物理化學實驗講義

1、一、物理化學實驗目的、要求及注意事項1、實驗目的物化實驗是物理化學教學內(nèi)容的一個重要組成部分，對以后進行專業(yè)課實驗和培養(yǎng)獨立工作能力有很大幫助，學生必須以認真的科學態(tài)度，做好每一個實驗。實驗的目的如下：（1）掌握物理化學實驗的基本實驗方法和實驗技術，學會常用儀器的操作；了解近代大中型儀器在物理化學實驗中的應用，培養(yǎng)學生的動手能力。（2）通過實驗操作、現(xiàn)象觀察和數(shù)據(jù)處埋，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力。（3）加深對物理化學基本原理的理解，給學生提供理論聯(lián)系實際和理論應用于實踐的機會。（4）培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和嚴肅認真、一絲不茍的科學作風。2、實驗要求（1）實驗預習 進實驗室之前必須仔細

2、閱讀實驗內(nèi)容及基礎知識與技術部分的相關資料，明確本次實驗中采用的實驗方法及儀器、實驗條件和需要測定的物理量等，在此基礎上寫出預習報告，包括實驗目的、簡要操作步驟、實驗注意事項及實驗數(shù)據(jù)記錄表等。進入實驗室后首先要核對儀器與藥品，看是否完好，發(fā)現(xiàn)問題及時向指導教師提出，然后對照儀器進一步預習，并接受教師的提問、檢查，在教師指導下做好實驗準備工作。（2）實驗操作經(jīng)指導教師同意后方可進行實驗。儀器的使用要嚴格按照操作規(guī)程進行，不可盲動；對于實驗操作步驟，通過預習應做到心中有數(shù)，嚴禁“抓中藥”式的操作（看一下書，動一動手）。實驗過程中要仔細觀察實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應仔細查明原因，或請教指導教師幫助分

3、析處理；實驗結果必須經(jīng)教師檢查，數(shù)據(jù)不合格的應重做，直至獲得滿意結果。要養(yǎng)成良好的記錄習慣，即根據(jù)儀器的精度，把原始數(shù)據(jù)詳細、準確、實事求是地記錄在預習報告上。數(shù)據(jù)記錄盡量采用表格形式，做到整潔、清楚，不隨意涂改并經(jīng)指導教師簽字。實驗完畢后，應清洗、核對儀器，指導教師同意后，方可離開實驗室。（3）實驗報告 學生應在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成實驗報告，及時送指導教師批閱。實驗報告的內(nèi)容包括實驗目的、簡明原理、實驗儀器裝置圖、簡單操作步驟、原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、結果討論和思考題。數(shù)據(jù)處理應有處理步驟，而不是只列出處理結果；結果討論應包括對實驗現(xiàn)象的分析解釋，查閱文獻的情況，對實驗結果誤差的定性分析或定量計算

4、，實驗的心得體會及對實驗的改進意見等。結果討論是實驗報告中的重要一項，可以鍛煉學生分析問題的能力。二、物理化學實驗室安全知識在化學實驗室里，安全是非常重要的，它常常潛藏著諸如發(fā)生爆炸、著火、中毒、灼傷、割傷、觸電等事故的危險性。如何來防止這些事故的發(fā)生，以及萬一發(fā)生事故如何急救，都是每一個化學實驗工作者必須具備的素質(zhì)。本節(jié)主要結合物理化學實驗的特點介紹安全用電常識及使用化學藥品的安全防護等知識。1、安全用電常識物理化學實驗使用電器較多，特別要注意安全用電。違章用電可能造成儀器設備損壞、火災、甚至人身傷亡等嚴重事故。為了保障人身安全，一定要遵守以下安全用電規(guī)則。（1）防止觸電不用潮濕的手接觸電器

5、，實驗開始時，應先連接好電路再接通電源；修理或安裝電器時，應先切斷電源；實驗結束時，先切斷電源再拆線路。不能用試電筆去試高壓電，使用高壓電源應有專門的防護措施。如果有人觸電，首先應迅速切斷電源然后進行搶救。（2）防止發(fā)生火災及短路電線的安全通電量應大于用電功率；使用的保險絲要與實驗室允許的用電量相符。室內(nèi)若有氫氣、煤氣等易燃易爆氣體，應避免產(chǎn)生電火花。繼電器工作時、電器接觸點接觸不良及開關電閘時均易產(chǎn)生電火花，要特別小心。如遇電線起火，立即切斷電源，用沙或二氧化碳、四氯化碳滅火器滅火，禁止用水或泡沫滅火器等導電液體滅火。電線、電器不能被水浸濕或浸在導電液體中；線路中各接點應牢固，電路元件兩端接

6、頭不要互相接觸，以防短路。（2）電器儀表的安全使用使用前首先要了解電器儀表要求使用的電源是交流電還是直流電；是三相電還是單相電，以及電壓的大小（如380V、220V）。須弄清電器功率是否符合要求及直流電器儀表的正、負極。儀表量程應大于待測量，待測量大小不明時，應從最大量程開始測量。實驗前要檢查線路連接是否正確，經(jīng)教師檢查同意后方可接通電源。在使用過程中如發(fā)現(xiàn)異常，如不正常聲響、局部溫度升高或嗅到焦味，應立即切斷電源，并報告教師進行檢查。2、使用化學藥品的安全防護（1）防毒實驗前，了解所用藥品的毒性及防護措施。操作有毒性化學藥品應在通風櫥內(nèi)進行，避免與皮膚接觸；劇毒藥品應妥善保管并小心使用。不要

7、在實驗室內(nèi)喝水、吃東西；離開實驗室要洗凈雙手。（2）防爆可燃氣體與空氣的混合物在比例處于爆炸極限時，受到熱源（如電火花）誘發(fā)將會引起爆炸。因此使用時要盡量防止可燃性氣體逸出，保持室內(nèi)通風良好；操作大量可燃性氣體時，嚴緊使用明火和和可能產(chǎn)生電火花的電器，并防止其他物品撞擊產(chǎn)生火花。另外，有些藥品如乙炔銀、過氧化物等受震或受熱易引起爆炸，使用時要特別小心。嚴禁將強氧化劑和強還原劑放在一起；久藏的乙醚使用前應除去其中可能產(chǎn)生的過氧化物；進行易發(fā)生爆炸的實驗，應有防爆措施。（3）防火許多有機溶劑如乙醚、丙酮等非常容易燃燒，使用時室內(nèi)不能有明火、電火花等。用后要及時回收處理，不可倒入下水道，以免聚集引起

8、火災。實驗室內(nèi)不可存放過多這類藥品。另外，有些物質(zhì)如磷、金屬鈉及比表面很大的金屬粉末(如鐵鋁等)易氧化自燃，在保存和使用時要特別小心。實驗室一旦著火不要驚慌，應根據(jù)情況選不同的滅火劑進行滅火。以下幾種情況不能用水滅火： 有金屬鈉、鉀、鎂、鋁粉、電石、過氧化鈉等時，應用干沙等滅火； 密度比水小的易燃液體著火，應采用泡沫滅火器； 有灼燒的金屬或熔融物的地方著火時，應用干沙或干粉滅火器； 電器設備或帶電系統(tǒng)著火，用二氧化碳或四氯化碳滅火器。（4）防灼傷強酸、強堿、強氧化劑、溴、磷、鈉、鉀、苯酚、冰醋酸等都會腐蝕皮膚，特別要防止濺入眼內(nèi)。液氧、液氮等低溫也會嚴重灼傷皮膚，使用時要小心。萬一灼傷應及時冶

9、療。3、汞的安全使用汞中毒分急性扣慢性兩種。急性中毒多為高汞鹽（如HgCl2）入口所致，0.10.3 g即可致死。吸入汞蒸汽會引起慢性中毒，癥狀為食欲不振、惡心、便秘、貧血、骨骼和關節(jié)疼痛、精神衰弱等。汞蒸氣的最大安全濃度為0.1 mg·m-3，而20時汞的飽和蒸氣壓約為0.16 Pa，超過安全濃度130倍。所以使用汞必須嚴格遵守下列操作規(guī)定：（1）儲汞的容器要用厚壁玻璃器皿或瓷器，在汞面上加蓋一層水，避免直接暴露于空氣中，同時應放置在遠離熱源的地方。一切轉移汞的操作，應在裝有水的淺瓷盤內(nèi)進行。（2）裝汞的儀器下面一律放置淺瓷盤，防止汞滴落到桌面或地面上。萬一有汞掉落，要先用吸汞管盡

10、可能將汞珠收集起來，然后把硫磺粉撒在汞濺落的地方，并摩擦使之生成HgS，也可用KMnO4溶液使其氧化。擦過汞的濾紙等必須放在有水的瓷缸內(nèi)。（3）使用汞的實驗室應有良好的通風設備；手上若有傷口，勿接觸汞。三、物理化學實驗中的誤差及數(shù)據(jù)表達由于實驗方法的可靠程度，所用儀器的精密度和實驗者感官的限度等各方面條件的限制，使得一切測量均帶有誤差，測量值與真實值之差。因此，必須對誤差產(chǎn)生的原田及其規(guī)律進行研究，方可在合理的人力物力支出條件下，獲得可靠的實驗結果，再通過實驗數(shù)據(jù)的列表、作圖、建立數(shù)學關系式等處理步驟，使實驗結果成為有參考價值的資料，這在科學研究中是必不可少的。1、誤差的分類按其性質(zhì)可分為如下

11、三種：（1）系統(tǒng)誤差（恒定誤差）系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，多次測量同一物理量時，誤差的絕對值和符號保持恒定，或在條件改變時按某確定觀律變化的誤差。 實驗方法的缺陷，例如使用用了近似公式； 儀器藥品的不良，如電表零點偏差，溫度計刻度不準，藥品純度不高等； 操作者的不良習慣，如觀察視線偏高或偏低。通過改變實驗條件可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的存在，針對產(chǎn)生的原因可采取措施，使其盡量減少，但不能消除。（2）過失誤差這是一種明顯歪曲實驗結果的誤差。它無規(guī)律可循，是由操作者讀錯、記錯所致，只要加強責任心，此類誤差可以避免。發(fā)現(xiàn)有此種誤差產(chǎn)生，所得數(shù)據(jù)應予以剔除。（3）偶然誤差 在相同條件下多次測量同一量時，誤差的絕

12、對值時大時小，符號時正時負，但隨測量次數(shù)的增加，其平均值趨近于零，即具有抵償性，此類誤差稱為偶然誤差。它產(chǎn)生的并不確定，一般是由環(huán)境條件的改變(如大氣壓、溫度的波動)，操作者感觀分辨能力的限制所致。2、測量的準確度與測量的精密度準確度是指測量結果的準確性，即測量結果偏離真值的程度。而真值是指用已消除系統(tǒng)誤差的實驗手段和方法進行足夠多次的測量所得的算術平均值或者文獻手冊中的公認值。 精密度是指測量結果的可重復性及測量值有效數(shù)字的位數(shù)。因此測量的準確度和精密度是有區(qū)別的，高精密度不一定能保證有高準確度，但高準確度必須有高精密度來保證。3、誤差的表達方法（1）誤差一般用以下三種方法表達：平均誤差 其

13、中di為測量值xi與算術平均值之差，n為測量次數(shù)，且。標準誤差 偶然誤差 平均誤差的優(yōu)點是計算簡便，但用這種誤差表示時，可能會把質(zhì)量不高的測量掩蓋住。標準誤差對一組測量中的較大誤差或較小誤差感覺比較靈敏，因此它是表示精度的較好方法，在近代科學中多采用標準誤差。（2）為了表達測量的精度，又分為絕對誤差、相對誤差兩種表達方法。絕對誤差 它表示了測量值與真值的接近程度，即測量的準確度。其表示方法為或。相對誤差 它表示測量值的精密度，即各次測量值相互靠近的程度。4、有效數(shù)字 當對一個測量的量進行記錄時，所記數(shù)字的位數(shù)應與儀器的精密度相符合，即所記數(shù)字的最后一位為儀器最小刻度以內(nèi)的估計值，稱為可疑值，其

14、他幾位為準確值，這樣一個數(shù)字稱為有效數(shù)字，它的位數(shù)不可隨意增減。在間接測量中，須通過一定公式將直接測量值進行運算，運算中對有效數(shù)字位數(shù)的取舍應遵循如下規(guī)則： 誤差一般只取一位有效數(shù)字，最多兩位； 有效數(shù)字的位數(shù)越多，數(shù)值的精確度也越大，相對誤差越小； 若第一位的數(shù)值等于或大于8，則有效數(shù)字的總位數(shù)可多算一位，如9.23雖然只有三位，但在運算時，可以看作四位； 運算中舍棄過多不定數(shù)字時，應用“4舍6入，逢5尾留雙”的法則； 在加減運算中，各數(shù)值小數(shù)點后所取的位數(shù)，以其中小數(shù)點后位數(shù)最少者為準；在乘除運算中，各數(shù)保留的有效數(shù)字，應以其中有效數(shù)字最少者為準；在乘萬或開方運算中，結果可多保留一位；對數(shù)

15、運算時，對數(shù)中的首數(shù)不是有效數(shù)字，對數(shù)的尾數(shù)的位數(shù)，應與各數(shù)值的有效數(shù)字相當； 算式中，常數(shù)及乘子和某些取自手冊的常數(shù)不受上述規(guī)則限制，其位數(shù)按實際需要取舍。5、數(shù)據(jù)處理物理化學實驗數(shù)據(jù)的表示法主要有如下三種方法：列表法、作圖法、數(shù)學方程式法。（1）列表法 將實驗數(shù)據(jù)列成表格，排列整齊，使人一目了然。這是數(shù)據(jù)處理中最簡單的方法，應注意以下幾點。 表格要有名稱。每行(或列)的開頭一欄都要列出物理量的名稱和單位，并把二者表示為相除的形式。因為物理量的符號本身是帶有單位的，除以它的單位，即等于表中的純數(shù)字。數(shù)字要排列整齊，小數(shù)點要對齊，公共的乘方因子應寫在開頭一欄與物理量符號相乘的形式，并為異號。

16、表格中表達的數(shù)據(jù)順序為；由左列右，由自變量到因變量，可以將原始數(shù)據(jù)和處理結果列在同一表中，但應以一組數(shù)據(jù)為例，在表格下面列出算式，寫出計算過程。（2）作圖法 作圖法可更形象地表達出數(shù)據(jù)的特點，如極大值，極小值，拐點等，并可進一步用圖解求積分、微分、外推、內(nèi)插值。作圖應注意如下幾點。 圖要有圖名。例如“l(fā)n-1/T圖”等。 要用市售的正規(guī)坐標紙，并根據(jù)需要選用坐標紙種類：直角坐標紙、三角坐標紙，半對數(shù)坐標紙、對數(shù)坐標紙等。物理化學實驗中一般用直角坐標紙，只有三組分相圖使用三角坐標紙。 坐標軸，自變量位橫軸，函數(shù)為縱軸。 適當選擇坐標比例，以能表達出全部有效數(shù)字為準。 無特殊需要，不必從坐標軸原點

17、作標度起點，從而略低于最小的測量值的整數(shù)開始，這樣能充分利用坐標紙，使全圖分布均勻。 在軸旁注明該軸變量的名稱及單位，在縱軸的左面和橫軸的下面注明刻度實驗不應寫在坐標軸旁或代表點旁。 代表點：將測得數(shù)量的各點繪于圖上，在點的周圍畫上O、X、等符號，其面積之大小應代表測量的精確度，若測量的精確度大，則符號應小些，反之則大些，在一張圖紙上作有數(shù)組不同的測量值時，各組測量值的代表點應用不同的符號表示，以示區(qū)別，并需在圖上注明。 曲線：用曲線盡可能接近實驗點，但不必全部通過各點，只要各點均勻的分布在曲線兩側鄰近即可，一般原則為：曲線兩旁的點數(shù)量近似相等；曲線與點間的距離盡可能小；曲線兩側各點與曲線距離

18、之和接近相等；曲線應光滑均勻。 曲線上作切線：一般用鏡像法，若在曲線的指定點作切線，可取一平而薄的鏡子，使其垂直于圖面上，并通過曲線上待作切線的點P，然后讓鏡子繞P點轉動，注意觀察鏡中曲線影像，當鏡子轉到某一位子，使得曲線與其影像剛好平滑的連成一條曲線時，過P點沿鏡子作一直線即為P點的法線，過P點再作法線的垂線就是曲線上P點的切線。實驗一 碳酸鈣分解壓的測定一、實驗目的1、了解一種測定平衡壓力的方法靜態(tài)法。2、初步掌握普通真空操作技術，中高溫的控制和測溫方法。3、測定各溫度下碳酸鈣的分解壓，從而計算在一定溫度范圍內(nèi)的H（CaCO3分解的反應熱）的平均值。二、實驗原理碳酸鈣高溫分解，并吸收一定熱

19、量，其化學反應方程式為：在這個反應體系內(nèi)存在固態(tài)CaCO3(s)、固態(tài)CaO(s)及氣態(tài)CO2(g)這三個單獨的相，基本上不互相溶解。因此在一定溫度時，反應的標準平衡常數(shù)： 上式中：表示在反應溫度下，碳酸鈣分解達平衡時CO2壓力；為標準壓力= 100 kPa。CaCO3在一定溫度下，分解達平衡時，CO2的壓力保持不變，稱為分解壓，分解壓的數(shù)值隨溫度的升高而升高。按照等壓方程式的積分式：為反應的熵變化，R為氣體常數(shù)。在一定溫度范圍內(nèi)因rSm及rHm變化不大，可視為常數(shù)，故可將上式改寫為：以對1/T作圖，得一直線，其斜率及截距分別為及，由此可求出CaCO3分解反應的反應熱（平均值）及反應平均的熵變

20、化。應該注意，H值會隨溫度變化，但在一個不太大的溫度范圍內(nèi)，變化不多，故可以認為其平均值是常數(shù)，故而可用上式處理。三、儀器和試劑1、儀器：SK2-1-10H電阻爐 一臺石英管 一支控溫儀 一臺瓷舟 一個DP-A 精密數(shù)字壓力計 一臺 膠塞 一個循環(huán)水多用真空泵 一臺 電子天平一臺2、試劑：粉狀CaCO3（A.R.）圖1 實驗裝置圖1.管狀電爐引線接溫度控制器 2. 膠塞 3. 管狀電爐 4. 高鋁瓷管或石英管 5. 熱電偶接溫度控制器 6. 小瓷舟 7. 壓力計 8. 緩沖瓶 9、10. 三通活塞四、實驗步驟1、稱取約5克粉狀CaCO3裝在一小瓷舟內(nèi)（或?qū)⑿〈芍垩b滿即可），送入石英管內(nèi)相當于電

21、爐的中心部位，然后用橡皮塞緊塞石英管。2、抽真空。先將兩三通閥門9、10置于三通的位置，啟動真空泵。再將與真空泵相連三通閥10置于與大氣隔斷而與系統(tǒng)相通的位置，將系統(tǒng)抽真空（這是必要的，目的是要排凈系統(tǒng)內(nèi)原有氣體），待到壓力計數(shù)值不再變化后，將三通閥9旋轉到石英管與壓力計相通位置，將三通閥10旋轉到泵與大氣相通，停止抽真空。停留10分鐘后，檢查壓力有無變化。如果壓力計指示體系壓力在增加，表示系統(tǒng)漏氣。應找出漏氣原因，解決后，再檢查至不漏氣為止。3、確定系統(tǒng)不漏氣后，接通電源加熱管狀電爐，同時將熱電偶插入管狀電爐中央孔中，與溫度控制器相連。通電，設定溫度控制器的溫度為600。4、當溫度約為600

22、時，二次抽真空（排除剩余空氣）。方法如下：首先啟動真空泵，然后將三通閥10置于與大氣隔斷而與系統(tǒng)相通的位置，三通閥9置于三通位置，二次抽真空時間不可過長，大約12分鐘即可，記錄該溫度下壓力值。5、調(diào)節(jié)控溫儀至700，恒溫后，每隔5分鐘讀取一次壓力值，直至兩次壓力差變化不超過2%，在700-900之間，按上述過程測定8組數(shù)據(jù)，即每隔25測定一次壓力。6、整理儀器。五、注意事項1、啟停真空泵前，必須使泵與大氣相通。2、壓力計使用前必須置零。六、數(shù)據(jù)處理1、記下實驗時之室溫、大氣壓力和所測定的幾個不同溫度下的溫度和壓力數(shù)據(jù)于記錄表中，并計算處理。室溫大氣壓kPa 樣品 g序號溫度計讀數(shù)壓力計讀數(shù)分解

23、壓1234567892、以對1/T作圖，可近似的視為直線，并以下式表示：，可用圖解法確定A、B的值。3、求CaCO3分解反應rHm的平均值。4、從實驗數(shù)據(jù)中，求出Pco2=100kPa時CaCO3的分解溫度。七、思考題1、為什么裝有粉狀碳酸鈣的小瓷舟要放在相當于電爐的中央部分？2、如何確定在一定溫度下碳酸鈣分解是否達平衡？3、碳酸鈣分解實驗中，碳酸鈣是否需要準確稱量？實驗二 乙醇物性常數(shù)的測定一、實驗目的1、掌握一種測定液體飽和蒸氣壓的方法，了解蒸氣壓與溫度的關系（外壓與沸點的關系）及求氣化熱的方法。2、掌握用烏氏粘度計測量溶液粘度的方法。3、了解粘度的物理意義、測定原理和方法。4、掌握數(shù)字壓

24、力計、真空泵的使用方法。二、實驗原理1、液體飽和蒸氣壓的測定：在封閉物系中，一定溫度下，純液體與其蒸氣達到平衡時的壓力，稱為該液體的飽和蒸氣壓。它與溫度有關，在一定的溫度下液體有一定的飽和蒸氣壓，它門的關系可以近似用克拉貝龍克勞修斯方程表示：（1）此處：純液體的摩爾蒸發(fā)熱R）若溫度改變的區(qū)間不大，可視H為常數(shù)，積分上式得：（2）（2）式中l(wèi)nP與1/T有線性關系，由實驗數(shù)值作圖，得出此直線斜率，由斜率可求出液體的摩爾蒸發(fā)熱。測液體飽和蒸氣壓的方法主要分三類：（1）靜態(tài)法在某一固定溫度直接測量飽和蒸氣壓的壓力。（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

25、，調(diào)節(jié)氣流速度使能被液體的蒸氣所飽和。然后進行氣體分析，計算液體的蒸氣壓。本實驗采用第一種方法，此法基于液體在沸點時的飽和蒸氣壓力與外壓達到平衡，控制不同溫度，得到該溫度下液體的飽和蒸氣壓。靜態(tài)法準確性較高，即使蒸氣壓只有133.3Pa左右也可測定。靜態(tài)法以等位計的兩臂液面等高來觀察平衡較靈敏。對較高溫度下的蒸氣壓測定，由于溫度難以控制而準確度較差。2、粘度的測定：當流體受外力作用產(chǎn)生流動時，在流動著的液體層之間存在著切向的內(nèi)部摩擦力。如果要使液體通過管子，必須消耗一部分功來克服這種流動的阻力。在流速低時管子中的液體沿著與管壁平行的直線方向前進，最靠近管壁的體液實際上是靜止的，與管壁距離愈遠，

26、流動的速度也愈大。流層之間的切向力與兩層間的接觸面積A和速度差成正比，而與兩層間的距離成反比：（1）上“泊”表示，在國際單位制（SI）中用表示，1泊=液體的黏度可用毛細管法測定。泊肅葉（Poiseuille）得出液體流出毛細管的速度與黏度系數(shù)之間存在如下關系式： （2）式中，為在時間內(nèi)流過毛細管的液體體積；為管兩端的壓力差；為管半徑；為管長。按式（2）由實驗直接來測定液體的絕對黏度是困難的，但測定液體對標準液體（如水）的相對黏度是簡單實用的。在已知標準體液的絕對黏度時，即可算出被測液體的絕對黏度。設兩種液體在本身重力作用下分別流經(jīng)同一毛細管，且流出的體積相等，則：； （3）式中，其中為推動液體

27、流動的液位差；為液體的密度；為重力加速度。如果每次取用試樣的體積一定，則可保持在實驗中的情況相同，因此可得：（4）若已知標準液體的黏度和密度，則可得到被測液體的黏度。本實驗以純水為標準液體，利用烏氏毛細管粘度計測定指定溫度下的乙醇的黏度。三、儀器和藥品1、儀器：飽和蒸氣壓測定儀器（如圖1所示）全套圖1飽和蒸氣壓測定儀器循環(huán)水多用真空泵一臺ZH-2B玻璃恒溫水浴一套烏氏毛細管粘度計（如右圖所示）() 一支秒表1塊吸耳球1個吊錘1個橡皮管2段橡皮夾1個吹風機1個滴管2支或移液管2支2、藥品：蒸餾水，無水乙醇（A.R.）四、實驗步驟1、液體飽和蒸氣壓的測定：（1）系統(tǒng)漏氣檢查：關閉放氣閥2和接真空泵

28、的閥3，打開閥1。接通電源。待抽氣泵正常運轉四、五分鐘后，打開閥3，使系統(tǒng)減壓。此時壓力計的顯示壓力隨系統(tǒng)減壓程度的加大而減小。當壓力計顯示壓力為-10-15KPa時，關閉閥3，如果在五分鐘內(nèi)，壓力計顯示壓力基本不變。則表明系統(tǒng)不漏氣；若有變化，則說明漏氣，應仔細檢查各接口處直至不漏氣為止。（2）不同溫度下乙醇的飽和蒸氣壓的測定：自30起液體溫度每升高23左右測定一次，每次重復三遍，以取平均值。測910個點。測定方法如下：接通冷卻水，關閉放氣閥2和接真空泵的閥3，打開閥1，接通電源，使真空泵運轉。正常運轉后，打開放氣閥2，由于系統(tǒng)減壓，壓力計變負，同時有氣泡自平衡管C管逸出，氣泡逸出的速度以一

29、個一個地逸出為宜，不能成串成串地逸出。在平衡管B管液面上的壓力包括兩部分，一部分是乙醇的蒸氣壓，另一部分空氣的壓力。在測定時，必須將A 管內(nèi)空氣排除后，才能保證B 管液面上的壓力為乙醇的蒸氣壓，否則所測得的將是空氣與乙醇蒸氣的混合壓力。為此可用下述方法將A 球內(nèi)的空氣排除：如果室溫在20附近，應減壓。此時A、B之間的空氣將不斷隨乙醇蒸氣經(jīng)C 管逸出，如此抽氣12分鐘，可認為殘留的空氣分壓已降至實驗誤差以下，不影響測試結果。然后關閉抽氣閥3，微微打開放空閥2（切不可太快，以免空氣倒灌入A球。如果發(fā)生空氣倒灌，則需要重新排氣）。當C 管與B 管中兩液面趨于水平時，將閥1關閉，然后在同一溫度下測定兩

30、次。溫度升高后測定手續(xù)與上面相同，只是溫度升高后乙醇的飽和蒸氣壓加大，壓差減少。測定時的溫度要求恒定。2、粘度的測定：（1）先用熱洗液（經(jīng)砂心漏斗過濾）將黏度計浸泡，再用自來水、蒸餾水分別沖洗幾次，每次都要注意反復流洗毛細管部分，洗好后烘干備用。（2）調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至（30.00.1），在粘度計支管B、C上套上短乳膠管，從管A裝入適量無水乙醇，液面在F球的c、d刻度線之間，將粘度計夾在鐵架臺上，并垂直豎立于恒溫槽中，使水面完全沒過G球，恒溫15min，并用吊錘檢查是否垂直。（3）恒溫后，夾緊C管上的乳膠管，并用洗耳球在B管吸氣，使液體沿毛細管上升，至液面高于G球的一半以上，松開B、C兩管與大氣

31、相通，待B管中液面降至a刻度線時，立即開動停表記錄液面從a流到b刻度線的時間t，重復測定3s。（4）傾出乙醇，倒入回收瓶中，用蒸餾水洗凈粘度計，用熱風吹干。特別注意洗凈毛細管部位，然后裝入適量蒸餾水，重復步驟3的操作。五、注意事項1、液體飽和蒸氣壓的測定：（1）平衡管中，A、B液面間的空氣必須排凈，實驗進行中易使空氣到入A 管中。（2）開啟及關閉真空泵前，使真空泵與大氣相通。2、粘度的測定：（1）安裝粘度計要垂直,應遠離加熱器和攪拌器，注意防止灰塵，纖維，油污等堵塞毛細管。（2）粘度計安裝前必須用洗液和重蒸餾水洗凈烘干。（3）測定時恒溫槽攪拌器停止攪拌以防震動。（4）每次改變濃度后一定要混合均

32、勻,抽吸溶液時注意抽吸速度，不要在毛細管內(nèi)形成氣泡。（5）實驗結束后要徹底洗凈粘度計,放置烘箱烘干。六、數(shù)據(jù)處理1、液體飽和蒸氣壓的測定：（1）記錄數(shù)據(jù)并計算不同溫度的蒸氣壓。序號12345678910（2）作P對T的曲線圖。（3）作ln P對1/T的圖。（4）計算乙醇的摩爾氣化熱。2、粘度的測定（1）數(shù)據(jù)記錄：實驗溫度： 蒸餾水密度無水乙醇密度 次數(shù)樣品及時間123平均無水乙醇t2/s蒸餾水t1/s（2）計算無水乙醇的黏度。七、思考題1、為什么平衡管a、b 之間的空氣要趕凈？怎樣判斷空氣已被趕凈？2、摩爾蒸發(fā)焓與溫度有無關系？克克方程在什么條件下才能應用？3、粘度計毛細管的粗細對實驗有何影響

33、？4、試列舉說明影響粘度準確測定的因素？實驗四 二元凝聚物系相圖一、實驗目的1、了解熱分析的測量技術。2、掌握熱分析法繪制Pb-Sn合金相圖的方法。二、實驗原理物質(zhì)在不同的溫度、壓力和組成下，可以處于不同的狀態(tài)。研究多相平衡體系的狀態(tài)如何隨溫度、壓力、濃度而變化，并用幾何圖形表示出來，這種圖形稱為相圖。二組分體系的相圖分為氣-液體系和固-液體系兩大類，本實驗為后者也稱凝聚體系，它受壓力影響很小，其相圖常用溫度組成的平面圖表示。熱分析法（步冷曲線法）是繪制相圖的常用方法之一。這種方法是通過觀察體系在冷卻（或加熱）時溫度隨時間的變化關系，來判斷有無相變的發(fā)生。通常的做法是先將體系全部熔化，然后讓其

34、在一定環(huán)境中自行冷卻；并每隔一定的時間（例如半分鐘或一分鐘）記錄一次溫度。以溫度（T）為縱坐標，時間（t）為橫坐標，畫出步冷曲線T-t圖。圖4-1是二組分金屬體系的一種常見類型的步冷曲線。當體系均勻冷卻時，如果體系不發(fā)生相變，則體系的溫度隨時間的變化將是均勻的，冷卻也較快（如圖中ab線段）。若在冷卻過程中發(fā)生了相變，由于在相變過程中伴隨著熱效應，所以體系溫度隨時間的變化速度將發(fā)生改變，體系的冷卻速度減慢，步冷曲線就出現(xiàn)轉折即拐點（如圖中b點所示）。當熔液繼續(xù)冷卻到某一點時（例如圖中c點），由于此時熔液的組成已達到最低共熔混合物的組成，故有最低共熔混合物析出，在最低共熔混合物完全凝固以前，體系溫

35、度保持不變，因此步冷曲線出現(xiàn)水平線段即平臺（如圖中cd段）。當熔液完全凝固后，溫度才迅速下降（見圖中de線段）。由此可知，對組成一定的二組分低共熔混合物體系，可以根據(jù)步冷曲線，判斷固體析出時的溫度和最低共熔點的溫度。然后用溫度作縱坐標，組成作橫坐標繪制相圖T-C圖(見圖42)。本實驗是利用“熱分析法”測定一系列不同組成Pb-Sn混合物的步冷曲線，從而繪制出其二組分體系的金屬相圖。由于這兩種金屬之任何一種都能溶解于另一種金屬中，實際上是一個部分互溶的低共熔體系，但用一般的熱分析方法，只能得到一相當于簡單的低共熔混合物類型的相圖。利用程序升降溫控制儀控制電爐的加熱和降溫，可以人為設定降溫速度。通過

36、熱電偶采集溫度數(shù)據(jù)使步冷曲線直接顯示在微機屏幕上，同時在程序升降溫控制儀上配有溫度數(shù)值顯示和定時報鳴時間，因此也可以手工記錄畫步冷曲線。圖 41 步冷曲線圖42 根據(jù)步冷曲線繪制相圖三、儀器與藥品KWL09可控升降溫電爐（圖4-3）                              

37、0; 1臺SWKY程序升降溫控制儀（帶熱熱敏電阻）（圖44）   1臺錫和鉛樣品管（分別為純Sn，含Sn30%、61.9%、80%和純Pb的樣品，樣品上方覆蓋一層石墨粉）。圖 4-3 KWL-09 可控升降溫電爐l、（2號爐）電源開關。2、加熱量調(diào)節(jié)旋鈕：調(diào)節(jié)加熱器的工作電壓。3、電壓表：顯示加熱器電壓值。4、電壓表：顯示冷風機的電壓值。5、實驗試管擺放區(qū)。6、傳感器插孔：控溫傳感器插孔。7、控溫區(qū)電爐：（1號爐）加熱熔解被測物質(zhì)。8、測試區(qū)電爐：（2號爐）對被測介質(zhì)的溫度測量、調(diào)節(jié)。9、冷風量調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)冷風機的工作電壓。圖 4-4SWKY程序升降溫控制儀面板l、

38、電源開關。2、定時設置增、減鍵按鈕，從099 S之間按增、減鍵按鈕設置。3、工作置數(shù)轉換按鈕，切換加熱、設定溫度的狀態(tài)。4、5、6、7、設定溫度調(diào)節(jié)按鈕，分別設定百位、十位、個位及小數(shù)點位的溫度，從09依次遞增設置。8、工作狀態(tài)指示燈燈亮，表明儀器對加熱系統(tǒng)進行控制的工作狀態(tài)。9、置數(shù)狀態(tài)指示燈燈亮，表明系統(tǒng)處于置數(shù)狀態(tài)。10、溫度顯示II，顯示被測物溫度顯示值。11、溫度顯示I(即控制置數(shù)顯示窗口)，顯示被控測物的實際溫度設定溫度。12、定時顯示窗口，顯示所設定時間間隔。四、實驗步驟測定樣品的步冷曲線，需先將樣品加熱熔化后再冷卻降溫。步驟如下：1、用天平分別稱取純Sn、純Pb各100g，另配

39、制含錫30%、6%、80%的鉛錫混合物各100g，分別置于樣品管中，在樣品上方各覆蓋一層石墨粉。（實驗室老師已準備好）。2、將儀器聯(lián)接好，將熱敏電阻放入樣品管中，測定時熱敏電阻應放在樣品的中部。3、設定升、降溫程序。按“工作/置數(shù) ”鍵，使置數(shù)燈亮。依次按“X100”、“X10”、“X1”、“X”設置“溫度顯示”的百位、十位、個位及小數(shù)點為的數(shù)字，沒按動一次，顯示數(shù)碼按09依次遞增，直至調(diào)整到所需“設定溫度”的數(shù)值。設置完畢再按一下“工作、置數(shù)”鍵，轉換到工作狀態(tài)。溫度顯示從設置溫度轉換為控制溫度當前值，工作指示燈亮。4、當執(zhí)行降溫程序時，隔30秒讀取溫度值，由此確定樣品的相變溫度。5、按同樣

40、方法測定其余樣品的步冷曲線，并確定各自的相變溫度。6、實驗結束后，將“加熱量調(diào)節(jié)”和“冷風量調(diào)節(jié)” 旋鈕逆時針旋到底，關閉電爐電源開關。五、注意事項1、加熱熔化樣品時的最高溫度比樣品熔點高出50左右為宜，以保證樣品完全熔融。待樣品熔融后，可輕輕搖晃樣品管，使體系的濃度保持均勻。2、在樣品降溫過程中，必須使體系處于或非常接近于相平衡狀態(tài)，因此要求降溫速率緩慢、均勻。在本實驗條件下，通過調(diào)整降溫速率，可在1小時之內(nèi)完成一個樣品的測試。3、樣品在降溫至平臺溫度時，會出現(xiàn)明顯的過冷現(xiàn)象，應該待溫度回升出現(xiàn)平臺后溫度再下降時，才能結束記錄。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1、以溫度為縱坐標、時間為橫坐標，在坐標紙上作

41、出冷卻曲線。2、已知Pb的熔點是327，從步冷曲線上查出組成純Sn、含Sn30%、61.9%和80%樣品的凝固點溫度，以溫度為縱坐標，百分組成為橫坐標，繪出Pb-Sn二組分合金相圖。七 、思考題1、什么是熱分析法？能否由熱分析法得出與液體成平衡的固態(tài)溶液線和固態(tài)溶液的溶解度隨溫度的變化？2、如何判斷加熱中的樣品何時熔融？3、純物質(zhì)及混合物的冷卻曲線各測到什么情況下可以認為完成了？實驗五 電動勢及電極電勢的測定一、實驗目的1、通過電動勢的測定，了解對消法測電動勢的基本原理、儀器構造和使用方法。2、分別測定下列各電池的電動勢：（1）Hg、Hg2Cl2(S)|KCl(飽和)|H+（待測定）

42、QH2Q|Pt求HCl溶液的pH值（2）Hg、Hg2Cl2(S)|KCl(飽和)|AgNO3 ol/L)|Ag求室溫下Ag+濃度為mol/L的陰極的電極電位E(Ag+/Ag)（3）Ag、AgCl(S)|KCl ol/L)|AgNOol/L)|Ag求室溫下難溶鹽AgCl溶解度積二、實驗原理原電池是由二個電極（半電池）組成，電池的電動勢E是二個電極電勢的差值（假設二電極溶液互相接觸而產(chǎn)生的接觸電勢已經(jīng)用鹽橋除掉）。設左方電極（負極）的電極電勢E左，右方（正極）為E右，一般規(guī)定E=E右-E左（1）電極電勢的大小與電極性質(zhì)、溶液中有關離子的活度及溫度有關。在電化學中電極電勢的數(shù)值是相對值，通常將標準氫

43、電極（p=100kPa，aH+=1）的電極電勢定為零，將它作為負極與待測電極組成一原電池，此電池的電動勢即為該待測電極的電極電勢。由于使用氫電極較麻煩，故常用其他可逆電極作為比較電極，常用的比較電極有甘汞電極，氯化銀電極等。無論哪一類型的電極，它們的電極電勢都可以用下列公式表示：（2）整理為： （3）式中該電極的標準電極電勢，與溫度有關z為電極反應的轉移電子數(shù)T絕對溫度 電極發(fā)生還原反應時物質(zhì)B(電極)的活度 化學計量數(shù)本實驗中電池（1）的電動勢為：=（4）測出該電池的電動勢Ea，且已知該溫度下和E飽和甘汞，由式（4）即可求出HCl溶液的PH值。電池（2）的電動勢Eb為：（5）測出Eb，且已知

44、該溫度下的E飽和甘汞即可求E(Ag+/Ag)Ag |AgCl電極是Ag浸在含有AgCl沉淀（鍍在Ag電極上）的KCl溶液中，實際上等于Ag和極稀Ag+所形成的電極，且Ag+的濃度由所Cl- 控制，因在一定溫度下,(是AgCl的溶解度積，一定溫度下為常數(shù))。右面電極是Ag浸在較濃Ag+溶液中所形成的電極，所以這兩個電極組成的電池實際是一個濃差電池，它的電動勢為：（6）式中AgNO3溶液中Ag+的活度。在含有AgCl沉淀的KCL溶液中Ag+的活度。因一定溫度下：代入式（6）則得：（7）式中：AgNO3溶液中Ag+的摩爾濃度和活度系數(shù)。KCl溶液中Cl-的摩爾濃度和活度系數(shù)。由實驗測得上列電池的電動

45、勢，且已知、以后，就可求得該溫度下AgCl的溶解度積。11型強電解質(zhì)，當濃度為 mol/L時，電極電勢和電動勢測定在生產(chǎn)和科學實驗中有廣泛應用，例如測定溶液中的pH值，溶液濃度，電位的測定，求難溶鹽類的溶解度積，測定離子的價數(shù)，測定電解質(zhì)溶液的活度系數(shù)。電極電勢測定的原理在生產(chǎn)中可用于自動控制，例如自動控制反應的PH值，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。三、儀器和試劑1、儀器：數(shù)字式電子電位差計 一臺Ag、Pt、氯化銀電極各一支、飽和甘汞電極1支、標準電池一塊燒杯50ml四個2、試劑：KCl 飽和溶液KCl 0.02 mol/LHCl 0.1mol/L,醌、氫醌AgNO3ol/LEw：工作電池EN：標準電

46、池Ex：被測電池K：切換開關R：可變電阻ab：滑線電阻對消法測電動勢原理圖G：平衡指示四、實驗步驟1、制備鹽橋：將約25 ml蒸餾水、2克NH4NO3及0.3瓊脂（約半牛角勺）放入燒杯中加熱，并不斷用玻璃棒攪拌，待瓊脂溶解后停止加熱，冷卻后凝成膠凍即可使用。2、電極的制備：（1）飽和甘汞電極（由實驗室制備），使用時注意如有氣泡應排除，甘汞電極使用后勿倒掉?。?）氫醌電極：將待測HCl溶液倒入一支半電池管內(nèi)，加入少量氫醌使其過飽和，插入一支洗凈擦干的鉑電極。（3）銀電極：用砂紙將Ag電極的表面擦亮，再用少量0.02 mol/L AgNO3溶液沖洗，插入盛有0.02 mol/L AgNO3溶液的半

47、電池管內(nèi)。（4）氯化銀電極：用少量0.02 mol/L KCl溶液沖洗已鍍好AgCl的AgAgCl電極，然后插入盛有0.02 mol/L KCl溶液的半電池管中。3、打開數(shù)字電位差計電源預熱1520分鐘。4、調(diào)標準：（視儀器選擇下列一種調(diào)標準的方法）外標：將電極引線按正、負極插入外標位置，接通標準電池，選擇旋鈕打到外標位置，將標準電動勢給定，按校準按鈕使平衡指示為零。內(nèi)標：將選擇旋鈕打到內(nèi)標位置，給定1V電動勢，按校準按鈕使平衡指示為零。5、測電池電動勢：將電極引線按正、負極插入測量位置，接通原電池，選擇旋鈕打到“測量”位置，調(diào)檔使平衡指示為零，讀數(shù)。6、更換電極重復以上操作測量另兩個電池的電

48、動勢。7、實驗完畢拆除線路和儀器電源，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。五、數(shù)據(jù)處理1、求室溫下HCl溶液的pH值。2、求室溫下Ag|AgNO3 mol/L)的電極電勢。3、求室溫下AgCl的溶解度積。六、思考題1、為何測電動勢要用對消法，對消法的原理是什么？2、標準電池的作用是什么？應如何維護？3、使用鹽橋的目的是什么？為什么要有瓊脂？本實驗能否用KCl作鹽橋？實驗六 過氧化氫的催化分解一、實驗目的1、測定一級反應速率常數(shù)k，驗證反應速率常數(shù)k與反應物濃度無關。2、通過改變催化劑濃度試驗，得出反應速率常數(shù)k與催化劑濃度有關。二

49、、實驗原理H2O2在常溫的條件下緩慢分解，在有催化劑的條件下，分解速率明顯加快，其反應的方程式為：H2O2= H2O+1/2O2在有催化劑（如KI）的條件下，其反應機理為：H2O2+KIKIO+ H2O （1）KIOKI+ O2 （2）其中（1）的反應速度比（2）的反應速度慢，所以H2O2催化分解反應的速度主要由（1）決定，如果假設該反應為一級反應，其反應速度式如下： （3）在反應的過程中，由于KI不斷再生，故其濃度不變，與合并仍為常數(shù)，令其等于上式可簡化為：（4）積分后為： （5）- H2O2的初始濃度-反應到t時刻的H2O2濃度-KI作用下, H2O2催化分解反應速率常數(shù)反應速率的大小可用

50、k來表示，也可用半衰期來表示。半衰期表示反應物濃度減少一半時所需的時間，即代入（5）式得：=(ln2)/k關于t時刻的H2O2濃度的求法有許多種，本實驗采用的是通過測量反應所生成的氧的體積量來表示，因為在分解的過程中,在一定時間內(nèi),所產(chǎn)生的氧的體積與已分解的H2O2濃度成正比,其比例常數(shù)是一定值即0 0H2O2全部分解所產(chǎn)生的氧氣的體積-反應到t時刻時,所產(chǎn)生的氧氣的體積反應到t時刻時，H2O2已分解的濃度式中K為比例常數(shù),將此式代入速率方程式中,可得到：即：如果以t為橫坐標,以為縱坐標,若得到一直線，即可驗證H2O2催化分解反應為一級反應,由直線的斜率即可求出速率常數(shù)k值。而可通過測定H2O

51、2的初始濃度計算得到。公式如下：氧的分壓,由大氣壓減去該實驗溫度下水的飽和蒸氣壓（查表）H2O2的初始濃度實驗中所取用的H2O2的體積R 氣體常數(shù)T實驗溫度K三、實驗儀器與試劑1、儀器：氧氣的測量裝置 一套秒表 一塊量筒 10ml 一個移液管25ml兩支10ml、5ml各一支容量瓶 100ml 一個錐形瓶150ml三個 250ml兩個酸式滴定管50ml 一支圖1 實驗反應裝置圖2、試劑：H2O2溶液 mol/L）KMnO4溶液 （2mol/L） mol/L KI 0.05 mol/L KI3 mol/L H2SO 4四、實驗步驟1、裝好儀器（圖1）。熟悉量氣管及水平管的使用，使錐形瓶與量氣管相

52、通，造成液差，檢查系統(tǒng)是否漏氣。2、固定水平管使量氣管內(nèi)水位固定在“0”處，轉動三通活塞使量氣管與錐形瓶連通。3、用移液管取25 ml 0.1 mol/L KI 及5 ml 蒸餾水注入洗凈烘干的錐形瓶中。（為什么要干的？）并加入電磁攪拌棒。4、用移液管取5 ml H2O2注入瓶中，速將橡皮塞塞緊，開動電磁攪拌器，同時開動停表計時，此后保持量氣管與水平管中的水在同一平面上，每放出5 ml氧氣記錄一次時間，至放出50 ml氧氣為止。5、按照同樣方法，改變藥品用量作以下實驗：（1）25 ml 0.1 mol/L KI 加10 ml H2O2。（2）25 ml 0.05 mol/L KI 加10 ml

53、 H2O2。6、測定所用H2O2的準確濃度：H2O2濃度用已知濃度的KMnO4溶液滴定，由所用KMnO4的體積和濃度計算出H2O2濃度。其反應如下：5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 5O2操作方法如下：用移液管取10 ml H2O2于100 ml容量瓶中，加蒸餾水沖淡至刻度，取其10 ml于250ml錐形瓶中，加3 mol/L H2SO4 5 ml(H2SO4起酸性介質(zhì)作用)。用標準KMnO4溶液滴定，開始滴定時一定要緩慢，以后可稍快，（這是因為反應產(chǎn)物Mn2+起催化劑作用，為一自催化反應）。滴至溶液呈淡粉色為止。重復滴定兩次，算出H2O2濃度。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理溫度：大氣壓：kPaKMnO4濃度：mol/LKMnO4的體積：V1ml V2ml Vml1、計算H2O2濃度：2、求V：3、反應物的組成：CKI/ mol.L-1VKI/ml4、各組反應實驗記錄：時間t/minln(V-Vt)/ ml5 ml H2O210 mlH2O25101520253035404550k/min-1t1/2/min5、將三組結果分別以ln(V-Vt)/ ml為縱坐標，t/min為橫坐標作圖，由直線斜率m求反應速度常數(shù)k值及半衰期，并將結果填入上表。6、從實驗結果回答以下問題：（1）k值與所用H2O