物理化学实验课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理化学实验,一、目的,1,、巩固并加深对物理化学课程中相关理论和概念的理解；提高学生灵活运用物理化学原理的能力；,2,、掌握物理化学实验的基本方法、实验技术和常用仪器的构造原理及使用方法；,3,、培养学生正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力。,二、要求,实验预习：目的、原理、步骤、注意事项、数据记录表格、仪器使用方法等。,实验过程：穿实验服、检查预习报告、讲解实验要点并提问、认真独立完成实验、记录实验数据、上交实验数据表；安全和卫生检查合格后方可结束实验,.,实验记录：记录实验数据和现象必须属实、准确，不能用铅笔记录，不能随意涂抹数据；,实验条件也必须记录；,数据记录要表格化。,三、成绩评定,平时成绩,40,分，操作考,20,分，期末笔试,40,分；,（平时：预习,10,分，操作,50,分，报告,40,分）,四、实验报告,实验名称：,一、实验目的,二、简明实验原理,三、实验仪器装置图,四、实验步骤,五、数据记录及处理,六、讨论：对实验现象的分析和解释、实验结果的误差分析、对实验的改进意见及心得体会等。,七、思考题,五实验数据的表达及处理,（,2,）表中要表达的是,纯数值,，因此栏头要详细地,标明名称、数量单位和公共因子；,（,3,）在每一行中所列数据要排列整齐，位数和小,数点要上下对齐。,（,4,）自变量的选择最好按自变量等量递增顺序来,排列；,（,5,）原始数据可与计算数据并列表中，,但计算,公式和方法要注明。,1,、列表法：,（,1,）,每一表格要有简明完整的名称,；,t/,T/K,10,3,P/mmHg,log p,79.6,352.6,2.835,766.0,2.8845,77.1,350.2,2.854,694.6,2.8400,73.7,346.7,2.890,626.6,2.7970,69.1,342.1,2.921,537.6,2.7305,62.2,335.2,2.982,422.6,2.6259,例如：表,1,苯的蒸汽压,a,.,坐标纸的选择与横纵坐标的确定,：,直角坐标纸最为常用，在直角坐标纸作图时,习惯上,以自变量为横轴，因变量为纵轴，横轴和纵轴的读,数一般不一定从零开始，可视具体情况而定。,b.,坐标的范围,：,确定坐标范围要包括全部测量数据或稍留余地 。,c.,比例尺的选择,2,、图解法：,比例尺选择的一般原则,：,（,）要能表示全部有效数字，以便从图解法求出,各量的准确度与测量的准确度相适应。,（,）在上述条件下，充分考虑利用图纸的全面积， 使全图布局合理。若图形为直线，应使其直线与横纵坐标轴的夹角尽可能在,45,左右 。,（,）坐标轴上每小格的数值，应便于读数和计算，,一般取,1,、,2,、,5,或是,1,、,2,、,5,的,10,n,倍，要避,免用,3,、,6,、,7,、,9,这样的数值及它的,10,n,倍。,d.,画坐标轴,：,（,）,标明坐标轴名称及单位。,（,）,标明坐标轴比例尺（标度），以便解图及,读数。,e.,作测量点（描点）,：,可用,、,等表示测得数值各点绘,于图上，在一张图纸上如有数组不同的测量,值时，各测量值的代表点应以不同符号表示，,以示区别。并须在图上注明。,但不标明实验数据。,（,）各测量点,均匀,分布在曲线的两侧；,（,）曲线应光滑均匀，细而清晰。,注意：不能用圆珠笔画图。,g.,要注明图名、说明：,f.,联曲线：,lgp,2.90,2.85,2.80,2.75,2.70,2.65,2.60,2.80 2.85 2.90 2.95 3.00,图,1,苯的,log p-,图,(,室温,25.0,）,10,3,1,电导法测定弱电解质的电离常数,实验目的,1,、了解溶液电导、摩尔电导率的基本概念。,2,、学会电导,(,率,),仪的使用方法。,3,、测量电解质溶液的摩尔电导率，并计算弱 电解质溶液的电离常数。,实验原理,对于,CA,型弱电解质,CA C,+,+ A-,若弱电解质总浓度为,c,，该浓度下弱电解质的解离度为,，则解离平衡常数为：,测定解离度,的值,采用电导法。,电导是电阻的倒数。电导的符号为,G,，电阻的符号为,R,，以公式表示，即,若某电导池的两电极间相距为,l,，极板面积为,A,，那么该电导池中溶液的电导为：,为了比较不同电解质溶液的导电能力，人们引入了摩尔电导率的概念：在相距,1m,的两个平行电极之间，放入含有,1mol,的电解质溶液时该溶液的电导称为摩尔电导率，用,m,表示。摩尔电导率与电导率之间的关系为：,弱电解质的解离度,随浓度的下降而增大，当溶液浓度趋于无限稀释，弱电解质将趋于完全解离，即,1,。在一定温度下，某电解质溶液的摩尔电导率与溶液中离子的浓度成正比，因而也就与电离度,成正比。所以，,根据离子独立运动定律，在无限稀释的溶液中，离子运动是彼此独立的，互不影响，即电解质的摩尔电导率等于正、负离子摩尔电导率之和。弱电解质,CH,3,COOH,的 可由强电解质,HCl,、,CH,3,COONa,和,NaCl,的 求得：,2,蔗糖水解反应速率常数的测定,实验目的,1,测定蔗糖水解反应的速度常数和半衰期。,2,了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。,3,了解自动旋光仪的基本原理，掌握自动旋光仪的正确使用,实验原理,蔗糖水解反应：,C,12,H,22,O,11,+H,2,OC,6,H,12,O,6,+C,6,H,12,O,6,葡萄糖 果糖,蔗糖水解反应可看做为一级反应，一级反应的速度方程可用下式表示：,反应的半衰期：,t,1/2,=ln2/K=0.693/K,蔗糖及其转化产物都含有不对称的炭原子，它们都具有旋光性。但是它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。,溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质之旋光能力，溶剂性质，溶液的浓度，样品管长度，光源波长及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度,与反应物浓度,C,呈线性关系，即：,=kc,物质的旋光能力用比旋光度来衡量。作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度 ，生成物中葡萄糖是右旋物质，其比旋光度 ，但是果糖是左旋性物质，其比旋光度 。由于生成物中果糖之左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此，随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水解，这时左旋角达到最大值,。,lg,（,t,-,）,=-kt/2.303+lg,（,0,-,）,以,lg,（,t,-,）对,t,作图为一直线从直线的斜率可求得反应速度常数,k.,3,原电池电动势的测定,实验目的,1.,掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法。,2.,学会一些电极的制备和处理方法。,3.,通过电池和电极电势的测量，加深理解可逆电池的电动势及可逆电极电势的概念。,4.,测定几个电池的电动势,实验原理,测量电池的电动势，要在接近热力学可逆条件下进行，不能用伏特计直接测量，因为此方法在测量过程中有电流通过伏特计，处于非平衡状态，因此测出的是两电极间的电势差，达不到测量电动势的目的，而只有在无电流通过的情况下，电池才处在平衡状态。用对消法可达到测量原电池电动势的目的。,对消法测电动势示意图,工作电源,电位计,检流计,标准电池,待测电池,本实验测定以下电池的电池电动势：,（,1,）,ZnZnSO,4,( 0.1mol,L,1,)CuSO,4,(0.1mol,L,1,)Cu,（,2,）,ZnZnSO,4,( 0.1mol,L,1,)KCl(,饱和,)Hg,2,Cl,2,(s)Hg,（,3,）,HgHg,2,Cl,2,(s)| KCl (,饱和,)CuSO,4,(0.1mol,L,1,)Cu,（,3,）,Cu CuSO,4,(0.01mol,L,1,) CuSO,4,(0.1mol,L,1,)Cu,4,希托夫法测定离子迁移数,1,掌握希托夫法测定电解质溶液中离子迁移数的某本原理和操作方法。,2,测定,CuSO,4,溶液中,Cu,2+,和,SO,4,2-,的迁移数。,实验目的,实验原理,把离子,B,所运载的电流与总电流之比称为离子,B,的迁移数用符号 表示。,由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，,因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。,迁移数在数值上可表示为：,负离子应有类似的表示式。如果溶液中只有一种,电解质，则：,用希托夫法测定,CuSO,4,溶液中,Cu,2+,和,SO,4,2-,的迁移数时，在溶液中间区浓度不变的条件下，分析通电前原溶液及通电后阳极区（或阴极区）溶液的浓度，比较等重量溶剂所含,CuSO,4,的量，可计算出通电后迁移出阳极区（或阴极区）的,CuSO,4,的量。通过溶液的总电量,Q,由串联在电路中的电量计测定。可算出 。,5,黏度法测定聚合物的相对分子质量,实验目的,1.,了解粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式。,2.,掌握用乌氏粘度计测定高聚物溶液粘度的原理与方法。,3.,测定聚乙烯醇的摩尔质量。,实验原理,实践证明，在相同温度下,，为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以,sp,表示：,高聚物稀溶液的粘度是它在流动时内摩擦力大小的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：纯溶剂分子间的内摩擦，记作,；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的总和称为高聚物溶液的粘度，记作,。,sp,(,)/,/,1,r,1,高聚物溶液的,sp,往往随浓度,C,的增加而增加。为了便于比较，定义单位浓度的增比粘度,sp,/,C,为比浓粘度，定义,ln,r,/,C,为比浓对数粘度。当溶液无限稀释时，高聚物分子彼此相隔甚远，它们的相互作用可以忽略，此时比浓粘度趋近于一个极限值，即：,因为根据实验，在足够稀的高聚物溶液中有如下经验公式：,式中，,和,为常数，因此我们获得,的方法如图所示：一种方法是以,sp,/,C,对,C,作图，外推到,C,0,的截距值；另一种是以,ln,r/,C,对,C,作图，也外推到,C,0,的截距值，两根线应合于一点，这也可校核实验的可靠性。,又因通常测定是在稀溶液中进行,(C,1,10,-2,g,cm,-3,),，溶液的密度和溶剂的密度近似相等，因此可将,r,写成,：,所以通过测定溶剂和溶液在毛细管中的流出时间，从,上,式求得,r,，再由,外推法求,t,为测定溶液粘度时液面从,a,刻度流至,b,刻度的时间,t,o,为纯溶剂流过的时间,KM,a,6,凝固点降低法测定物质的摩尔质量,1,、测定以环己烷为溶剂，萘为溶质的溶液的 凝固点降低值，计算萘的分子量。,2,、掌握溶液凝固点的测定技术。,3,、掌握贝克曼温度计的使用方法,。,实验目的,实验原理,当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时（不生成固溶体），则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。即,T=T,f,*,T,f,=K,f,b,B,式中，,T,f,*,为纯溶剂的凝固点，,T,f,为溶液的凝固点，,b,B,为溶液中溶质,B,的质量摩尔浓度，,K,f,为溶剂凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。若称取一定量的溶质,m,B,(g),和溶剂,m,A,(g),，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为：,整理得：,若已知某溶剂的凝固点降低常数,K,f,值，,通过实验测定此溶液的凝固点降低值,T,，,即可计算溶质的分子量,M,B,。,7,最大气泡压力法测定溶液表面张力,实验目的,1,、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力。,2,、了解表面张力的性质、表面吉布斯自由能能的意义以及表面张力和吸附的关系。,3,、掌握最大气泡法测定表面张力的方法。,实验原理,表面张力的概念：在表层中，由于表面分子净受一个向内的拉力的作用使部分表面分子进入到内部，使表面分子总数减少，因此，表层分子之间的距离加大，从而使表面分子沿该方向上的引力增大，这就使得分子间产生一个相互收缩的力，这个分子间相互作用收缩的力就称为表面张力。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变化值,G,称为单位表面的表面能。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力。,表面张力与所处的温度、压力、液体的组成等有关。,当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原理，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶质的浓度应比内部低,这种现象称为溶液的表面吸附。用吉布斯公式,(Gibbs),表示：,通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。,最大气泡法测定表面张力的装置。待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随毛细管上升。打开滴液漏斗缓慢抽气。此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液面所受压力，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气泡。,1-,滴液漏斗,2-,支管试管,3-,毛细管,4-,恒温槽,5-,压差计,最大气泡法表面张力测定装置,在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力,P,，,附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径,R,成反比,若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种,溶液而言，则得：,8,磁化率测定,实验目的,1,、掌握古埃法测定磁化率的,基本原理和实验方法,。,2,、用磁天平测定物质的磁化率，求算其顺,磁场性原子（离子）的未成对电子数。,实验原理,物质受到外磁场的作用会发生磁化，除铁磁性物质外磁化强度,I,正比于外磁场强度,H,：,I=kH,单位质量磁化率,x,和摩尔磁化率,x,M,定义是,= k/,M,= kM/,物质的磁性一般可分为反磁性、顺磁性和铁磁性。,顺磁物质的,0,，摩尔顺磁磁化率,通过实验测得磁化率就能确定分子的磁矩。分子的,磁矩决定于电子的轨道运动和自旋运动情况，和它所包含的未成对电子数,n,的关系为：,用已知磁化率的莫尔氏盐标定。莫尔氏盐的摩尔磁化率 与热力学温度,T,的关系为：,