物化实验(饱和蒸气压、皂化、蔗糖).ppt

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1、实验一静态法测定液体的饱和蒸汽压,、实验目的,、实验原理,、药品仪器,、实验步骤,、数据处理,、思考题,、注意事项,明确纯液体饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概 念，深入了解纯液体饱和蒸汽压和温度的关系；学会用静态法测定液体的饱和蒸气压，初步掌 握低真空实验技术；学会图解法求被测液体在实验范围内的平均蒸发摩尔焓。,.实验目的,.实验原理,饱和蒸汽压：在一定温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸汽压力，称为该温度下的饱和蒸汽压。,纯液体的蒸汽压和温度关系如下：,温度范围变化不大时,由实验测定几个不同温度下的饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率，根据上式即可求出。测定饱和蒸气压的常用方法有动态法和静态法

2、两种，本实验采用后者。即在一定的温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内无杂质气体。实验测定的装置如图1所示。,图1 等压计示意图,球a中盛有被测液体，故a称之为样品池，U 形管bc部分以被测液体作为封闭液，这一部分称为等压计。,实验装置,先将a与b之间的空气抽净，然后从c的上方缓慢放入空气，使等压计b、c两端的液面平齐，且不再发生变化时，则ab之间的蒸气压即为此温度下被测液体的饱和蒸气压，因为,此饱和蒸气压与c上方的压力相等，而c上方的压力可由压力计得出。温度则由恒温槽内的温度计直接读出，这样可得到一个温度下的饱和蒸气压数据；,当升高温度时，因饱和蒸气压增大，故等压计内b液面逐渐下降，c

3、液面逐渐上升。同样从c的上方再缓慢放入空气，以保持bc两液面的平齐，当恒温槽达到设定的温度且在bc 两液面平齐时，即可读出该温度下的饱和蒸气压；用同样的方法可测定其它温度下的饱和蒸气压。,.仪器和试剂,蒸汽压测定装置1套（饱和蒸气压计、缓冲瓶、冷阱及 管路连接盒）真空泵 1台等压计 1个恒温槽 一套温度计 2支 烧杯（800mL）一个 无水乙醇（二级品）,.实验步骤,一、按照仪器装置图接好测量线路,二、系统检漏,开启冷却水，接通电源，使真空泵运转45min后，缓慢调节活塞，使系统减压至余压P60 KPa,保持30秒，如果P 0.1KPa，视为系统密闭性良好。,见实验课本。,三、测定不同温度下液

4、体的饱和蒸汽压,、转动活塞，使系统与大气相通。开动搅拌，并将水浴加热。加热至正常沸点之上约，将平衡管中空气除净。,、测定大气压下的沸点 c管中空气被除净后，让温度缓慢下降，此时c管液面缓慢上升，当b管与c管液面处于同一水平时，准确而快速的下相应的温度值。,注意：读数的同时，快速启动加热，防止c管中液体倒流至a管。,3、测定不同温度下纯液体的饱和蒸汽压 测定完沸点之后，如图1所示，旋转三通活塞，使系统缓慢减压。减压至约P 30mmHg，等待温度下降，如前快速记下两个读数计的温度、压力值。直至测到温度约为50。,实验结束后，打开二通活塞，使体系内外压力一致，将乙醇倒掉。,.实验数据处理,将上述的实

5、验数据记录于下表中：,作 图，由图中直线的斜率求出样品在实验温度范围内的摩尔气化焓 和正常沸点,.注意事项,本实验共测定45个温度下乙醇的饱和蒸气压。人为因素造成的测定误差是影响结果的主要原因。因此，在实验操作过程中应注意以下几点：1、使恒温槽在恒温时具有较高的灵敏度。,2、要获得准确的饱和蒸气压数值，关键是要将等压计和样品 池之间的空气彻底抽净。在抽气即将结束之前，可松开夹在冷凝管上的夹子，轻轻摇晃压力计，以加速空气的排出。而空气的排净与否，只能根据经验和从实验数据上判断。,3、在升温过程中，要及时向体系中放入空气，以保持等压计两液面平齐，不要等温度升高4 后再放气，以免使等压计内的乙醇沸腾

6、，使封闭液减少。4、最初将样品加入样品池后，残留在等压计U型管内的乙醇要适量，以U型管体积的三分之二左右为宜。过多时会影响抽气，过少时乙醇很快被抽尽。另外，抽气速率要适中，避免抽气速率过快，等压计液体沸腾剧烈，乙醇被很快被抽尽的情况出现。,.思考题,1、如果测定乙醇水溶液的蒸气压，本实验的方法是否适用？答：如果测定乙醇水溶液的蒸气压，本实验的方法不适用。因为对二组分体系，即使在同一温度下，蒸气压还与组分的浓度有关，在抽气过程中肯定会引起组成的改变。2、在本实验中，如果空气未被抽净，所测定的蒸气压与标准值相比，是偏大还偏是小？答：如果空气未抽净，等压计内存有一定量的空气，所测量的蒸气压值偏高。,

7、实验二乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定,、实验目的,、实验原理,、药品仪器,、实验步骤,、数据处理,、思考题,、注意事项,1.掌握测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及反应活 化能的物理方法-电导法；2.了解二级反应的特点，学会用作图法求二级反 应的速率常数及其活化能；3.熟悉电导测量方法和电导率仪的使用。,.实验目的,乙酸乙酯皂化反应是个典型的二级反应。设反应物起始浓度均为C0，经时间t后产物的浓度为x。,t=0 C0 C0 0 0t=t C0-x C0-x x xt=0 0 C0 C0,该反应的速率方程为：,积分得：-（1）,.实验原理,本实验采用电导法测量皂化反应中电导L随时间t的变化。设L0、L

8、t、L分别代表时间为0、t、时溶液的电导。在稀溶液下，乙酸乙醋皂化反应，在不同反应时刻，其电导率与浓度的满足以下关系：,式中：、-与温度、溶剂、电解质NaOH及NaAc的 性质有关的比例常数；L0、L-反应开始和终了时溶液的总电导率；Lt-时间t时溶液的总电导率。,-（2）,由（2）式得：-（3）,将（3）式代入（1）得：,作直线关系图，从斜率求出反应速率常数。,根据阿仑尼乌斯（rrhenius)公式，反应活化能a可由下式求出：,式中：k1、k2分别为温度1、2时反应的速率常数。或者：,采用电导率法的依据：（1）溶液中参与导电的离子只有OH-、Na+和 CH3COO-，随着反应进行，Na+浓度

9、保持不变，OH-则不断减少，而CH3COO-不断增多，由于OH-的摩尔电导比离子的摩尔电导大得多，因此，随 着反应的进行，溶液电导不断减少。（2）在很稀溶液中，每种强电解质的电导率L与浓度 成正比，而且溶液的总电导率等于溶液中各电解 质电导率之和。,1.电导率仪；2.恒温槽一套；3.反应管；4.移液管、大试管、容量瓶等；5.乙酸乙醋(AR)(0.02mol/L)；氢氧化钠(AR)(0.02mol/L)；6.等等。,.仪器和试剂,恒温槽一套,控温仪,玻璃温度计,接触温度计,电动搅拌器,加热器,反应管,混合前恒温,混合过程,混合后测定,开启恒温槽调节温度,洗涤试管反应器并烘干,恒温,反应过程的电导

10、率测定,量取被测溶液于试管反应管,测定初始电导率L0,配制乙酸乙醋溶液,.实验步骤,恒温槽装置,连接好恒温槽装置，打开电动搅拌器、控温仪的开关，调节接触温度计的温度(以玻璃温度计为准，30或35)，加热至恒温。注意：加热器的插头，应插在控温仪的插孔上，不得直接插到 其它电源插座上。,乙酸乙酯溶液的配制,乙酸乙醋溶液的浓度应与氢氧化钠溶液的浓度相同（均为0.02mol/L）；配制100ml 0.02mol/L的乙酸乙醋，需乙酸乙醋m=0.17622g（m/M=0.1*0.02，M为乙酸乙醋的分子量88.11g/mol）；即：乙酸乙醋的体积为V=m/；乙酸乙醋密度与温度关系：,式中：密度的单位为g

11、/ml;温度t的单位为。,用移液管量取20ml0.02mol/LNaOH溶液和20ml蒸馏水放于100ml烧杯中，混均后倒入大试管中（盖上橡皮塞）。在反应管的小管中加入20ml0.02mol/L乙酸乙醋溶液，大管中加入20ml0.02mol/L NaOH溶液（均盖上橡皮塞）。把它们同时放入恒温槽中，恒温15分钟。,溶液在恒温槽中恒温15min后，即可以进行测定。,电导率仪的量程设置在10ms档；对温度进行补偿（根据室温）；对仪器进行校正，把“校正测量”转换开关置于“校正”处，调节常数校正旋钮至示值为电导电极常数；把“校正测量”转换开关置于“测量”处，即可开始测量。,用蒸馏水冲洗电导电极，用滤纸

12、吸干电极上的水，把电极插入大试管中(恒温15 min后)，测得的电导率即为初始电导率0。,初始电导率0的测定,电导率t的测定：,用蒸馏水冲洗电导电极，用滤纸吸干电极上的水，电极挂在架上待用。待反应管溶液恒温15分钟后，混合，开始计时。插入电极，测量t的值，从计时开始每5分钟记录一次，30分钟后第10分钟记录一次，到60分钟为止。,按照上述方法，测定30或35时的L0及Lt的数值。,实验日期：；(1)第一次恒温温度：；L0=ms/cm(2)第二次恒温温度：；L0=ms/cm,.实验数据处理,将实验数据记录于下表中：,1.计算；2.作 关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数K；4.求出皂化反应的

13、a；5.文献值。,(L0-Lt)/t1(L0-Lt)/t2(L0-Lt)/t,Lt(ms/cm),0,A,B,Lt1,Lt2,的关系图,第一次恒温温度 30,(L0-Lt)/t1(L0-Lt)/t2(L0-Lt)/t,Lt(ms/cm),0,A,B,Lt1,Lt2,的关系图,第二次恒温温度 35,直线斜率k1、k2用下式计算：,反应速率常数1、2用下式计算：,文献值：,在25 下，氢氧化钠浓度，乙酸乙酯浓度均为0.02mol/L，其反应速率常数:K=6.4（molL-1）-1min-1其中反应速率常数与温度的关系式为：,乙酸乙酯皂化反应的活化能:Ea=27.3KJ/mol,1.电导率仪要进行温

14、度补偿及常数校正；2.反应液在恒温时都要用橡胶塞子盖好；3.混合过程既要快速，又要小心谨慎，不要把溶液挤出反应管；4.严格控制恒温的温度，因为反应过程温度对反应速率常数影响很大；5.严格配制溶液的浓度，保证氢氧化钠与乙酸乙酯的浓度相等，否则反应速率常数计算公式将发生变化。,.注意事项,1.为什么本实验要在恒温下进行？而且氢氧化 钠与乙酸乙酯溶液混合前要预先恒温？2.各溶液在恒温和操作过程中为什么要盖好？3.如何从实验结果验证乙酸乙酯皂化反应为二 级反应？4.如果氢氧化钠和乙酸乙酯起始浓度不相等，则应怎样计算值？5.被测溶液的电导是哪些离子的贡献？反应过 程中溶液的电导为何发生变化？,.思考题,

15、实验三蔗糖水解反应速率常数的测定,、实验目的,、实验原理,、药品仪器,、实验步骤,、数据处理,、思考题,、注意事项,1.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；2.了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的 关系；3.了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正 确使用方法。,.实验目的,蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物，也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物。蔗糖经酸性水解后，产生一分子D-葡萄糖和一分子D-果糖：蔗糖 葡萄糖 果糖,.实验原理,该反应是一个三级反应，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，尽管有部分参与了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水

16、的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖反应可看作为假一级反应。,一级反应的速率方程为：,式中：C为时间t时的反应物浓度，,积分可得：,式中：C0为反应开始时反应物浓度。,k为反应速率常数。,（1）,因为蔗糖及其转化产物都具有旋光性，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变化来度量反应进程。本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖水解反应的速率常数k和半衰期t1/2。,溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即：=C 式中：比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、

17、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：,反应物蔗糖是右旋性物质，比旋光度D20=66.6o；生成物葡萄糖也是右旋物质，比旋光度D20=52.5o；生成物果糖是左旋性物质，比旋光度D20=-91.9o。,由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减少，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。,设体系最初的旋光度为：,（t=0，蔗糖尚未转化）,当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为t，即：,体系最终的旋光度为：,（t=，蔗糖已完全转化）,（2）

18、,（3）,（4）,将(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：,显然，以ln(t-)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数K。,旋光管使用示意,1.旋光仪一台；2.恒温水浴锅；3.移液管、锥形瓶、容量瓶等；4.蔗糖(AR)、HCl(2mol/L)；5.秒表,.仪器和试剂,开启恒温器旋光仪开关,称取蔗糖配制盐酸,调节温度仪器调零,水解过程的旋光度测定,完全水解的旋光度测定,蔗糖盐酸恒温15分,.实验步骤,温度设定及旋光仪零点校正,温度设定：调节恒温器的接点温度计，至20（以玻璃温度计为准）旋光仪零点校正：用蒸馏水清洗样品管后，向管内倒满蒸馏水（不产生气泡），用滤纸吸干管外壁的水，将样

19、品管放入旋光仪中，调整旋光度的刻度值为零或其零刻度附近。,移取25ml 20%蔗糖溶液到150ml烧杯中，移取25ml HCl溶液到另一150ml烧杯中，然后将HCl溶液倒入蔗糖溶液。混合液体在两烧杯中反复对倒几次即混合均匀。用混合液润洗旋光管几次，然后灌满旋光管。记录旋光度0，每隔4min记录数据，得4 8 1260。,实验日期：；恒温器温度：；旋光仪零点：。t的测定：最终旋光度=。,.实验数据处理,将实验数据记录于下表中：,1.计算t-和ln(t-)；2.作ln(t-)t关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数K；4.求出半衰期t1/2；5.文献值。,t1 t2 t(min),ln(t-)

20、,0,A,B,ln(t-)1,ln(t-)2,直线斜率：,反应速率常数：,半衰期：,文献值：,温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响,注：蔗糖溶液的浓度均为10%活化能Ea=108kJ/mol,1.装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏液现象；2.样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈，防止摔碎或丢失；3.配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分混均溶液；4.测定时，要注意被测样品在5060条件恒温50min后(但不能超过60，否则有副反应发生)，移到超级恒温器中再恒温20min；5.必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。,.注意事项,1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中？为什么？2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响实验结果的准确度？3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？4.测定时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能超过60。为什么？,.思考题,光线经过起偏镜，再经过盛有旋光性物质的旋光管，通过旋转检偏镜才能让光线再次通过，转过的角度就是。,