《物理化学实验》讲义.docx

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1、物理化学实验讲义备课教案撰写要求 一、认真钻研本学科的教学大纲和教材，了解本学科的教学任务、教材体系结构和国际国内最新研究进展，结合学生实际状况明确重难点，精心安排教学步骤，订好学期授课计划和每节课的课时计划。 二、教师备课应以二学时为单位编写教案；一律使用教学事务部发放的教案本撰写，不得使用其他纸张。在个人认真备课、写好教案的基础上，提倡集中备课、互相启发、集思广益，精益求精。 三、教案必须具备如下内容：1、题目；2、教学目的与要求；3、教学重点和难点分析；4、教学方法；5、教学内容与教学组织设计；6、作业处理；7、教学小结。 四、教案必须每学期更新，开学初的备课量一定要达到或超过该课程课时

2、总量的三分之一。教案要妥善携带及保存，以备教学检查。 教学进度计划表填表说明 1本表是教师授课的依据和学生课程学习的概要，也是学院进行教学检查，评价课堂教学质量和考试命题的重要依据，任课教师应根据教学大纲和教学内容的要求认真填写，表中的基本信息和内容应填写完整，不得遗漏。 2基本信息中的“课程考核说明及要求”的内容主要包括课程考核的方式、成绩评定的方法、平时成绩与考试成绩的比例、考试的题型、考试时间以及其他相关问题的说明与要求等。 3进度表中“教学内容”只填写章或节的内容，具体讲授内容不必写；每次课只能以2学时为单位安排内容。 4进度表中的“教学形式及其手段”是指教学过程中教师所采用的各种教学

3、形式及相关手段的说明，一般包括讲授、多媒体教学、课件演示、练习、实验、讨论、案例等。 5作业安排必须具体。 6进度表中的“执行情况”主要填写计划落实和变更情况。 7教学进度计划表经责任教授、系领导审签后，不得随意变动，如需调整，应经责任教授、系领导同意，并在执行情况栏中注明。 长江大学工程技术学院教案/讲稿 实验一 过氧化氢分解反应速率常数的测定 1.1 实验目的及要求 1. 熟悉一级反应特点，了解反应浓度、温度和催化剂等因素对一级反应 速度的影响； 2. 用量体积法测H2O2分解反应的反应速度常数和半衰期.并求反应活化 能； 3. 学会用图解法求出一级反应的反应速度常数。 1.2 实验原理

4、凡是反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反 应。在催化剂KI作用下的过氧化氢的分解反应，反应历程如下： H2O2+KIH2O+KIO(慢） 1 KIOKI+O2(快）2按此历程，可推导出总反应的速度公式： -dH2O2dt=k1KIH2O2 而催化剂在反应前后浓度不变，故上式可写成： -dH2O2dt=kH2O2 为一级反应。积分上式可得： lgctk=-t c02.303式中:k为反应速度常数,c0为反应起始H2O2的浓度，c t为时间t时H2O2 的浓度。 由反应方程式可知，在常温常压下，H2O2分解的反应速度与氧气的析 出速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。 若以Vt

5、和c t表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度，V表示H2O2 第 1 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 完全分解时量气管的读数，则c t(V-Vt)，c0V，代入上式得： lgV-Vtk=-t V2.303移项得： lg(V-Vt)=-kt+lgV 2.303如果以lg(V-Vt)对t作图得一条直线，由斜率可得反应速率常数k。 V值可由如下两种方法求取： 1. 外推法：以1/t为横坐标对Vt作图，将直线段外推至1/t = 0，其 截距即为V； 2. 加热法：在测定若干个Vt的数据之后，将H2O2溶液加热至50 60约15分钟，可认为H2O2已基本分解。待完全冷却后，记下量气管 的读数.

6、即为V。 4.1.3 仪器与药品 超级恒温槽一台；量气管一支；水位瓶一个；电磁搅拌器一台；秒 表一块；25mL、10mL移液管各一支；30H2O2； KI。 1.4 实验步骤 1. 配制试剂 (1)H2O2溶液的配制： 用移液管吸取30H2O2溶液5mL，用100mL 容量瓶定容，即得实验用的1.5H2O2溶液。 (2) 0.1mol/L KI溶液的配制：精确称取1.66克KI溶解后，用100mL 容量瓶定容，即得实验用的0.1mol/LKI溶液，取部分该溶液用蒸馏水冲 稀配制0.05mol/LKI溶液。 2. 检漏 小心将胶塞盖紧到反应瓶上，如图(14一1)。旋转三通活塞4至与 外界相通，举

7、高水准瓶，使液体充满量器管。然后旋转三通活塞4，使系 统与外界隔绝，并把水准瓶放到最低位置。如果气管中液面在2分钟内 第 2 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 不变，即表示系统不漏气，否则应找出系统漏气原因，并设法排除之。 读取量器管内初始气体体积V0，注意量器管读数时一定要使水准瓶和量 器管内液面保同一水平面。 3. 测量过程 开动并调节好超级恒温槽温度。倾斜反应瓶，贴壁轻轻放入电磁搅 拌子，夹正反应瓶，举高水准瓶使液面对准刻度V0处，将三通活塞4旋 至同外界相通位置，分别用移液管加入H2O2溶液10mL、0.05mol/LKI溶 液25mL，迅速盖紧胶塞，旋三通活塞使系统与外界隔绝，开动

8、电磁搅拌 器至低速挡， 搅拌子转起后开始记时。在反应过程中， 水准瓶要时时 保持量气管和水准瓶两液面在同一平面上。每2分钟记录一次量气管体 积，直至量气管液面下降40mL为止。 4. 更换0.1mol/LKI,按照上述步骤重复测量，但每隔1分钟记录一次量 气管液面读数. 1.5 数据记录与处理 1. H2O2催化分解数据表 液面读数 氧气体积Vt(mL) 反应时间t(s) 1/t V-Vt lg(V-Vt) 2. 以Vt对1/t作图，将得到一条直线，将直线外推至1/t = 0，由其截 距得到V。 3. 以lg(V-Vt)对t作图，求直线斜率。 第 3 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 4.

9、根据t1/2=0.693/k计算半衰期。 1.6 注意事项 1. 读数时要保持水位瓶与量气管中液面在同一水平面上。 2. 实验前要检漏。 1.7 思考题 1. 反应速率常数与哪些因素有关? 2. 量气时为什么一定要使水位瓶和量气管液面在同一水平面上? 3. 为什么可以用lg(V-Vt)对t 代替C对t作图? 第 4 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 实验二 蔗糖水解反应速率常数的测定 2.1 实验目的及要求 1. 了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2. 测定蔗糖水解反应的速率常数k、半衰期t1/2和活化能Ea。 3. 了解旋光仪的简单结构原理和测定旋光物质旋光度的原理，正

10、确掌握 旋光仪的使用方法。 2.2 基本原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为: C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6 (蔗糖) (葡萄糖) (果糖) 它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H离子 催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了 反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H作为催 +化剂,其浓度也保持不变.因此蔗糖水解反应可近似为一级反应。 一级反应的速率方程可由下式表示: -dc=kc (1) dtc为时间t时的反应物浓度,k为反应速率常数。积分可得: lnc=-kt+lnc0 ( 2) c0为反应开始

11、时反应物浓度。 当c=0.5c0时,可用t1/2表示反应时间,既为反应的半衰期: t1/2=ln2 ( 3) k从(2)式不难看出,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以lnc对t 作图,可得一直线,由直线斜率即可得反应速率常数k o然而反应是在不断 进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的.但蔗糖及其转化物,都具 有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光 度的变化来度量反应的进程。 第 5 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光 能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时, 旋光

12、度与反应物浓度c呈线性关系,即: a=Ac (4) 式中比例常数A与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度 等有关。 物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示: a20D=20a (5) LC式中aD右上角的“20”表示实验时温度为20,D是指用钠灯光源D线的波 长(即589nm),a为测得的旋光度,L为样品管长度(dm),C为试样浓度(g/mL)。 o反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度aD=66.6; 生成物中葡萄糖也是右旋性 20o物质,其比旋光度aD=52.5,但果糖是左旋性物质,其比旋光度aD= -91.9.由 20o20o于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大,

13、所以生成物呈现左旋性质。因此随着 反应进行,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,直至蔗糖完全转化,这时左旋角达到最大值a。 设体系最初的旋光度为: a0=A反c0 .(t=0,蔗糖尚未转化) (6) 体系最终的旋光度为: a=A生c0 .(t=,蔗糖已完全转化) 122.3 仪器与试剂 1. 仪器：WZZ-2B型自动旋光仪1台；旋光管1支；超级恒温 水浴1套；叉形反应管2支；移液管(25mL)2支；容量瓶，然后盖上胶塞， 将叉形管置于恒温槽中恒温。待溶液恒温后，将已 恒温的盐酸溶液，倒入蔗糖溶液中，立刻开始计时，作为反应的起点。 将溶液摇匀后，迅速

14、用少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注 满旋光管，盖好盖子，擦净旋光管两端玻 璃片，立即置于旋光仪中，测定不同时间的旋光度。第一个数据要求在 反应开始后2-3分钟内测定。开始20分钟内，每两分钟读数一次，以后 每五分钟读一次。直至旋光度为负值为止。 6 的测定 为了得到反应终了时的旋光度，将步骤5叉形管中的剩余混合液 转入50 mL容量瓶，置于5060的水浴锅中恒温60分钟，使水解完全。 然后冷却至实验温度，再按上述操作，将此混合液装入旋光管，测其旋 光度，此值即可认为是。 7. 调恒温水浴温度至35,重复上列步骤56,测量另一温度下的反应 数据。 8. 实验结束后应立即将旋光管洗净擦干

15、。依次关闭测量、光源、电源开关。 2.5 数据记录与处理 1. 将所测的实验数据记录于下表中 实验温度：_ ； HCI 浓度：_ mol/L ; _ 2. lg(t -)对t作图，从直线斜率分别求出两温度时的速率常数 k(T1)及k(T2)，并求出两温度下的反应半衰期。 3从k(T1)及k(T2)利用Arrhenius公式求其平均活化能Ea。 第 8 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 反应时间t/min t t - lg(t -) 2.6 注意事项 1. 蔗糖在配制溶液前，先要经380K烘干。 2. 旋光管盖只要旋至不漏水即可，过紧旋钮会造成损坏或因玻璃片受力 产生应力而致使有一定假旋光。

16、3.钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时，应熄灭，以免损坏。 4.反应速率与温度有关，故溶液需恒温至实验温度才能混合。 5. 实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对其腐蚀。 6. 温度对反应速度影响较大，所以整个过程应保持恒温。用水浴加热反 应液测时，温度不宜过高，以免产生副反应，溶液变黄，加热过程应 同时避免溶液蒸发使糖的浓度改变，从而影响的测定。 7. 由于反应初始阶段速率较快，旋光度变化大，一定要注意时间的准确 性。 8. 根据反应温度，可适当增加HCI的浓度，以缩短反应时间。 2.7 思考题 1. 蔗糖的转化速率常数k和哪些因素有关？ 2. 在测量蔗糖转化速率常数时，选用长的旋光管好

17、？还是短的旋光管 第 9 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 好？ 3. 试估计本实验的误差，怎样减少实验误差？ 4. 如何根据蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度数据计算a？ 5. 实验中,我们用蒸馏水来校正旋光仪的零点,试问在蔗糖转化反应过 程中所测的旋光度at是否必须要进行零点校正？ 6. 配置蔗糖溶液时称量不够准确,对测量结果是否有影响？ 2.8 WZZ2B自动旋光仪的使用说明 1. 打开电源开关，这时钠光灯在交流工作状态下起辉，经5分钟钠光灯 激活后，钠光灯才发光稳定。 2. 打开光源开关，若光源开关扳上后，钠光灯熄灭，则应将光源开关上 下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常。 3

18、. 打开测量开关，这时数码窗应有数字显示。 4. 将装有蒸馏水或其它空白溶剂的旋光管放入样品室，盖上箱盖，待示 数稳定后，按清零按钮。 5. 取出旋光管。将待测样品注入旋光管，按相同的位置和方向放入样品 室内，盖好箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。注意旋光管应 用被测试样洗湿数次。 6. 逐次按下复测按钮，重复读数几次，取平均值作为样品的测定结果。 7. 如样品超过测量范围，仪器在45处来回振荡。此时，取出旋光管， 仪器即自动回到零位。此时可将试液稀释一倍再测。 8. 仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。 第 10 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 实验三 乙酸乙酯皂化反应

19、速率常数的测定 3.1 实验目的及要求 1. 了解二级反应的特点,学会用图解计算法求取二级反应的速率常数. 2. 用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数,了解反应活化能的测定方 法. 3.2 实验原理 1. 乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为： CH3COOC2H5+Na+OH-C2H5OH+Na+CH3COO- t =0 a a 0 t a x a x x 实验时CH3COOC2H5和NaOH采用相同的初始浓度a = 0.01 mol/L 设在时间t时生成物的浓度为x，则该反应的动力学方程为： 1xdx=k(a-x)2 积分得： k= ta(a-x)dt随着反应的进行，OH不断

20、减少，电导率大的OH-逐渐为电导率小的 CH3COO 所取代，溶液电导率有显著降低。对稀溶液而言，强电解质的 电导率k与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成该溶液的电解 质电导率之和，则乙酸乙酯皂化在稀溶液下反应就存在如下关系式： k0=A1a k=A2a kt=A1(a-x)+A2x A1, A2是与温度、电解质性质、溶剂等因素有关的比例常数，k0，k kt为时间t时溶液的总电导率。分别为反应开始和终了时溶液的总电导率。 由，三式可得： x=a(k0-kt)k0-k 第 11 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 将式代入式整理可得： kt=以kt 1k0-k+k aktk0-k作图为直

21、线即为二级反应，由直线斜率即可求出k . t2. 反应的速率常数k与温度T有关。若忽略温度对表观活化能Ea的影响， 则k与T关系可由阿累尼乌斯公式表示：lnEk(T2)=-ak(T1)R11T-T 12因而分别测定两个温度下的速率常数k(T1)及k(T2)即可确定反应的活化 能。 3.3仪器与试剂 1. 仪器：DDS-307电导率仪一台； 恒温槽一套；叉形管电导池2个 2. 试剂：0.02 mol/L的CH3COOC2H5 及NaOH溶液；0.01 mol/L的NaOH 溶液。 3.4 实验步骤 1. 调节恒温槽至所需控制的温度T = 25. . 2. 调节电导率仪。 3. 的测定： 将电极取

22、下，用少量 0.01 mol/L NaOH 将电导池及电导电极淋洗23 次后, 装入适量的0.01 mol/LNaOH溶液于电导池中 (测量中液面一定不 要低于电极套筒上的刻度线，电极腔体内不含气泡)，放入恒温槽中恒温 十分钟，测定其电导率，即为0 。 4. t的测定： 用移液管分别移取10mL mol/L的CH3COOC2H5 及NaOH溶液于干 燥的叉形管电导池的直支管和侧支管中,塞上塞子,置于恒温槽中恒温至 所需的温度后，混合两溶液，同时开启停表，记录反应时间，并在恒温槽中将叉形管 电导池中溶液混合均匀。 第 12 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 在反应进行到6、9、12、15、20

23、、25、30、35、40、50、60min时各读取 一次电导率值,记录 及时间t。 5. 以同样的步骤,测定T2 = 35下的0，以及在4、6、8、10、12、15、 18、21、24、27、30 min时的 。 6. 测量完毕后,关闭所有电源.将电导池及电导电极用蒸馏水淋洗干净并插 干。 3.5 数据处理 1. 将所测的实验数据记录于下列表中 T1 = K t / min / (s/cm ) k0-k tT2 = K t / min / (s/cm ) k0-k t2. 以kt 对k0-k作图，求出直线斜率，由直线的斜率即可求出k 。 t分别求出上面两个温度的速率常数k(T1) 及 k(T2

24、)。 3. 由阿累尼乌斯公式 lnE11k(T2)=-a- k(T1)RT2T1利用测定的两个温度下的速率常数k(T1)及k(T2)计算反应的活化能Ea . 3.6 注意事项 1. 本实验所用的蒸馏水需事先煮沸，待冷却后使用。 第 13 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 2. 测定0时，溶液应临时配制，CH3COOC2H5液应临时配制。 3. 所用NaOH溶液和 CH3COOC2H5溶液浓度必须相等。 4. 为确保NaOH溶液与 CH3COOC2H5溶液混合均匀，需使该溶液在双管 反应器中多次来回往复。 3.7 思考题 1. 为什么测定物质的电导率，即可求得反应的速率常数？ 2. 为什么使用

25、蒸馏水事先煮沸为好？ 3. 使用溶液为什么要临时配制？ 4. 反应刚起始时，值常偏低，为什么？ 5. 如果NaOH和CH3COOC2H5起始浓度不相等，应怎样计算k值？ 3.8 DDS-307电导率仪的使用说明 1. 打开电源开关，仪器进入测量状态。 2. 根据实验要求进行参数设置，设置方法如下： 按“电极常数”键仪表显示“电极常数”符号，按“升、降”键设置到需要的电 极常数，然后按“确认”键，仪器显示“测量”进入测量状态。按“温度系数” 键仪表显示“温度系数%”符号，按“升、降”键设置到需要的温度系数，然后按“确认”键，仪。器显示“测量”进入测 量状态，。按“温度设置”键仪表“0C” 符号闪

26、烁，按“升、降”键设置到溶液的温度，然后按“确认”键，仪器显示 “测量”进入测量状态。当配DJS-1T型温度探头电极，钮子开关向上时， 仪器自动进行温度测量，此时“温度设置”键不起作用；钮子开关向下时， 仪器进入无补偿测量，按“温度设置”键仪表“0C”符号闪烁，表明进入溶液 温度设置，按“升、降”键设置到溶液的温度，然后按“确认”键，仪器显 示“测量”进入测量状态 3. 仪器在测量状态下，将清洗过的电极浸入溶液中，此时显示数值即为 被测溶液的电导率值。 第 14 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 实验四 液体饱和蒸汽压的测定 4.1 实验目的 1学习静动态法测定液体饱和蒸汽压与温度的关系。

27、2掌握U型管压差计及数字式压力计的使用方法和真空泵的使用， 初步掌握真空实验技术，用数字式压力计测定异丙醇的饱和蒸汽压。 3明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解 纯液体饱和蒸气压和温度的关系克劳修斯-克拉贝龙方程式。 4学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化热与 正常沸点。 4.2 实验原理 一定温度下，在一真空的密闭容器中，液体很快和它的蒸气建立动 态平衡即蒸气分子向液面凝结和液体分子从表面逃逸的速度相等，此时 液面上的蒸气压力就是液体在此温度时的饱和蒸气压，液体的饱和蒸气 压与温度有一定的关系，温度升高，分子运动加剧，因而单位时间内从 液面逸出的分子数增多

28、，蒸气压增大。反之，温度降低时，则蒸气压减 小。当蒸气压与外界相等时，液体便沸腾，外压不同时，液体的沸点不 同。我们把外压为101.325kPa时沸腾温度定为液体正常的沸点。液体 的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯克拉贝龙 方程式来表示 dlnpDvapHm= 2dTRT式中p为液体在温度T时的饱和蒸气压，T为热力学温度， Hm为液体摩尔汽化热，R为气体常数。在温度变化较小的范围内， 则可把Hm视为常数，当作平均摩尔汽化热，将上式积分得： lgp=-DvapHm2.303RT+A 式中A为积分常数，与压力p的单位有关。上式可知，在一定温度范 第 15 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 围内

29、，测定不同温度下得饱和蒸气压，以lgp对1作图，可得一直 T线，被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气压比较小的液体。 而由直线的斜率可以求出实验温度的液体平均摩尔汽化热vapHm。当外压为101.325kPa时，液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正 常沸点。从图中也可求得其正常沸点。 测定液体饱和蒸气压的方法主要有以下三种： 饱和气流法 在一定温度和压力下通过一定体积巳被待测液体所饱和的气流，用某物 质完全吸收，然后称量吸收物质增加的重量，便可计算蒸气的分压，这 个分压就是该温度下被测液体的饱和蒸气压。此法一般适用于蒸气 压比较小的液体。 静态法 在某一温度下将被测液体放在一个密闭

30、的体系中，直接测量其饱和 蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体。 动态法 利用当液体的蒸气压与外压相等时液体沸腾的原理，测定液体在不同外 压时的沸点就可求出不同温度下的蒸气压。 4.3 实验仪器与用品 饱和蒸汽压测定装置一套，真空泵1台，数字式压力计1台 1. 缓冲球 2. 搅拌器 3. 温度计 4. 冷凝管 5. 平衡管 6. 缓冲瓶 7 冷阱 8.恒温水浴 图1 饱和蒸汽压测定装置 第 16 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 温度计，搅拌器,加热器。异丙醇。 4.4 实验步骤 1安装装置 面板图示连接仪器及装置。开机预热510分钟，在系统与大气相 通时置零。 2装样 将平衡管内装入适

31、量待测液体异丙醇。A 球管约2/3体积，U形管两边各1/2体积。 3系统气密性检查 将稳压瓶上的通大气阀关闭，打开接系统和真空泵的两个阀门；开 启真空泵，抽至一定真空度时，关闭通真空泵阀门，并观察仪器显示数 值，数值没有明显的下降说明系统气密性很好；否则需要 检查漏点，并消除。 4排除球管上方空间内的空气 气密性好即可进行实验，调节恒温槽的温度为298.2K，关闭通大气 的阀门，打开连接系统及真空泵的阀门，打开真空泵进行抽空，使球中 液体内溶解的空气和A/B空间内的空气呈气泡状，通过B管中液体排出， 抽一定时间后，关闭接真空泵的阀门，调节通大气的阀门， 使空气缓慢进入系统，直至U型管双臂液体等

32、高时从仪表读数。同法， 再抽气，再读数；直至两次读数相差无几，则表示球体 液面上的空间已经被异丙醇饱和蒸气充满。 5饱和蒸汽压的测定 用上述方法测定再测定5个不同温度时异丙醇的蒸气压。在实验开始前，需要读取当前大气压P0，计算蒸气压P。 P= P0-E(E为仪器读数) 第 17 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 5实验结束后打开通大气的阀门，使压力表回复零位。关闭冷却水， 打开通空泵阀门，关闭所有电源，使实验装置复原。 4.5 数据记录与处理 1将数据列表格。 表2-1 沸点及蒸汽压的测定 编号 1 温度/K 1103 T/K饱和蒸气E/kPa 压 p/kPa lgp p2作蒸气压-温度曲线

33、，从曲线求出异丙醇的正常沸点Tb。 3作lgp1图，由直线斜率求平均摩尔气化焓，并与文献值进行 T比较。 4.6 实验注意事项 1测量前按下校零按钮校零，测量过程中不可再按校零。 2放入空气必须小心，防止过多使空气倒灌，否则重新抽气排气。 3注意抽气时先开启真空泵后打开体系与稳压瓶间的活塞；停止抽 气时先打开通大气的阀门，使压力表回复零位，打开通空泵阀门使大气 与真空泵相通，再关真空泵。 4.7 思考题 1在试验过程中，为什么要防止空气倒灌？ 2怎样判断空气以被赶净？能否在加热情况下检查是否漏气？ 3体系的平衡蒸气压是由什么决定的？与液体的量和容器的大小是 否有关？ 第 18 页 长江大学工程

34、技术学院教案/讲稿 实验五 燃烧热的测定 5.1 实验目的 1通过测定萘的燃烧热明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧 热的差别，掌握有关热化学实验的一般知识和技术。 2掌握氧弹式量热计的原理、构造及其使用方法。 3了解高压钢瓶的有关知识并能正确使用。 5.2 实验原理 燃烧热是指1mol物质完全燃烧时的热效应，是热化学中重要的基本 数据。一般化学反应的热效应，往往因为反应太慢或反应不完全，因而 难以直接测定。但是，通过盖斯定律可用燃烧热数据间接求算。因此燃 烧热广泛地用在各种热化学计算中。许多物质的燃烧热和反应热已经精 确测定。测定燃烧热的氧弹式量热计是重要的热化学仪器，在热化学、 生物

35、化学以及某些工业部门中广泛应用。 燃烧热可在恒容或恒压情况下测定。由热力学第一定律可知：在不 做非膨胀功情况下，恒容反应热QVU，恒压反应热QpH。在氧弹 式量热计中所测燃烧热为QV，而一般热化学计算用的值为Qp，这两者可 通过下式进行换算： QpQV nRT 式中：n为反应前后生成物与反应物中气体的摩尔数之差；R为摩 尔气体常数；T为反应温度(K)。 在盛有定量水的容器中，放入内装有一定量样品和氧气的密闭氧弹， 然后使样品完全燃烧，放出的热量通过氧弹传给水及仪器，引起温度升 高。氧弹量热计的基本原理是能量守恒定律，测量介质在燃烧前后温度 的变化值，则恒容燃烧热为： QVMW(t终t始) m式

36、中：W为样品等物质燃烧放热使水及仪器每升高1所需的热量， 称为水当量。 第 19 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 水当量的求法是用已知燃烧热的物质(如本实验用苯甲酸)放在量热 计中燃烧，测定其始、终态温度，一般来说，对不同样品，只要每次的 水量相同，水当量就是定值。 热化学实验常用的量热计有环境恒温式量热计和绝热式量热计两 种。环境恒温式量热计的构造如图3-1所示。 由图可知，环境恒温式量热计的最外层是储满水的外筒(图中5)，当 氧弹中的样品开始燃烧时，内筒与外筒之间有少许热交换，因此不能直 接测出初温和最高温度，需要由温度时间曲线(即雷诺曲线)进行确定, 详细步骤如下： 将样品燃烧前后历

37、次观察的水温对时间作图，联成FHIDG折线，如 图3-2所示。图中H相当于开始燃烧之点，D为观察到的最高温度读数 点，作相当于环境温度之平行线JI交折线于I过I点作ab垂线，然后将 FH线和GD线外延交ab线A、C两点，A点与C点所表示的温度差即为 欲求温度的升高T。图中AA为开始燃烧到温度上升至环境温度这段 图3-1 恒温式氧弹量热计 1-氧弹；2-温度传感器；3-内筒；4-空气隔层；5-外筒；6-搅拌 时间t1内，由环境辐射进来和搅拌引进的能量而造成体系温度的升 高必须扣除，CC为温度由环境温度升高到最高点D这一段时间t2内， 体系向环境辐射出能量而造成体系温度的降低，因此需要添加上。由此

38、 可见AC两点的温差是较客观地表示了由于样品燃烧致使量热计温度升 第 20 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 高的数值。 有时量热计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微 引进能量使得燃烧后的最高点不出现，如图3-2与3-3所示。这种情况下 T仍然可以按照同样方法校正。 图3-2 绝热较差时的雷诺校正图 图3-3 绝热良好时的雷诺校正图 5.3 实验仪器与用品 氧弹式量热计1套，BS-IIS型测定数据采集接口装置，压片机，氧 气钢瓶，电子天平1台，燃烧丝。苯甲酸， 萘。 5.4 实验步骤 1水当量的测定： 仪器预热 将量热计及其全部附件清理干净，将有关仪器通电预热。 样品压片 取约

39、10cm长的燃烧丝一根，分别在电子天平上准确称重；在电子台 秤上粗称0.70.8g苯甲酸，在压片机中压成片状。 氧弹充氧 将氧弹的弹头放在弹头架上，把燃烧丝的两端分别紧绕在氧弹头上 的两根电极上；把弹头放入弹杯中，拧紧，用万用表检查两极是否导通， 若导通，则充氧，开始先充约0.5MPa氧气，然后开启出口，借以赶出氧 弹中的空气。再充入1.5MPa氧气。氧弹放入量热计中，接好点火线。 第 21 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 调节水温 调节水温约低于外筒水温1。用容量瓶量取3000mL已调温的水注入内筒，水面盖过氧弹，装好搅拌头。 测定水当量 打开搅拌器，接通温差测量仪，拨在温度挡上，待温度

40、稳定后开始 记录温度，每隔30s记录一次，直到连续几min水温有规律微小变化，开 启“点火”按钮，当温度明显升高时，说明点火成功，继续每30s记录一 次；到温度升至最高点后，再记录几min，停止实验。 停止搅拌，取出氧弹，放出余气，打开氧弹盖，若氧弹中无灰烬， 表示燃烧完全，将剩余燃烧丝称重，待处理数据时用。 2测量萘的燃烧热 称取0.60.7g萘，重复上述步骤测定之。 5.5 实验注意事项 1 内筒中加3000mL水后若有气泡逸出，说明氧弹漏气，设法排除。 2搅拌时不得有摩擦声。 3燃烧样品萘时，内筒水要更换且需重新调温。 4氧气瓶在开总阀前要检查减压阀是否关好；实验结束后要关上钢 瓶总阀，

41、注意排净余气，使指针回零。 5.6 数据记录与处理 1将实验条件和原始数据列表记录。 2由实验数据分别求出苯甲酸、萘燃烧前后的t始和t终。 3由苯甲酸数据求出水当量W。 QvMW(t终t始) m式中：Qv=-3230.6kJmol1。 4求出萘的燃烧热QV，换算成Qp。 5将所测萘的燃烧热值与文献值比较，求出误差，分析误差产生的 原因。 第 22 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 5.7 思考题 1在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时，应注意哪些基本要求？ 2. 本实验中，那些为体系？那些为环境？实验过程中有无热损耗， 如何降低热损耗？ 3. 在环境恒温式量热计中，为什么内筒水温要比外筒水温低？低多

42、 少合适？ 第 23 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 实验六 溶解热的测定 6.1 实验目的 1了解电热补偿法测定热效应的基本原理及仪器使用。 2测定硝酸钾在水中的积分溶解热，并用作图法求得其微分稀释热、 积分稀释热和微分溶解热。 3初步了解计算机采集处理实验数据、控制化学实验的方法和途径。 6.2 基本原理 1物质溶解于溶剂过程的热效应称为溶解热。它有积分溶解 热和微分溶解热两种。前者是1mol溶质溶解在n0mol溶剂中 时所产生的热效应，以Qs表示。后者是1mol溶质溶解在无限量某一定浓 度溶液中时所产生的热效应，即Qs。 nT,p,n0溶剂加到溶液中使之稀释时所产生的热效应称为稀释热

43、。它也有积 分稀释热和微分稀释热两种。前者是把原含1mol 溶质和n01mol溶剂的溶液稀释到含溶剂n02mol时所产生的热效应，以Qd 表示，显然，Qd=Qs，n02Qs，n01。后者是1mol溶剂加到无限量某一定浓 度溶液中时所产生的热效应，即Qs。 n0T,p,n2积分溶解热由实验直接测定，其它三种热效应则需通过作图来求： 设纯溶剂、纯溶质的摩尔焓分别为H*m，A和H*m，B，一定浓度溶液中 溶剂和溶质的偏摩尔焓分别为Hm，A和Hm，B，若由nAmol溶剂和nBmol 溶质混合形成溶液，则 混合前的总焓为 H = nAH*mA+nBH*mB 混合后的总焓为 H = nAHm，A + nB

44、Hm，B 此混合过程的焓变为 H = H H = nA+ nB = nAHm，A + nBHm，B 第 24 页 长江大学工程技术学院教案/讲稿 根据定义，Hm，A即为该浓度溶液的微分稀释热，Hm，B即为该浓 度溶液的微分溶解热，积分溶解热则为： Qs=DHnA=DHm,A+DHm,B=n0DHm,A+DHm,B nBnB故在Qs n0图上，某点切线的斜率即为该浓度溶液的微分稀释热，截距 即为该浓度溶液的微分溶解热。如图4-1所示： 图6-1 Qs-n0图 3、本实验系统可视为绝热，硝酸钾在水中溶解是吸热过程，故系统温度 下降，通过电加热法使系统恢复至起始温度，根据所耗电能求得其溶解 热：Q = IVt = I2Rt 。本实验数据的采集和处理均由计算机自