偶極矩的測(cè)定用小電容測(cè)量?jī)x測(cè)偶極矩(帶思考題目解析)

_用小電容測(cè)量?jī)x測(cè)偶極矩【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆杖芤悍y(cè)定偶極矩的原理、方法和計(jì)算。熟悉小電容儀、折射儀的使用。用溶液法測(cè)定正丁醇的偶極矩，了解偶極矩與分子電性質(zhì)的關(guān)系。精品文檔放心下載【實(shí)驗(yàn)原理】1.偶極矩與極化度分子呈電中性，但因空間構(gòu)型的不同，正負(fù)電荷中心可能重合，也可能不重合，前者為非極性分子，感謝閱讀后者稱為極性分子，分子極性大小用偶極矩μ來度量，其定義為精品文檔放心下載μ=gd (1)式中，g為正、負(fù)電荷中心所帶的電荷量;d是正、負(fù)電荷中心間的距離。偶極矩的SI單位是庫(kù)米(C·m)。謝謝閱讀而過去習(xí)慣使用的單位是德拜(D)，1D=3.338×10-30C·m。精品文檔放心下載若將極性分子置于均勻的外電場(chǎng)中，分子將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還會(huì)發(fā)生電子云對(duì)分子骨架的相對(duì)精品文檔放心下載移動(dòng)和分子骨架的變形，稱為極化。極化的程度用摩爾極化度P來度量。P是轉(zhuǎn)向極化度(P轉(zhuǎn)向)、電子極精品文檔放心下載化度(P電子)和原子極化度(P原子)之和，P=P轉(zhuǎn)向+P電子+P原子(2)其中，(3)式中，NA為阿佛加德羅(Avogadro)常數(shù);K為玻耳茲曼(Boltzmann)常數(shù);T為熱力學(xué)溫度。精品文檔放心下載由于P原子在P中所占的比例很小，所以在不很精確的測(cè)量中可以忽略P原子，(2)式可寫成精品文檔放心下載P=P轉(zhuǎn)向+P電子 (4)_只要在低頻電場(chǎng)(ν<1010s-1)或靜電場(chǎng)中測(cè)得P;在ν≈1015s-1的高頻電場(chǎng)(紫外可見光)中，由于極性分精品文檔放心下載子的轉(zhuǎn)向和分子骨架變形跟不上電場(chǎng)的變化，故P轉(zhuǎn)向=0，P原子=0，所以測(cè)得的是P電子。這樣由(4)式可謝謝閱讀求得P ，再由(3)式計(jì)算μ。轉(zhuǎn)向通過測(cè)定偶極矩，可以了解分子中電子云的分布和分子對(duì)稱性，判斷幾何異構(gòu)體和分子的立體結(jié)構(gòu)。謝謝閱讀2.溶液法測(cè)定偶極矩所謂溶液法就是將極性待測(cè)物溶于非極性溶劑中進(jìn)行測(cè)定，然后外推到無限稀釋。因?yàn)樵跓o限稀的溶謝謝閱讀液中，極性溶質(zhì)分子所處的狀態(tài)與它在氣相時(shí)十分相近，此時(shí)分子的偶極矩可按下式計(jì)算:感謝閱讀(5)式中，P∞2和R∞2分別表示無限稀時(shí)極性分子的摩爾極化度和摩爾折射度(習(xí)慣上用摩爾折射度表示折射法測(cè)定的P電子);T是熱力學(xué)溫度。精品文檔放心下載本實(shí)驗(yàn)是將正丁醇溶于非極性的環(huán)己烷中形成稀溶液，然后在低頻電場(chǎng)中測(cè)量溶液的介電常數(shù)和溶液精品文檔放心下載的密度求得P∞2;在可見光下測(cè)定溶液的R∞2，然后由(5)式計(jì)算正丁醇的偶極矩。精品文檔放心下載(1)極化度的測(cè)定無限稀時(shí)，溶質(zhì)的摩爾極化度P∞2的公式為PlimP31M111M2M1(6)22(2)2d2dx201121式中，ε1、ρ1、M1分別是溶劑的介電常數(shù)、密度和相對(duì)分子質(zhì)量，其中密度的單位是g·cm-3;M2為溶精品文檔放心下載質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量;α和β為常數(shù)，可通過稀溶液的近似公式求得:精品文檔放心下載(7)(8)式中，ε和ρ分別是溶液的介電常數(shù)和密度;x是溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。謝謝閱讀溶 溶 2無限稀釋時(shí)，溶質(zhì)的摩爾折射度R∞2的公式為(9)_式中，n1為溶劑的折射率;γ為常數(shù)，可由稀溶液的近似公式求得:謝謝閱讀(10)式中，n溶是溶液的折射率。其中α、γ分別根據(jù)ε12～x2、n12～x2作圖求出。謝謝閱讀本實(shí)驗(yàn)中，取β=0(2)介電常數(shù)的測(cè)定介電常數(shù)是通過測(cè)定電容，計(jì)算而得到。按定義C（11）C0其中C0是以真空為介質(zhì)的電容，C是充以介電常數(shù)為ε的介質(zhì)時(shí)的電容。實(shí)驗(yàn)上通常以空氣為介質(zhì)時(shí)感謝閱讀的電容為C0，因?yàn)榭諝庀鄬?duì)于真空的介電常數(shù)為1.0006，與真空作介質(zhì)的情況相差甚微。由于小電容測(cè)精品文檔放心下載量?jī)x測(cè)定電容時(shí)，除電容池兩極間的電容C0外，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中還有分布電容Cd的存在，即精品文檔放心下載Cx/=Cx+Cd（12）其中，Cx/為實(shí)驗(yàn)所測(cè)值，Cx為真實(shí)的電容。對(duì)于同一臺(tái)儀器和同一電容池，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，Cd基本上是定值，故可用一已知介電常數(shù)的標(biāo)謝謝閱讀準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校正，以求得Cd。ε環(huán)己烷=2.023-0.0016*（t-20）本實(shí)驗(yàn)采用電橋法。校正方法如下：C空/=C空+Cd（13）C標(biāo)/=C標(biāo)+Cd（14）ε標(biāo)=C標(biāo)/C空（C空≈C0）（15）故Cd=（ε標(biāo)C空/-C標(biāo)/）/（ε標(biāo)-1）（16）Cd代入(13)和(14)式即可求得C溶和C空。這樣就可計(jì)算待測(cè)液的介電常數(shù)?！緝x器藥品】感謝閱讀_小電容測(cè)量?jī)x1臺(tái);阿貝折射儀1臺(tái);吸耳球1只;滴瓶6只;滴管6只,2ml移液管6只。謝謝閱讀環(huán)己烷(AR);正丁醇摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.04，0.06，0.08，0.10和0.12的五種正丁醇—環(huán)己烷溶液。精品文檔放心下載【實(shí)驗(yàn)步驟】1.折射率的測(cè)定（γ）（1）用阿貝折射儀分別測(cè)定環(huán)己烷和五份溶液的折射率，并記錄測(cè)量溫度。測(cè)量?jī)纱?，取平均值。謝謝閱讀（2）由 公式，以(n溶/n1)～X2作圖，從直線的斜率求γ感謝閱讀2.電容的測(cè)定（α）(1)將電容測(cè)量?jī)x通電，預(yù)熱20min。(2)將電容儀與電容池連接線先接一根(只接電容儀，不接電容池)，調(diào)節(jié)零電位器使數(shù)字表頭指示為0。謝謝閱讀(3)將兩根連接線都與電容池接好，此時(shí)數(shù)字表頭上所示值既為C′空值。精品文檔放心下載(4)用2mL移液管移取2mL環(huán)己烷加入到電容池中，蓋好，數(shù)字表頭上所示值既為C′標(biāo)。謝謝閱讀由ε環(huán)己烷=2.283-0.00190（t-20）算出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)環(huán)己烷的介電常數(shù)ε標(biāo)，感謝閱讀代入公式Cd=（ε標(biāo)C空/-C標(biāo)/）/（ε標(biāo)-1）求得Cd；代入公式C空/=C空+Cd求得C空精品文檔放心下載(5)用滴管將環(huán)己烷吸入回收瓶中，用吸耳球?qū)悠肥掖蹈珊笤贉y(cè)C′空值，與前面所測(cè)的C′空值應(yīng)小于感謝閱讀0.02pF，否則表明樣品室有殘液，應(yīng)繼續(xù)吹干，然后依次用移液管移取2mL待測(cè)溶液，同樣方法測(cè)定五份溶液的C′溶。謝謝閱讀（6）由公式可知C溶=C溶/-Cd，ε溶=C溶/C空精品文檔放心下載由 以（ε溶/ε1）～X2作圖，從其斜率求出α精品文檔放心下載3.結(jié)束實(shí)驗(yàn)，切斷電源，儀器復(fù)原?！緮?shù)據(jù)處理】室溫：17.2~19.6 °C 氣壓：101.81kPa感謝閱讀{公式}_環(huán)己烷密度公式dd103(tt)106(tt)2109(tt)3tssssdsαβγ適用溫度0.79707-0.8879-0.9721.550~65n19=nT+0.00045*(T-19)（n19：19°C時(shí)，物質(zhì)的折射率）ε環(huán)己烷=2.023-0.0016（t-20）C溶/=C溶+CdCd=（ε標(biāo)C空/-C標(biāo)/）/（ε標(biāo)-1）ε溶=C溶/C空1.將所測(cè)數(shù)據(jù)列表。{原始數(shù)據(jù)}折射率的測(cè)定（γ）電容的測(cè)定（α）T=19.0°C序號(hào)折射率折射率正丁醇摩（n溶溫度（n溶溫度爾分?jǐn)?shù)X21）T1/°C2）T2/°CC空//pFC′溶1/pFC′溶2/pF00（環(huán)己烷）1.428011.751.427211.876.91（C′標(biāo)）6.91（C′標(biāo)）10.041.426311.781.425811.877.077.0720.061.425711.781.425211.897.167.1530.081.424911.81.424611.897.277.2740.101.424311.81.424011.897.397.3950.121.423511.81.423211.894.427.557.53_2.{數(shù)據(jù)處理}（1）作(n19溶/n1)～X2圖，由直線斜率求值?？芍?=-0.02427精品文檔放心下載以第1組數(shù)據(jù)說明數(shù)據(jù)處理過程：折射率的測(cè)定（γ）序號(hào)正丁醇摩折射率溫度折射率溫度爾分?jǐn)?shù)X2（n溶1）T1/°C（n溶2）T2/°C10.041.426311.781.425811.87由公式n19=nT+0.00045*(T-19) （n19：19°C 時(shí)，物質(zhì)的折射率）可知：精品文檔放心下載n19溶1=nT+0.00045*(T-19)=1.4263+0.00045*(11.78-19)=1.423051謝謝閱讀n19溶2=nT+0.00045*(T-19)=1.4258+0.00045*(11.87-19)=1.4225915感謝閱讀n19溶=（n19溶1+n19溶2）/2=1.422821精品文檔放心下載重復(fù)上述步驟，對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：折射率的測(cè)定（γ）值的計(jì)算序號(hào)正丁醇摩折射率溫度折射率溫度平均折射率（n19溶/n1）爾分?jǐn)?shù)X2（n溶1）T1/°C（n溶2）T2/°C（n19溶）001.424365（環(huán)己烷）1.428011.751.427211.87（n1）110.041.426311.781.425811.871.4228210.998916_20.061.425711.781.425211.891.4222260.99849830.081.424911.81.424611.891.421530.9980140.101.424311.81.424011.891.420930.99758950.121.423511.81.423211.891.420130.997027作(n19溶/n1)～X2圖1.0000(n19溶/n)-X擬合曲線12n10.9995/溶90.99901n0.99850.99800.99750.99700.99650.99600.00 0.020.040.060.080.10X精品文檔放心下載2由直線斜率求值，可知 =-0.02427

(n19溶/n)1----擬合曲線關(guān)系式：Y=0.99996-0.02427*XR=-0.99904精品文檔放心下載0.12 0.14 0.16（2）作（ε溶/ε1）～X2圖，由直線斜率求值。可知α=1.05614。謝謝閱讀以第0組數(shù)據(jù)說明數(shù)據(jù)處理過程：電容的測(cè)定（α） T=19.0°C_序號(hào)正丁醇摩爾分?jǐn)?shù)X2C空//pFC′溶1/pFC′溶2/pF00.044.426.916.91由公式可知：ε標(biāo)=ε環(huán)己烷=2.023-0.0016*（t-20）= 2.023-0.0016（19-20）= 2.0246感謝閱讀平均C′溶=(C′溶1+C′溶2)/2=6.91(=C標(biāo)/)感謝閱讀Cd=（ε標(biāo)C空/-C標(biāo)/）/（ε標(biāo)-1）=（2.0246*4.42-6.91）/(2.0246-1)=1.989783謝謝閱讀C溶=C溶/-Cd=6.91-1.989783=4.920217感謝閱讀C空=C空/-Cd=4.42-1.989783=2.430217精品文檔放心下載ε溶=C溶/C空=4.920217/2.430217=2.0246（=ε1）精品文檔放心下載重復(fù)上述步驟，對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：序號(hào)012345電容的測(cè)定正丁醇（α）摩爾分?jǐn)?shù)X200.040.060.080.10.12T=19.0°CC空//pF4.42C′溶1/pF6.917.077.167.277.397.53C′溶2/pF6.917.077.157.277.397.53α值的計(jì)算平均C′溶/pF6.91（C′標(biāo)）7.077.1557.277.397.53Cd/pF1.9897835.08025.16525.28025.40025.5402C溶/pF4.9202171717171717C空/pF2.430217_2.09042.12542.17272.22212.2797ε溶2.0246（ε1）38143513211.03251.04971.07311.09751.1260（ε溶/ε1）11995685711作（ε溶/ε1）～X2圖）1.14（ε溶/ε）-X擬合曲線（ε溶/ε）1----擬合曲線1ε12/1.12溶ε1.10（1.08關(guān)系式：1.06Y=0.9931+1.05614*XR=0.991071.041.021.000.000.020.040.060.080.100.120.140.16X2由直線斜率求α值，可知 α=1.05614（3）計(jì)算P∞2和R∞2.由公式可知：環(huán)己烷密度公式d

d

103

(t

t)106

(t

t)2

109

(t

t)3t

s

s

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α

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適用溫度0.79707

-0.8879

-0.972

1.55

0~65_T=19.0°C時(shí)，環(huán)己烷密度p1=0.79707+10-3*（-0.8879）*（19-0）+10-6*（-0.972）*（19-0）2+10-9*1.55*（19-0）謝謝閱讀3=0.78gcm-1且由（1）（2）可知n1=1.424365，ε1=2.0246，α=1.05614，β=0，=-0.02427，M1=84，M2=74代入公式可得：精品文檔放心下載PlimP31M111M2M122(2)2d2dx20112131.056142.0246842.0246174謝謝閱讀(2.02462)20.782.024620.78謝謝閱讀=66.8030841.424365217461.424365840.024271.424365220.781.4243652220.78=22.2667(4)求算正丁醇的

。由公式可知:

0.04261030

PR

T20.0426103066.80308422.2667273.1519.0謝謝閱讀=4.86*10-30Cm【注意事項(xiàng)】1.每次測(cè)定前要用冷風(fēng)將電容池吹干，并重測(cè)C′，與原來的C′值相差應(yīng)小于0.02PF。精品文檔放心下載空 空2.測(cè)C′溶時(shí)，操作應(yīng)迅速，池蓋要蓋緊，防止樣品揮發(fā)和吸收空氣中