物理化學(xué)實驗課件

物理化學(xué)(wùlǐhuàxué)實驗一、目的1、穩(wěn)固并加深對物理化學(xué)課程中相關(guān)理論和概念的理解；提高學(xué)生靈活運用物理化學(xué)原理的能力；2、掌握物理化學(xué)實驗的根本方法、實驗技術(shù)和常用儀器的構(gòu)造原理及使用方法；3、培養(yǎng)學(xué)生正確(zhèngquè)記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，正確(zhèngquè)處理實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果的能力。第一頁，共56頁。1二、要求實驗預(yù)習(xí)：目的、原理、步驟、本卷須知、數(shù)據(jù)記錄表格、儀器使用(shǐyòng)方法等。實驗過程：穿實驗服、檢查預(yù)習(xí)報告、講解實驗要點并提問、認真獨立完成實驗、記錄實驗數(shù)據(jù)、上交實驗數(shù)據(jù)表；平安和衛(wèi)生檢查合格前方可結(jié)束實驗.實驗記錄：①記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象必須屬實、準(zhǔn)確，不能用鉛筆記錄，不能隨意涂抹數(shù)據(jù)；②實驗條件也必須記錄；③數(shù)據(jù)記錄要表格化。

第二頁，共56頁。2三、成績評定平時成績40分，操作考20分，期末筆試40分；〔平時：預(yù)習(xí)(yùxí)10分，操作50分，報告40分〕第三頁，共56頁。3四、實驗報告實驗名稱：一、實驗?zāi)康亩?、簡明實驗原理三、實驗儀器裝置圖四、實驗步驟五、數(shù)據(jù)記錄及處理六、討論：對實驗現(xiàn)象的分析和解釋(jiěshì)、實驗結(jié)果的誤差分析、對實驗的改進意見及心得體會等。七、思考題

第四頁，共56頁。4五．實驗數(shù)據(jù)的表達(biǎodá)及處理〔2〕表中要表達的是純數(shù)值，因此欄頭要詳細地標(biāo)明名稱、數(shù)量單位和公共(gōnggòng)因子；〔3〕在每一行中所列數(shù)據(jù)要排列(páiliè)整齊，位數(shù)和小數(shù)點要上下對齊?！?〕自變量的選擇最好按自變量等量遞增順序來排列；〔5〕原始數(shù)據(jù)可與計算數(shù)據(jù)并列表中，但計算公式和方法要注明。1、列表法：〔1〕每一表格要有簡明完整的名稱；第五頁，共56頁。5t/℃T/K×103P/mmHglogp79.6352.62.835766.02.884577.1350.22.854694.62.840073.7346.72.890626.62.797069.1342.12.921537.62.730562.2335.22.982422.62.6259例如(lìrú)：表1苯的蒸汽壓第六頁，共56頁。6a.坐標(biāo)紙的選擇與橫縱坐標(biāo)確實定：直角坐標(biāo)紙最為常用(chánɡyònɡ)，在直角坐標(biāo)紙作圖時,習(xí)慣上以自變量為橫軸，因變量為縱軸，橫軸和縱軸的讀數(shù)一般不一定從零開始，可視具體情況而定。b.坐標(biāo)的范圍：確定坐標(biāo)范圍要包括(bāokuò)全部測量數(shù)據(jù)或稍留余地。c.比例尺的選擇(xuǎnzé)2、圖解法：第七頁，共56頁。7比例尺選擇(xuǎnzé)的一般原那么：〔ⅰ〕要能表示全部有效數(shù)字，以便(yǐbiàn)從圖解法求出各量的準(zhǔn)確度與測量的準(zhǔn)確度相適應(yīng)?！并！吃谏鲜鰲l件下，充分考慮利用圖紙的全面積，使全圖布局合理。假設(shè)(jiǎshè)圖形為直線，應(yīng)使其直線與橫縱坐標(biāo)軸的夾角盡可能在45°左右。〔ⅱ〕坐標(biāo)軸上每小格的數(shù)值，應(yīng)便于讀數(shù)和計算，一般取1、2、5或是1、2、5的10n倍，要避免用3、6、7、9這樣的數(shù)值及它的10n倍。第八頁，共56頁。8d.畫坐標(biāo)軸：（ⅰ）標(biāo)明坐標(biāo)軸名稱及單位。

（ⅱ）標(biāo)明坐標(biāo)軸比例尺（標(biāo)度），以便解圖及讀數(shù)。e.作測量點〔描點〕：可用ο、●、?、×等表示測得數(shù)值(shùzí)各點繪于圖上，在一張圖紙上如有數(shù)組不同的測量值時，各測量值的代表點應(yīng)以不同符號表示，以示區(qū)別。并須在圖上注明。但不標(biāo)明(biāomíng)實驗數(shù)據(jù)。第九頁，共56頁。9〔ⅰ〕各測量點均勻分布在曲線的兩側(cè)；〔ⅱ〕曲線應(yīng)光滑(guānghuá)均勻，細而清晰。注意(zhùyì)：不能用圓珠筆畫圖。g.要注明(zhùmínɡ)圖名、說明：f.聯(lián)曲線：第十頁，共56頁。10lgp·····

2.90

2.85

2.80

2.75

2.70

2.652.60

2.802.852.902.953.00

圖1苯的logp--圖

(室溫25.0℃）×103第十一頁，共56頁。111電導(dǎo)法測定弱電解質(zhì)的電離(diànlí)常數(shù)第十二頁，共56頁。12實驗(shíyàn)目的1、了解溶液電導(dǎo)、摩爾電導(dǎo)率的根本概念。2、學(xué)會電導(dǎo)(率)儀的使用方法(fāngfǎ)。3、測量電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率，并計算弱電解質(zhì)溶液的電離常數(shù)。第十三頁，共56頁。13實驗(shíyàn)原理

對于(duìyú)CA型弱電解質(zhì)

CA→C++A-假設(shè)弱電解質(zhì)總濃度為c，該濃度下弱電解質(zhì)的解離度為α，那么解離平衡常數(shù)為：

測定解離度α的值采用(cǎiyòng)電導(dǎo)法。電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)。電導(dǎo)的符號為G，電阻的符號為R，以公式表示，即第十四頁，共56頁。14

假設(shè)某電導(dǎo)池的兩電極間相距為l，極板面積為A，那么該電導(dǎo)池中溶液的電導(dǎo)為：為了比較不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力，人們引入了摩爾電導(dǎo)率的概念(gàiniàn)：在相距1m的兩個平行電極之間，放入含有1mol的電解質(zhì)溶液時該溶液的電導(dǎo)稱為摩爾電導(dǎo)率，用Λm表示。摩爾電導(dǎo)率與電導(dǎo)率之間的關(guān)系為：弱電解質(zhì)的解離度α隨濃度的下降而增大，當(dāng)溶液濃度趨于無限稀釋(xīshì)，弱電解質(zhì)將趨于完全解離，即α→1。在一定溫度下，某電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率與溶液中離子的濃度成正比，因而也就與電離度α成正比。所以，第十五頁，共56頁。15根據(jù)離子獨立運動定律，在無限(wúxiàn)稀釋的溶液中，離子運動是彼此獨立的，互不影響，即電解質(zhì)的摩爾電導(dǎo)率等于正、負離子摩爾電導(dǎo)率之和。

弱電解質(zhì)CH3COOH的可由強電解質(zhì)HCl、CH3COONa和NaCl的求得：

第十六頁，共56頁。162蔗糖水解反響(fǎnxiǎng)速率常數(shù)的測定第十七頁，共56頁。17實驗(shíyàn)目的1．測定蔗糖水解反響的速度常數(shù)和半衰期。2．了解該反響的反響物濃度與旋光度(guāngdù)之間的關(guān)系。3．了解自動旋光儀的根本原理，掌握自動旋光儀的正確使用第十八頁，共56頁。18實驗(shíyàn)原理蔗糖水解反響：C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6葡萄糖果糖蔗糖水解反響可看做為一級反響，一級反響的速度方程(fāngchéng)可用下式表示：反響的半衰期：t1/2

蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物都含有不對稱的炭原子，它們都具有旋光性。但是它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反響過程中旋光度的變化來度量反響的進程。第十九頁，共56頁。19溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)之旋光能力，溶劑性質(zhì)，溶液的濃度，樣品管長度，光源波長及溫度等均有關(guān)系。當(dāng)其它條件均固定時，旋光度α與反響物濃度C呈線性關(guān)系，即：α=kc物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來衡量。作為反響物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度，生成物中葡萄糖是右旋物質(zhì)，其比旋光度，但是果糖是左旋性物質(zhì)，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，所以生成物呈現(xiàn)左旋性質(zhì)。因此(yīncǐ)，隨著反響的進行，體系的右旋角不斷減小，反響至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全水解，這時左旋角到達最大值α∞。第二十頁，共56頁。20lg〔αt-α∞〕=-kt/2.303+lg〔α0-α∞〕以lg〔αt-α∞〕對t作圖為一直線從直線的斜率可求得反響速度(sùdù)常數(shù)k.第二十一頁，共56頁。213原電池電動勢的測定(cèdìng)第二十二頁，共56頁。22實驗(shíyàn)目的1.掌握對消法測定電池(diànchí)電動勢的原理及電位差計的使用方法。2.學(xué)會一些電極的制備和處理方法。3.通過電池(diànchí)和電極電勢的測量，加深理解可逆電池(diànchí)的電動勢及可逆電極電勢的概念。4.測定幾個電池(diànchí)的電動勢第二十三頁，共56頁。23實驗(shíyàn)原理測量電池(diànchí)的電動勢，要在接近熱力學(xué)可逆條件下進行，不能用伏特計直接測量，因為此方法在測量過程中有電流通過伏特計，處于非平衡狀態(tài)，因此測出的是兩電極間的電勢差，達不到測量電動勢的目的，而只有在無電流通過的情況下，電池(diànchí)才處在平衡狀態(tài)。用對消法可到達測量原電池(diànchí)電動勢的目的。第二十四頁，共56頁。24對消法測電動勢示意圖第二十五頁，共56頁。25工作電源電位計檢流計標(biāo)準(zhǔn)電池待測電池第二十六頁，共56頁。26本實驗(shíyàn)測定以下電池的電池電動勢：〔1〕

Zn│ZnSO4·L－1)║CuSO4·L－1)│Cu〔2〕Zn│ZnSO4·L－1)║KCl(飽和)│Hg2Cl2(s)│Hg〔3〕

Hg│Hg2Cl2(s)|KCl(飽和)║CuSO4·L－1)│Cu〔3〕Cu│CuSO4·L－1)║CuSO4·L－1)│Cu第二十七頁，共56頁。274希托夫法測定離子(lízǐ)遷移數(shù)第二十八頁，共56頁。281．掌握(zhǎngwò)希托夫法測定電解質(zhì)溶液中離子遷移數(shù)的某本原理和操作方法。2．測定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的遷移數(shù)。實驗(shíyàn)目的第二十九頁，共56頁。29實驗(shíyàn)原理把離子B所運載(yùnzài)的電流與總電流之比稱為離子B的遷移數(shù)用符號表示。由于正、負離子移動的速率不同，所帶的電荷(diànhè)不等，因此它們在遷移電量時所分擔(dān)的分?jǐn)?shù)也不同。第三十頁，共56頁。30遷移(qiānyí)數(shù)在數(shù)值上可表示為：負離子應(yīng)有類似的表示(biǎoshì)式。如果溶液中只有一種電解質(zhì)，那么：第三十一頁，共56頁。31用希托夫法測定CuSO4溶液中Cu2+和SO42-的遷移數(shù)時，在溶液中間區(qū)濃度不變的條件下，分析通電前原溶液及通電后陽極區(qū)〔或陰極區(qū)〕溶液的濃度，比較等重量溶劑所含CuSO4的量，可計算出通電后遷移出陽極區(qū)〔或陰極區(qū)〕的CuSO4的量。通過(tōngguò)溶液的總電量Q由串聯(lián)在電路中的電量計測定。可算出。第三十二頁，共56頁。32第三十三頁，共56頁。335黏度法測定聚合物的相對(xiāngduì)分子質(zhì)量

第三十四頁，共56頁。34實驗(shíyàn)目的1.了解粘度法測定高聚物分子量的根本原理和公式。2.掌握(zhǎngwò)用烏氏粘度計測定高聚物溶液粘度的原理與方法。3.測定聚乙烯醇的摩爾質(zhì)量。第三十五頁，共56頁。35實驗(shíyàn)原理實踐證明，在相同溫度下η＞η，為了比較這兩種粘度，引入增比粘度的概念(gàiniàn)，以ηsp表示：高聚物稀溶液的粘度是它在流動(liúdòng)時內(nèi)摩擦力大小的反映，這種流動(liúdòng)過程中的內(nèi)摩擦主要有：純?nèi)軇┓肿娱g的內(nèi)摩擦，記作η；高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦；以及高聚物分子間的內(nèi)摩擦。這三種內(nèi)摩擦的總和稱為高聚物溶液的粘度，記作η。ηsp

＝(η－η)/η＝η/

η－1＝ηr－1

第三十六頁，共56頁。36高聚物溶液的ηsp往往隨濃度C的增加(zēngjiā)而增加(zēngjiā)。為了便于比較，定義單位濃度的增比粘度ηsp/C為比濃粘度，定義lnηr/C為比濃對數(shù)粘度。當(dāng)溶液無限稀釋時，高聚物分子彼此相隔甚遠，它們的相互作用可以忽略，此時比濃粘度趨近于一個極限值，即：第三十七頁，共56頁。37因為根據(jù)實驗，在足夠稀的高聚物溶液中有如下(rúxià)經(jīng)驗公式：式中，κ和β為常數(shù)，因此我們獲得[η]的方法如下圖：一種方法是以ηsp/C對C作圖，外推到C→0的截距值；另一種是以lnηr/C對C作圖，也外推到C→0的截距值，兩根線應(yīng)合于一點，這也可校核(xiàohé)實驗的可靠性。第三十八頁，共56頁。38又因通常測定是在稀溶液(róngyè)中進行(C＜1×10-2g·cm-3)，溶液(róngyè)的密度和溶劑的密度近似相等，因此可將ηr寫成：所以通過測定(cèdìng)溶劑和溶液在毛細管中的流出時間，從上式求得ηr，再由外推法求[η]t為測定(cèdìng)溶液粘度時液面從a刻度流至b刻度的時間to為純?nèi)軇┝鬟^的時間[η]＝KMa第三十九頁，共56頁。396凝固點降低(jiàngdī)法測定物質(zhì)的摩爾質(zhì)量第四十頁，共56頁。401、測定以環(huán)己烷為溶劑，萘為溶質(zhì)的溶液的凝固點降低(jiàngdī)值，計算萘的分子量。2、掌握溶液凝固點的測定技術(shù)。3、掌握貝克曼溫度計的使用方法。實驗(shíyàn)目的第四十一頁，共56頁。41實驗(shíyàn)原理當(dāng)稀溶液凝固析出純固體溶劑時〔不生成固溶體〕，那么溶液的凝固點低于純?nèi)軇┑哪厅c，其降低值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。即△T=Tf*－Tf=KfbB式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c，Tf為溶液的凝固點，bB為溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，Kf為溶劑凝固點降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)(yǒuguān)。假設(shè)稱取一定量的溶質(zhì)mB(g)和溶劑mA(g)，配成稀溶液，那么此溶液的質(zhì)量摩爾濃度為：第四十二頁，共56頁。42整理(zhěnglǐ)得：假設(shè)某溶劑的凝固點降低常數(shù)Kf值，通過實驗測定此溶液(róngyè)的凝固點降低值ΔT，即可計算溶質(zhì)的分子量MB。第四十三頁，共56頁。43第四十四頁，共56頁。447最大氣泡壓力法測定溶液外表(wàibiǎo)張力第四十五頁，共56頁。45實驗(shíyàn)目的1、測定不同濃度正丁醇水溶液的外表張力。

2、了解外表張力的性質(zhì)、外表吉布斯自由(zìyóu)能能的意義以及外表張力和吸附的關(guān)系。

3、掌握最大氣泡法測定外表張力的方法。第四十六頁，共56頁。46實驗(shíyàn)原理外表張力的概念：在表層中，由于外表分子(fēnzǐ)凈受一個向內(nèi)的拉力的作用使局部外表分子(fēnzǐ)進入到內(nèi)部，使外表分子(fēnzǐ)總數(shù)減少，因此，表層分子(fēnzǐ)之間的距離加大，從而使外表分子(fēnzǐ)沿該方向上的引力增大，這就使得分子(fēnzǐ)間產(chǎn)生一個相互收縮的力，這個分子(fēnzǐ)間相互作用收縮的力就稱為外表張力。通常把增大一平方米外表所需的最大功A或增大一平方米所引起的外表自由能的變化值ΔG稱為單位外表的外表能。而把液體限制其外表及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為外表張力。外表張力與所處的溫度、壓力、液體的組成等有關(guān)。第四十七頁，共56頁。47當(dāng)參加溶質(zhì)后，溶劑的外表張力要發(fā)生變化。根據(jù)能量最低原理，假設(shè)溶質(zhì)能降低溶劑的外表張力，那么外表層溶質(zhì)的濃度應(yīng)比溶液內(nèi)部的濃度大；如果所加溶質(zhì)能使溶劑的外表張力增加(zēngjiā)，那么，外表層溶質(zhì)的濃度應(yīng)比內(nèi)部低,這種現(xiàn)象稱為溶液的外表吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示：通過測定溶液(róngyè)的濃度隨外表張力的變化關(guān)系可以求得不同濃度下溶液(róngyè)的外表吸附量。

第四十八頁，共56頁。48最大氣