。3.加壓操作（旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥門）動(dòng)作要緩慢，幅度要小，使空氣緩慢漏入，壓力緩慢變化，嚴(yán)防空氣倒灌，否則實(shí)驗(yàn)要重做。4.讀數(shù)要求準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)三 燃燒熱的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#183; 掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識(shí)和技術(shù)；· 掌握氧彈的構(gòu)造及使用方法，了解氧氣鋼瓶和減壓閥的

43、使用方法； · 用氧彈式量熱計(jì)測定蔗糖的燃燒焓。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)產(chǎn)物的溫度與反應(yīng)物的溫度相同，在反應(yīng)過程中只做體積功而不做其它功時(shí)，化學(xué)反應(yīng)吸收或放出的熱量，稱為此過程的熱效應(yīng)，通常亦稱為“反應(yīng)熱”。熱化學(xué)中定義：在指定溫度和壓力下，一摩爾物質(zhì)完全燃燒時(shí)的反應(yīng)熱稱為摩爾燃燒熱（焓），記為cHm。所謂完全燃燒，對(duì)燃燒產(chǎn)物有明確的規(guī)定，通常，C、H等元素的燃燒產(chǎn)物分別為CO2(g)、H2O(l)等。由于上述條件下H = Qp，因此cHm也就是該物質(zhì)燃燒反應(yīng)的等壓熱效應(yīng)Qp。 在實(shí)際測量中，燃燒反應(yīng)常在恒容條件下進(jìn)行(如在彈式量熱計(jì)中進(jìn)行)，這樣直接測得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng)Qv（即燃燒反應(yīng)的

44、摩爾燃燒內(nèi)能變cUm）。若反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體物質(zhì)均可視為理想氣體，根據(jù)熱力學(xué)推導(dǎo)，cHm和cUm的關(guān)系為：（）式中，T為反應(yīng)溫度(K)；cHm為摩爾燃燒焓(J·mol-1)；cUm為摩爾燃燒內(nèi)能變(J·mol-1)；B(g)為燃燒反應(yīng)方程中各氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。產(chǎn)物取正值，反應(yīng)物取負(fù)值。 通過實(shí)驗(yàn)測得Qv值，根據(jù)上式可計(jì)算出Qp，即燃燒焓的值cHm。測量熱效應(yīng)的儀器稱作量熱計(jì)，量熱計(jì)的種類很多，本實(shí)驗(yàn)是用氧彈式量熱計(jì)進(jìn)行燃燒焓的測定。氧彈熱量計(jì)的基本原理是能量守恒定律。樣品燃燒所釋放的能量使得氧彈本身及其周圍的介質(zhì)和熱量計(jì)有關(guān)附件的溫度升高，則測量介質(zhì)在燃燒前后體系溫度的變

45、化值，就可求算該樣品的恒容燃燒熱。為了使被測物質(zhì)能迅速而完全地燃燒，就需要有強(qiáng)有力的氧化劑。在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用壓力為15-20個(gè)大氣壓的氧氣作為氧化劑。用氧彈量熱計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，氧彈放置在裝有一定量水的水桶中，水桶外是空氣隔熱層，再外面是溫度恒定的水夾套。樣品在體積固定的氧彈中燃燒放出的熱、引火絲燃燒放出的熱，大部分被水桶中的水吸收；另一部分則被氧彈、水桶、攪拌器及溫度計(jì)等所吸收。在量熱計(jì)與環(huán)境沒有熱交換的情況下，可以寫出如下的熱量平衡公式：- Qv × m q × L = W × C水 × t + C計(jì)×t （1） 式中：Qv：被測物質(zhì)的定容燃燒

46、熱 （J .g-1 ）； m：被測物質(zhì)的質(zhì)量（g）；q：引火絲的單位長度燃燒熱（J .cm-1 ）；L：燒掉了的引火絲長度；W：水桶中的水的質(zhì)量（g）；C水 ：水的比熱（J g-1 -1）；C計(jì)：氧彈、水桶等的總的比熱（也稱為熱量計(jì)的水當(dāng)量）( J -1 )； t為與環(huán)境無熱交換時(shí)的真實(shí)溫差。從（1）式可知，要測得樣品的Qv 必須知道儀器的水當(dāng)量C計(jì)。測量的方法是以一定量的已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（常用苯甲酸，其燃燒熱以標(biāo)準(zhǔn)試劑瓶上所標(biāo)明的數(shù)值為準(zhǔn)）在相同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定儀器的水當(dāng)量C計(jì)，再測定樣品的Qv，從而計(jì)算相應(yīng)的Qp。實(shí)際上，氧彈式熱量計(jì)不是嚴(yán)格的絕熱系統(tǒng)，加之由于傳熱速度

47、的限制，燃燒后由最低溫度達(dá)最高溫度需一定的時(shí)間，在這段時(shí)間里系統(tǒng)與環(huán)境難免發(fā)生熱交換，因而從溫度計(jì)上讀得的溫差就不是真實(shí)的溫差 。為此，必須對(duì)讀得的溫差進(jìn)行雷諾校正。校正方法如下：稱適量待測物質(zhì)，估計(jì)其燃燒后可使水溫升高1.52.0度，預(yù)先調(diào)節(jié)水溫使其低于環(huán)境1.0度左右。按操作步驟進(jìn)行測定,將燃燒前后觀察所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系作圖，可得圖b（1）的圖形，圖中H點(diǎn)意味著開始燃燒，熱傳入介質(zhì)；D點(diǎn)為觀察到的最高溫度值；從相當(dāng)于室溫的J點(diǎn)作水平線交曲線于I，過I點(diǎn)作垂線ab,再將FH線和GD線延長并交ab線于A、C兩點(diǎn)。A點(diǎn)與C點(diǎn)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

48、至室溫這一段時(shí)間t1內(nèi)，由環(huán)境輻射和攪拌引進(jìn)的能量而造成量熱計(jì)溫度的升高，必須扣除之。CC為室溫升高到最高點(diǎn)D這一段時(shí)間t2內(nèi)，量熱計(jì)向環(huán)境的熱漏造成溫度的降低，計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)。由此可見，AC兩點(diǎn)的差值較客觀地表示了由于樣品燃燒促使溫度升高的數(shù)值。有時(shí)量熱計(jì)的絕熱情況良好，熱漏小，而攪拌器功率大，不斷稍微引進(jìn)能量使得燃燒后的最高點(diǎn)不出現(xiàn)，如圖b（2）所示。其校正方法同前述。三、儀器與試劑絕熱式氧彈量熱計(jì)1套；數(shù)字式精密溫差測量儀1臺(tái)；氧氣鋼瓶1只；氧氣表1只；壓片機(jī)1套；萬用電表1只；臺(tái)稱1只（量程10 Kg）；分析天平1臺(tái)；活搬手1只；不銹鋼鑷子1只；直尺 1把； 剪刀 1把； 苯甲酸；

49、蔗糖；引燃鐵絲。 （1）攪動(dòng)棒 （2）外筒 （3）內(nèi)筒 （4）墊腳（5）氧彈 （6）傳感器 （7）點(diǎn)火按鍵 （8）電源開關(guān)（9）攪拌開關(guān) （10）點(diǎn)火輸出負(fù)極 （11）點(diǎn)火輸出正極（12）攪拌指示燈 （13）電源指示燈 （14）點(diǎn)火指示燈注：此臺(tái)為電腦控制點(diǎn)火，非電腦控制點(diǎn)火則控制背板中無“點(diǎn)火接口”。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，了解量熱計(jì)點(diǎn)火流程和溫差儀使用方法。2、量熱計(jì)比熱容測定（即測量水當(dāng)量）（1）壓片： 在托盤天平上粗略稱取0.9 g左右的苯甲酸，在壓片機(jī)中壓成片狀。不要過于用力，也不要太松。樣片壓得太緊，點(diǎn)火時(shí)不易全部燃燒；壓得太松，樣品容易脫落，且充氧氣時(shí)樣品上的粉末會(huì)被吹

50、散。將樣品在干凈的濾紙上輕擊二、三次（樣品仍應(yīng)保持塊狀），再用分析天平準(zhǔn)確稱量(小數(shù)點(diǎn)后應(yīng)有四位有效數(shù)字)，記錄質(zhì)量。（2）裝樣： 擰開氧彈蓋，將氧彈內(nèi)壁擦干凈，取一根燃燒絲準(zhǔn)確測量其長度并記錄，然后將燃燒絲兩端分別固定在兩根電極上，中部纏可繞在圓珠筆芯等上使其旋為螺紋狀，貼緊樣品苯甲酸（燃燒絲與坩堝壁不能相碰）。按圖5.2將鐵絲兩端固定在氧彈電極上。鐵絲與藥片充分接觸，但與燃燒皿切不可相碰，以免造成短路。在彈杯中注入10ml水，把彈頭放入彈杯中，用手?jǐn)Q緊。用萬用電表檢查兩極間電阻值，一般不應(yīng)大于10 ，保證線路連接良好。圖5.2 氧彈內(nèi)部示意圖 1電極；2燃燒皿；3鐵絲；4藥片（3）充氧氣：

51、 首先順次打開氧氣鋼瓶總閥門和減壓閥門，開始先充入少量氧氣（約0.5MPa），然后將氧彈中的氧氣放掉，借以趕出氧彈中的空氣，再向氧彈中充入約2Mpa的氧氣（勿超過2.5 MPa)。關(guān)閉氧氣瓶總閥門，放掉氧氣表中的余氣。再次用萬用表檢查兩電極間的電阻。如阻值過大，可能是電極與彈壁短路，則應(yīng)放出氧氣，開蓋檢查并連接好后重新充氣，待用。（4）調(diào)節(jié)水溫用溫差測量儀測定夾套內(nèi)空氣溫度，待溫度穩(wěn)定后記錄其溫度值。用大容量瓶(1L)準(zhǔn)確量取自來水3 L于內(nèi)桶中（先稱量內(nèi)桶重量，加水后稱量總重，確保水量在3000 g 左右）。再將氧彈放入（注意內(nèi)桶中放置的氧彈底座的方向）,水面剛好蓋過氧彈。如氧彈有氣泡逸出，

52、說明氧彈漏氣，尋找原因并排除。將兩根電極線一端插入氧彈兩電極上，另一端插入點(diǎn)火輸出孔,電極線嵌入桶蓋的槽中，緩緩蓋上蓋子，注意觀察使攪拌器不與氧彈相碰。同時(shí)將溫差測量儀探頭從夾套中取出，擦干后插入內(nèi)筒水中。在面板上按下攪拌按鈕,開始攪拌。（5）點(diǎn)火開啟SHR-15恒溫式熱量計(jì)的電源開關(guān)，點(diǎn)火指示燈亮，開啟攪拌開關(guān)，進(jìn)行攪拌。水溫基本穩(wěn)定后，將溫差儀“采零”并“鎖定”。待溫度穩(wěn)定后，設(shè)置蜂鳴60秒一次,每隔60秒記錄一次溫差值（精確至±0.002），直至連續(xù)10次水溫有規(guī)律微小變化。設(shè)置蜂鳴15秒一次，按下“點(diǎn)火”按鈕，此時(shí)點(diǎn)火指示燈滅，停頓一會(huì)點(diǎn)火指示燈又亮，直到燃燒絲燒斷，點(diǎn)火指示

53、燈才滅。氧彈內(nèi)樣品一經(jīng)燃燒，水溫很快上升，點(diǎn)火成功。每隔15秒,記錄一次溫差值，直至兩次讀數(shù)差值小于0.005，設(shè)置蜂鳴60秒一次,每隔60秒記錄一次溫差值（精確至±0.002），連續(xù)讀10個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。注意：水溫沒有上升，說明點(diǎn)火失敗，首先看溫度傳感器位置是否正確。其次應(yīng)關(guān)閉電源，取出氧彈，放出氧氣，仔細(xì)檢查加熱絲及連接線，找出原因并排除。（6）校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)停止后，關(guān)閉電源，將傳感器放入外筒。取出氧彈，放出氧彈內(nèi)的余氣。旋下氧彈蓋，測量燃燒后殘絲長度并檢查樣品燃燒情況。樣品沒完全燃燒，實(shí)驗(yàn)失敗，須重做；反之，說明實(shí)驗(yàn)成功。3、測待測物的燃燒熱粗略稱取1.5 g左右蔗糖，壓片后精確稱重

54、（注意壓片機(jī)的清洗，不可混入苯甲酸），同法進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)操作一次。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、 作雷諾校正圖。2、 查表得苯甲酸的燃燒熱數(shù)據(jù)，計(jì)算介質(zhì)水的熱容和量熱計(jì)的水當(dāng)量及熱容。3、 計(jì)算蔗糖的定容燃燒熱及定壓燃燒熱，并與文獻(xiàn)值比較。六、思考題1. 在使用氧氣鋼瓶及氧氣減壓閥，應(yīng)注意哪些規(guī)則？2. 寫出蔗糖燃燒過程的反應(yīng)方程式。如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的Qv 求出Qp？3. 用電解水制得的氧氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以嗎？何故？4. 測得非揮發(fā)性可燃液體的熱值時(shí)，能否直接放在氧彈中的石英杯（或不銹鋼杯）里測定？注意事項(xiàng)1、 未取出溫感器，不得開蓋，以免損壞溫度傳感器；2、 點(diǎn)火線安裝時(shí)不能碰壁；3、 壓片時(shí)不可太松；4、 點(diǎn)火開關(guān)只按一次即可；5、 先調(diào)節(jié)好讀數(shù)記時(shí)時(shí)間為30秒，再開始讀數(shù)；6、充氧時(shí)注意操作，手上不可附有油膩物。苯甲酸的恒壓燃燒熱: -26460 J/g （如何計(jì)算恒容燃燒熱）；引