物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)講座-110920

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)2024/1/22物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本要求“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程是化學(xué)系本科各專業(yè)重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識和方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生的操作技能、思維能力、分析和解決問題的能力，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生加深對物理化學(xué)基本原理的理解，提高運(yùn)用物理化學(xué)理論知識的能力。2024/1/22一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（10%）實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)是順利完成實(shí)驗(yàn)的基本保證，通過預(yù)習(xí)，要求對實(shí)驗(yàn)基本原理、實(shí)驗(yàn)方法、儀器使用、數(shù)據(jù)處理等方面的內(nèi)容做到心中有數(shù)，避免盲目地邊看講義邊操作。具體的預(yù)習(xí)內(nèi)容如下：要求了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方法、所用儀器設(shè)備等，掌握實(shí)驗(yàn)基本原理、實(shí)驗(yàn)操作要領(lǐng)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等。避免實(shí)驗(yàn)時的盲目性。要求在預(yù)習(xí)本中預(yù)先畫出規(guī)范的數(shù)據(jù)記錄格式，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，測試內(nèi)容、測量次數(shù)等。要求對預(yù)習(xí)時所遇到的難點(diǎn)、疑點(diǎn)和設(shè)想等提出討論，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主動性和積極性。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)須在實(shí)驗(yàn)前按實(shí)驗(yàn)安排進(jìn)行，沒有預(yù)習(xí)者需當(dāng)場預(yù)習(xí)、通過提問后才能參加實(shí)驗(yàn)。預(yù)習(xí)內(nèi)容記錄在專門的預(yù)習(xí)本上，并保留至本實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束。

2024/1/22二、綜合表現(xiàn)（10%）按時上課，遲到扣分，遲到三十分鐘以上、早退和無故缺曠無成績，不得補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)。事假須有班主任以上老師簽字假條，病假須有醫(yī)院證明，補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)后計算成績。實(shí)驗(yàn)時不高聲喧嘩、不隨意走動、不吸煙、不打電話、不隨意離開實(shí)驗(yàn)室，無故離開20分鐘以上者，本次實(shí)驗(yàn)無成績，不得補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)。保持實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)臺清潔衛(wèi)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，值日同學(xué)需按要求打掃實(shí)驗(yàn)室，檢查并關(guān)好門窗水電。

2024/1/22三、實(shí)驗(yàn)操作（40%）實(shí)驗(yàn)操作必須認(rèn)真、規(guī)范。損壞儀器除扣分外，還需相應(yīng)的賠償。原始數(shù)據(jù)必須真實(shí)，記錄規(guī)范、清晰、整潔。指導(dǎo)教師簽字后，不得做任何涂改，凡弄虛作假者，本次實(shí)驗(yàn)無成績，不得補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)記錄一式兩份，一份記錄在記錄本上，一份貼在實(shí)驗(yàn)報告上。實(shí)驗(yàn)失敗，重做、補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)扣20分。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)填寫儀器使用記錄，將實(shí)驗(yàn)臺恢復(fù)原樣，指導(dǎo)教師檢查后方可離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)臺不符合要求將扣分。

2024/1/22四、實(shí)驗(yàn)報告（40%）書寫必須規(guī)范、整潔。報告內(nèi)容應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、主要儀器及試劑、實(shí)驗(yàn)步驟及操作要領(lǐng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理、結(jié)果討論、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及思考題。按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做圖部分應(yīng)使用直尺、鉛筆、坐標(biāo)紙等作圖工具，凡作圖不正規(guī)，不計實(shí)驗(yàn)報告成績。未做數(shù)據(jù)處理不計實(shí)驗(yàn)報告成績。實(shí)驗(yàn)報告須在實(shí)驗(yàn)后一周內(nèi)交指導(dǎo)教師，不按時交無實(shí)驗(yàn)報告成績。實(shí)驗(yàn)報告雷同者，每人扣20分。2024/1/22實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浶夥y定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)恒溫水浴的組裝及其性能測試偶極矩的測定分光光度法測定蔗糖酶的米氏常數(shù)燃燒熱的測定2024/1/22實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浄肿訋缀谓Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能量的精確計算電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度計算機(jī)模擬基元反應(yīng)原電池電動勢的測定2024/1/22目的要求實(shí)驗(yàn)原理儀器和試劑實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理問題討論注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)演示恒溫水浴的組裝及其性能測試退出2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理

許多物理化學(xué)數(shù)據(jù)的測定，必須在恒定溫度下進(jìn)行。利用電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對加熱器或致冷器的工作狀態(tài)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使被控對象處于設(shè)定的溫度之下。Principle2024/1/22

本實(shí)驗(yàn)討論的恒溫槽就是一種常用的控溫裝置。恒溫槽主要依靠恒溫控制器來控制恒溫槽的熱平衡。當(dāng)恒溫槽的溫度低于設(shè)定溫度時，恒溫控制器迫使加熱器工作，當(dāng)槽溫升到設(shè)定溫度時，控制器又使加熱器停止工作。這樣周而復(fù)始，就可以使恒溫槽的溫度在一定范圍內(nèi)保持恒定。實(shí)驗(yàn)原理2024/1/22

恒溫槽是實(shí)驗(yàn)工作中常用的一種以液體為介質(zhì)的恒溫裝置。用液體作介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是熱容量大和導(dǎo)熱性好，從而使溫度控制的穩(wěn)定性和靈敏度大為提高。根據(jù)溫度控制的范圍，可采用下列液體介質(zhì)：-60℃~30℃

——乙醇或乙醇水溶液；0℃~90℃

——水；80℃~160℃

——甘油或甘油水溶液；70℃~200℃

——液體石蠟、汽缸潤滑油、硅油。2024/1/22

恒溫控制器是由繼電器、接觸溫度計和加熱器組成。恒溫槽的靈敏度是在設(shè)定的溫度下采用貝克曼溫度計來觀察槽溫隨時間的波動情況。若波動最高溫度為θ高，最低溫度為θ低，其靈敏度為θE＝±（θ高＋θ低）/２。靈敏度是衡量恒溫槽級別的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)原理2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理（a）表示靈敏度較高（b）表示靈敏度較低（c）表示加熱器功率太大（d）表示加熱器功率太小或散熱太快2024/1/22儀器和試劑玻璃缸1個水銀接觸溫度計

1支繼電器1套加熱器（帶調(diào)壓器）1套攪拌器（連可調(diào)變壓器）1套精密溫度溫差儀1臺停表1個ApparatusandMateria

Medica2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟

Procedure1、組裝恒溫槽，向槽內(nèi)注入適量水（約占容積的４/５）。

2、接通電源，攪拌，加熱，調(diào)節(jié)接觸溫度計，使槽溫維持到設(shè)定溫度Ts（如：35℃或40℃），調(diào)整變壓器，使紅燈亮?xí)r間≈綠燈亮?xí)r間（時間差＜20％）。

2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟3、恒溫槽靈敏度曲線的測定，每半分鐘讀取溫度溫差儀中指示值（θ）一次，共60次。

2024/1/22實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Sketch-mapsofEquipments2024/1/22實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理

DataRecordsandDataProcessing

１、室溫： 2、大氣壓：2024/1/22３、恒溫槽靈敏度測定

恒溫槽靈敏度測定（３５℃）時間(min)

溫差儀讀數(shù)θ

θ－（θ高＋θ低）/2

時間(min)

溫差儀讀數(shù)θ

θ－（θ高＋θ低）/2

時間(min)

溫差儀讀數(shù)θ

θ－（θ高＋θ低）/2

恒溫的靈敏度θE=±（θ高-θ低）/2=原點(diǎn)（θ高+θ低）/2=實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理2024/1/22

4、以θ－（θ高－θ低）/2為縱坐標(biāo)，t/min為橫坐標(biāo)，取Ts[≈（θ高＋θ低）/2]為縱坐標(biāo)的原點(diǎn)繪制恒溫槽的靈敏度曲線圖。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理2024/1/22問題討論

Questions１、管繼電器的工作原理，它在恒溫槽中起什么作用？如何調(diào)節(jié)恒溫槽到指定溫度？２、欲提高恒溫槽的靈敏度，主要通過哪些途徑？3、如果所需恒定的溫度低于室溫，如何裝備恒溫槽？2024/1/22燃燒熱的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理三、藥品儀器四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)記錄六、數(shù)據(jù)處理八、注意事項(xiàng)九、思考題七、結(jié)果分析與討論2024/1/22實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.通過萘的燃燒熱的測定,掌握有關(guān)熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識和測量技術(shù),了解氧彈式量熱計的原理、構(gòu)造和使用方法。

2.了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別及相關(guān)關(guān)系。

3.學(xué)會應(yīng)用圖解法校正溫度的改變值。2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理

1mol物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下（101.325KPa）完全燃燒時所放出的熱量稱為燃燒熱。在恒容條件下測得的燃燒熱為恒容燃燒熱（QV=內(nèi)能變化△U），在恒壓條件下測得的燃燒熱為恒壓燃燒熱（QP=熱焓變化△H），若把參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)生成的氣體作為理想氣體處理，則存在下列關(guān)系式：

QP=QV+△nRT

式中：△n--生成物和反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量之差；

R--摩爾氣體常數(shù)，8.315J/K?mol；

T--反應(yīng)前后的絕對溫度，K（取反應(yīng)前后的平均值）。2024/1/22

所謂完全燃燒:是指該物質(zhì)中C變?yōu)镃O2（氣），H變?yōu)镠2O（液），S變?yōu)镾O2（氣），N變?yōu)镹2（氣），Cl變?yōu)镠Cl（水溶液）金屬如銀等都成為游離狀態(tài)。

本實(shí)驗(yàn)采用氧彈式量熱計測量物質(zhì)的燃燒熱。2024/1/22

氧彈式量熱計測量燃燒熱的基本原理是：假設(shè)環(huán)境與量熱體系沒有熱量交換，樣品完全燃燒所放出的熱量全部用于量熱體系的溫度改變，那么，如果測得溫度改變值ΔＴ和量熱體系的水當(dāng)量（即量熱體系溫度升高１℃時所需的熱量），就可以計算樣品的燃燒熱。2024/1/22

根據(jù)能量守恒原理，用苯甲酸標(biāo)定量熱體系的水當(dāng)量（VρC+C卡）或C卡：

WQV+qb=(VρC+C卡)△T

式中：W—苯甲酸的質(zhì)量，g；

QV—苯甲酸的燃燒熱，26465J/g；

q—引火絲的燃燒熱，3.136J/cm；

b—引火絲的長度，cm；

V—量熱容器中水的體積，ml；

C—水的比熱，4.1868J/g?K；

ρ—水的密度，g/ml；

C卡—除水以外的量熱體系的熱容，J/K；

ΔT—校正后的溫度變化值，K。2024/1/22

萘燃燒熱QV的測定：

式中：M----為萘的分子量，128.17g/mol；

C卡----由苯甲酸標(biāo)定求得；其它符號同上。2024/1/22藥品儀器1.氧彈式量熱計（附壓片機(jī)）；2.氧氣鋼瓶（附減壓閥及氧氣表）；3.萬用表；4.引火絲（Φ0.12mmCu-Ni絲，q=3.136J/cm）；5.貝克曼溫度計；6.電子天平；7.容量瓶（500ml、1000ml）；8.苯甲酸（AR，烘干后置于干燥器內(nèi)），萘（AR）；9.等等。2024/1/22氧彈式量熱計（附壓片機(jī)）2024/1/22氧氣鋼瓶（附減壓閥及氧氣表）2024/1/22貝克曼溫度計2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟1.量熱計水當(dāng)量Cm的測定樣品壓片和裝置氧彈氧彈充氧氣裝置熱量計點(diǎn)火燃燒和升溫的測量整理設(shè)備，準(zhǔn)備下一步實(shí)驗(yàn)2.測量萘的燃燒熱

稱取0.6g左右的萘，用上述方法測定萘的燃燒熱。2024/1/221.樣品壓片和裝置氧彈（1）稱取1g左右的苯甲酸（不得超過1.1g）；（2）量取14cm長的引火絲，中間用細(xì)鐵絲繞幾圈做成彈簧形狀，在天平上準(zhǔn)確稱量；（3）將引火絲放在模子的底板上，然后將模子底板裝進(jìn)模子中，并倒入稱好的苯甲酸樣品；（4）將模子裝在壓片機(jī)上，下面填以托板，徐徐旋緊壓片的螺絲直到壓緊樣品為止（壓得不能太緊也不能壓得太要松，為什么？）；（5）抽走模子底下的托板，再繼續(xù)向下壓，則樣品和模子一起脫落，然后在天平上準(zhǔn)確稱量（樣品+引火絲）；（6）將樣品上的引火絲兩端固定在氧彈的兩個電極上，引火絲不能與坩堝相碰（為什么？）；2024/1/222.氧彈充氧氣（1）用萬用電表測量氧彈上兩電極是否通路（兩極電阻約10?），如不通應(yīng)打開氧彈重裝，如通路即可充氧。（2）氧彈與氧氣瓶連接：①旋緊氧彈上出氣孔的螺絲；②將氧氣表出氣孔與氧彈進(jìn)氣孔用進(jìn)氣導(dǎo)管連通，此時氧氣表減壓閥處關(guān)閉狀態(tài)（逆時針旋松）；③打開氧氣瓶總閥（鋼瓶內(nèi)壓不小于3MPa），沿順時針旋緊減壓閥至減壓表壓為2MPa，充氣2min，然后逆時針旋松螺桿停止充氣；④旋開氧彈上進(jìn)氣導(dǎo)管，關(guān)掉氧氣瓶總閥，旋緊減壓閥放氣，再旋松減壓閥復(fù)原。2024/1/223.裝置熱量計（1）用萬用電表再次測量氧彈兩極是否通路，若電阻在10?左右（如果沒有，須放氣重裝），將氧彈放入量熱計內(nèi)桶；（2）用容量瓶準(zhǔn)確量取已被調(diào)好的低于外桶水溫0.5-1.0℃的蒸餾水2500ml，裝入量熱計內(nèi)桶；（3）裝好攪拌器，將點(diǎn)火裝置的電極與氧彈的電極相連；（4）將已調(diào)好的貝克曼溫度計插入桶內(nèi)，蓋好蓋子，總電源開關(guān)打開，開始攪拌；（5）振動點(diǎn)火開關(guān)開向振動，計時開始，每隔0.5min讀取貝克曼溫度計2024/1/224.點(diǎn)火燃燒和升溫的測量（1）按振動點(diǎn)火開關(guān)開向振動，計時開始，每隔1min讀取貝克曼溫度計溫度一次，共讀取十次；（2）按振動點(diǎn)火開關(guān)開向點(diǎn)火，點(diǎn)火指示燈亮后1s左右又熄滅，而且量熱計溫度迅速上升，表示氧彈內(nèi)樣品已燃燒。可將振動點(diǎn)火開關(guān)開向振動，并每隔0.5min讀取貝克曼溫度計溫度一次；（3）至溫度不再上升（緩慢）而開始下降時，再每隔1min讀取貝克曼溫度計溫度一次，共讀取十次。2024/1/225.整理設(shè)備，準(zhǔn)備下一步實(shí)驗(yàn)（1）停止攪拌，關(guān)掉總電源開關(guān)；（2）取出氧彈，并打開放氣閥放氣；（3）觀察燃燒情況，取出剩余的引火絲，并準(zhǔn)確量取剩余長度；（4）倒掉氧彈和量熱計桶中的水，并擦干、吹干。2024/1/22實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)日期：

；室溫：

℃；氣壓：

KPa

1.量熱體系C卡的測定

2.萘燃燒熱QV的測定2024/1/221.量熱體系C卡的測定苯甲酸樣品重

g；引火絲長度

cm；引火絲剩余長度

cm；水的體積

ml；水的溫度

℃；氧彈計外殼套筒溫度

℃。時間(min)12345678910………………貝克曼溫度計示值℃2024/1/222.萘燃燒熱的測定萘樣品重

g；引火絲長度

cm；引火絲剩余長度

cm；水的體積

ml；水的溫度

℃；氧彈計外殼套筒溫度

℃。時間(min)12345678910………………貝克曼溫度計示值℃2024/1/22數(shù)據(jù)處理1.確定ΔT1、ΔT22.確定ρ1、ρ2

3.求C卡4.求出萘的恒容燃燒熱QV5.求出萘的恒壓燃燒熱QP6.與文獻(xiàn)值比較2024/1/22

1.用雷諾圖（溫度—時間曲線）法分別校正苯甲酸和萘燃燒而使量熱體系溫度改變的ΔT1、ΔT2。2024/1/22

b點(diǎn)相當(dāng)于開始燃燒點(diǎn)，c為觀察到的最高點(diǎn)的溫度讀數(shù)，過T1T2線段中點(diǎn)T作水平線TG，于T---t線相交于點(diǎn)O，過點(diǎn)O作垂直線AB，此線與ab線和cd線的延長線交于E、F兩點(diǎn)，則點(diǎn)E和點(diǎn)F所表示的溫度差即為欲求溫度的升高值ΔT。即ΔT=TE-TF2024/1/222.根據(jù)水的溫度，分別確定水的密度ρ1、ρ2

溫度℃

101112131415密度g/ml0.99970.99960.99950.99940.99930.9991溫度℃

161718192021密度g/ml0.99900.99880.99860.99840.99820.9980溫度℃

222324252627密度g/ml0.99780.99750.99730.99710.99680.9965溫度℃

282930313233密度g/ml0.99620.99600.99570.99540.99500.99472024/1/22

3.根據(jù)

求C卡2024/1/224.根據(jù)求出萘的恒容燃燒熱QV2024/1/225.根據(jù)求出萘的恒壓燃燒熱QP萘的燃燒反應(yīng)式為：(T為氧彈計外殼套筒溫度，Δn=-2)2024/1/22液體飽和蒸氣壓的測定2024/1/22文獻(xiàn)值：萘C10H8（s）的ΔcH0m（101.325KPa,298K)

文獻(xiàn)值為-5153.9KJ/mol

因QP=ΔH，如溫度差別不大（即≈298K），壓力影響不大，可認(rèn)為ΔH≈ΔcH0m2024/1/22實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論⑴結(jié)果：實(shí)測值為QP=⑵計算實(shí)驗(yàn)偏差：⑶分析產(chǎn)生偏差的原因：⑷有何建議與想法？2024/1/22注意事項(xiàng)：1.樣品按要求稱取，不能過量。過量會產(chǎn)生過多熱量，溫度升高會超過貝克曼溫度計的刻度；2.樣品壓片時不能過重或過輕；3.引火絲與樣品接觸要良好，且不能與坩鍋等相碰；4.調(diào)節(jié)貝克曼溫度計時，要輕慢；5.“點(diǎn)火”要果斷。2024/1/221.用平衡管測定不同溫度下液體的飽和蒸氣壓。2.了解純液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系并學(xué)會由圖解法計算水的平均摩爾氣化熱和正常沸點(diǎn)。3.掌握用靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓的操作方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?024/1/22在通常溫度下，純液體與其蒸氣達(dá)平衡時的蒸氣壓稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡稱為蒸氣壓。蒸發(fā)1mol液體所吸收的熱量稱為該溫度下液體的摩爾氣化熱。二、實(shí)驗(yàn)原理2024/1/22液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉貝龍方程式表示:

式中，R為摩爾氣體常數(shù);T為熱力學(xué)溫度;ΔvapHm為在溫度T時純液體的摩爾氣化熱。2024/1/22ΔvapHm可以近似作為常數(shù)，積分上式，得:(2)

其中C為積分常數(shù)。由此式可以看出，以lnp對1/T

作圖，應(yīng)為一直線，直線的斜率為

，由斜率可求算液體的ΔvapHm

。2024/1/22氣壓計321真空泵自來水三、儀器裝置安全瓶平衡管水浴電熱板2024/1/22四、實(shí)驗(yàn)步驟ABC去離子水去離子水水浴去離子水1、平衡管中加入純水2024/1/22關(guān)閉活塞1，打開活塞2，開動真空泵，緩緩關(guān)小活塞3，當(dāng)氣壓計指數(shù)約是-20kPa時，關(guān)閉活塞2，同時打開活塞3，約5分鐘后，若氣壓計指數(shù)不變，則表明系統(tǒng)不漏氣否則，應(yīng)逐段檢查，直到消除系統(tǒng)漏氣原因。2、系統(tǒng)氣密性檢查密閉體系2024/1/223、排除A、B彎管空間內(nèi)的空氣4、飽和蒸氣壓的測定2024/1/22五、數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)記錄表大氣壓

kPa室溫

℃溫度（℃）1/T蒸汽壓plnp

2024/1/222.繪出水的蒸氣壓溫度曲線。3.以lnp對1/T

作圖，并由直線的斜率得出平均摩爾氣化熱ΔvapHm，并求出水的正常沸點(diǎn)。

2024/1/22六、注意事項(xiàng)1.減壓系統(tǒng)不能漏氣，否則抽氣時達(dá)不到本實(shí)驗(yàn)要求的真空度。2.必須充分排凈平衡管中的全部空氣，平衡管必須放置于恒溫水浴中的水面以下，否則其溫度與水浴溫度不同。3.當(dāng)平衡管中U型部分的液面平齊時，讀數(shù)要迅速，讀畢應(yīng)立即打開大緩沖瓶與真空泵連接活塞抽氣減壓，防止空氣倒灌。若發(fā)生倒灌現(xiàn)象，必須重新排凈平衡管內(nèi)的空氣。2024/1/221、測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。

2、了解反應(yīng)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系。3、了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法。Ⅰ實(shí)驗(yàn)?zāi)康男夥y定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)2024/1/22

1、蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖,其反應(yīng)為：C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6(蔗糖)(葡萄糖)(果糖

)Ⅱ?qū)嶒?yàn)原理

2、它是一個二級反應(yīng),在純水中速率極慢。H+離子能催化此反應(yīng)進(jìn)行.在水大量存在的,盡管有部分水分子參加了反應(yīng),

仍可近似地認(rèn)為整個反應(yīng)過程中水的濃度是恒定的.因此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作為準(zhǔn)一級反應(yīng)。反應(yīng)物：蔗糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度[α]D20=66.6o;生成物：葡萄糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度[α]D20=52.5o；果糖是左旋性物質(zhì),其比旋光度[α]D20=-91.9o.2024/1/22由于旋光度與物質(zhì)濃度成正比，所以有：體系最初的旋光度為α0=β反Co(t=0,蔗糖尚未轉(zhuǎn)化)（1）體系最終的旋光度為α∞=β生C(t=∞,蔗糖已完全轉(zhuǎn)化)（2）其中β反和β生分別為反應(yīng)物與生成物的比例常數(shù)。當(dāng)時間為t時,蔗糖濃度為c,此時旋光度為αt,即

αt=β反C+β生(Co–C)（3）聯(lián)立（1）、（2）、（3）得C0=(αo-α∞)/(β反-β生)=β′(αo-α∞)（4）C=(αt-α∞)/(β反-β生)=β′(αt-α∞)（5）根據(jù)一級反應(yīng)的速率方程可得：

ln(αt-α∞)=-k0t+Ln(αo-α∞)（6）ln(α0-α∞)對t作圖可得一直線,從直線斜率既可求得反應(yīng)速率常數(shù)k0

2024/1/22Ⅲ實(shí)驗(yàn)步驟

1具體步驟

1）儀器裝置。了解旋光儀的構(gòu)造，原理，掌握使用方法。2）反應(yīng)過程的旋光度的測定。3）α∞的測量。反應(yīng)完畢后，將旋光管內(nèi)反應(yīng)液與試管內(nèi)剩余的反應(yīng)混合液合并，置于50～60oC的水浴內(nèi)溫?zé)?0min，使其加速反應(yīng)至完全。然后取出，冷至實(shí)驗(yàn)溫度下測定旋光度，在10～15min內(nèi)，讀取5～7個數(shù)據(jù)，如在測量誤差范圍，取其平均值，既為α∞值。4）同上法測量其它溫度下不同反應(yīng)時間對應(yīng)的旋光度。2024/1/222注意事項(xiàng)數(shù)顯全自動旋光儀其電源用的是直流電源。掌握全自動旋光儀和手動旋光儀的使用方法。3提問1）旋光度與哪些因素有關(guān)？2）在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中所測的旋光度αt是否必須要進(jìn)行零點(diǎn)校正？2024/1/22Ⅳ實(shí)驗(yàn)總結(jié)1數(shù)據(jù)處理1）將測得的旋光度αt對時間t列表、作出圖。3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的k（T1）和k（T2），利用阿侖尼烏斯（Arrhenius）公式計算反應(yīng)的平均活化能。

2）將αt-t曲線上，等間隔取8個（αt-t）數(shù)組，并通過計算，以ln（αt-α∞）對t作圖，由直線斜率求反應(yīng)速率常數(shù)k并計算反應(yīng)半衰期t1/2。

2024/1/221）在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，我們將鹽酸加到蔗糖溶液，而不能將蔗糖溶液加到鹽酸溶液中去。2）配置蔗糖溶液時稱量不夠準(zhǔn)確，對測量結(jié)果沒有影響。2討論2024/1/221、研究型利用該方法可以測定許多有機(jī)化合物的旋光性。2、參考書.復(fù)旦大學(xué)編.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版）.北京：高等教育出版社，2004Ⅴ實(shí)驗(yàn)延伸2024/1/22電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解表面活性劑的特性及膠束形成原理。2.掌握DDS-11A型電導(dǎo)儀的使用方法。3.用電導(dǎo)法測定十二烷基硫酸鈉的臨界膠束濃度。實(shí)驗(yàn)原理

明顯“兩親”性質(zhì)的分子，即含有親油的足夠長的(大于10～12個碳原子)烴基，又含有親水的極性基團(tuán)。由這一類分子組成的物質(zhì)稱為表面活性劑，表面活性劑分子都是由極性部分和非極性部分組成的。

表面活性劑進(jìn)入水中，在低濃度時呈分子狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油基團(tuán)靠攏而分散在水中。當(dāng)溶液濃度加大到一定程度時，許多表面活性物質(zhì)的分子立刻結(jié)合成很大的集團(tuán)，形成”膠束”。實(shí)驗(yàn)原理以膠束形式存在于水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的。表面活性物質(zhì)在水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度，以CMC表示。

當(dāng)表面活性劑溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且達(dá)到一定濃度時還會在溶液中發(fā)生定向排列而形成膠束。表面活性劑為了使自己成為溶液中的穩(wěn)定分子，有可能采取的兩種途徑：一是把親水基留在水中，親油基伸向油相或空氣；二是讓表面活性劑的親油基團(tuán)相互靠在一起，以減少親油基與水的接觸面積。

實(shí)驗(yàn)原理前者就是表面活性劑分子吸附在界面上，其結(jié)果是降低界面張力,形成定向排列的單分子膜，后者就形成了膠束。由于膠束的親水基方向朝外，與水分子相互吸引，使表面活性劑能穩(wěn)定溶于水中。

本實(shí)驗(yàn)利用DDS-11A型電導(dǎo)儀測定不同濃度的十二烷基硫酸鈉水溶液的電導(dǎo)值(也可換算成摩爾電導(dǎo)率)，并作電導(dǎo)值(或摩爾電導(dǎo)率)與濃度的關(guān)系圖，從圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)求得臨界膠束濃度。

儀器試劑DDS-11A電導(dǎo)率儀一臺；容量瓶(50mL)12只；260型電導(dǎo)電極一支；溫水浴一套；分析天平1臺

儀器：試劑：十二烷基硫酸鈉(分析純)

實(shí)驗(yàn)步驟1.取十二烷基硫酸鈉在80℃烘干3小時，用電導(dǎo)水或重蒸餾水準(zhǔn)確配制0.002，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.018，0.020mol·L-1的十二烷基硫酸鈉溶液各50mL。2.開通電導(dǎo)率儀和恒溫水浴的電源預(yù)熱20min。調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度至25℃。實(shí)驗(yàn)步驟3.用DDS-11A型電導(dǎo)儀從稀到濃分別測定上述各溶液的電導(dǎo)值。用后一個溶液蕩洗存放前一個溶液的電導(dǎo)池三次以上，各溶液測定時必須恒溫10min，每個溶液的電導(dǎo)讀數(shù)三次，取平均值。4.列表記錄各溶液對應(yīng)的電導(dǎo)，并換算成電導(dǎo)率或摩爾電導(dǎo)率。

實(shí)驗(yàn)步驟3.試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表濃度/mol·L-1電導(dǎo)率濃度/mol·L-1電導(dǎo)率注意事項(xiàng)測定水溶液電導(dǎo)時要按從稀到濃的順序來測。配制溶液時必須保證濃度的準(zhǔn)確性。

思考題若要知道所測得的臨界膠束濃度是否準(zhǔn)確，可用什么實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證之？非離子型表面活性劑能否用本實(shí)驗(yàn)方法測定臨界膠束濃度？若不能，則可用何種方法測之？溶解的表面活性劑分子與膠束之間的平衡溫度和濃度有關(guān)系，其關(guān)系式為：

試問如何測出其熱效應(yīng)△H？偶極矩的測定

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．了解偶極矩與分子電性的關(guān)系。

2．了解溶液法測定偶極距的原理和方法。3．測定極性物質(zhì)（乙酸乙酯）在非極性溶劑（四氯化碳）中的介電常數(shù)和分子偶極矩。2024/1/22分子極性分子非極性分子偶極矩正負(fù)電荷中心不重合有無正負(fù)電荷中心重合2024/1/22極性分子具有偶極矩

待測物質(zhì)是極性分子丙酮

怎樣判斷分子是否具有偶極矩利用分子的結(jié)構(gòu)對稱性分子對稱性分子性質(zhì)2024/1/221．用溶液法測定丙酮的偶極矩。2．了解分子偶極矩和分子電性質(zhì)的關(guān)系3．掌握折射法測偶極矩的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?024/1/22二、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

容量瓶(50mL)6只數(shù)字小電容測試儀

電容池一只電吹風(fēng)一只四氯化碳或環(huán)丙烷(AR)預(yù)先干燥處理丙酮(AR)預(yù)先干燥處理2024/1/22三、實(shí)驗(yàn)原理與方法

偶極矩是矢量，規(guī)定：方向是從正電荷中心指向負(fù)電荷中心分子極性大小用偶極矩

來度量，其定義：2024/1/22

q為正、負(fù)電荷中心所帶的電荷量；r是正、負(fù)電荷中心間的距離。偶極矩的SI單位是庫［侖］米(C·m)。而過去習(xí)慣使用的單位是德拜(D)，1D=3.338×10-30C·m。偶極矩的理論最初由Debye于1912年提出，測量工作開始于20年代，分子偶極矩通常可用微波波譜法、分子束法、介電常數(shù)法和其它一些間接方法來進(jìn)行測量。2024/1/22

由于前兩種方法在儀器上受到的局限性較大，因而文獻(xiàn)上發(fā)表的偶極矩數(shù)據(jù)絕大多數(shù)來自于介電常數(shù)法。由測量介電常數(shù)的方法來計算分子的偶極矩至今已發(fā)展成多種不同的獨(dú)立方程式。2024/1/22

只有極性分子才有偶極矩，所以本實(shí)驗(yàn)的待測物質(zhì)（實(shí)驗(yàn)對象）是極性分子，溶液法是將待測的待測物質(zhì)溶解在溶劑中（一般是較稀的溶液），以溶劑作為分散劑，以減小待測物質(zhì)間的作用力，然后測定溶液的性質(zhì)，再根據(jù)測定的數(shù)據(jù)利用作圖法（可利用計算機(jī)擬合），利用相關(guān)公式計算出溶質(zhì)（待測物質(zhì)）的偶極矩。2024/1/22選擇溶劑應(yīng)考慮以下因素：

（a）必須是非極性的（b）與溶劑的性質(zhì)（如密度等）相差越大越好，這樣不同濃度溶液測量數(shù)據(jù)的差別，測定相對誤差小。（c）溶劑穩(wěn)定，毒性小，揮發(fā)性小，便于操作。2024/1/22

極性分子具有永久偶極矩，在沒有外電場存在時，由于分子熱運(yùn)動，偶極矩指向各方向機(jī)會均等地，故其偶極矩統(tǒng)計值為零。若將極性分子置于均勻的外電場中，分子將會沿電場方向作定向轉(zhuǎn)動，同時分子中的電子云對分子骨架發(fā)生相對移動，分子骨架也會變形，稱為分子極化。極化的程度可用摩爾極化度P來度量。因轉(zhuǎn)向而極化稱為摩爾轉(zhuǎn)向極化度P轉(zhuǎn)向(P0)

，由變形所致的極化稱為摩爾變形極化度P變形(PD)。而P變形又是電子極化P電子

(PE)和原子極化P原子(PA)之和。2024/1/22測定偶極矩的基本公式

·················1在某一定溫度下測溶劑和溶液的介電常數(shù)，則利用2024/1/22

可計算總摩爾極化度P=PE+PA+P0

；

D、

E、

A、

0分別為變形極化率、電子極化率、原子極化率和分子轉(zhuǎn)向極化率；

為物質(zhì)介電常數(shù)；P稱為總摩爾極化度，PE、PA、P0

、PD分別為電子極化度、原子極化度、轉(zhuǎn)向極化度和變形極化度；M為分子量，NA是阿伏加德羅常數(shù)，d為T溫度下密度。2024/1/22摩爾折射度(R)是由于在光的照射下分子中電子(主要是價電子)云相對于分子骨架的相對運(yùn)動的結(jié)果。R可作為分子中電子極化率的量度，其定義為M為分子量，d為T溫度下密度。2024/1/22摩爾折射度與波長有關(guān)，若以鈉光D線為光源（屬于高頻電場，

＝5893?

），所測得的折光率以nD表示，相應(yīng)的摩爾折射度以RD表示。根據(jù)Maxwell的電磁波理論，物質(zhì)的介電常數(shù)

和折射率n之間有關(guān)系：

和n均與波長

有關(guān)，將其代入前式得2024/1/22的關(guān)系。R稱為摩爾折射度，n為折射率。忽略貢獻(xiàn)較小的PA一項(xiàng)，則有·················3···········2在同一溫度下測定溶液和溶劑的折射率n，用鈉黃光（可見光）測定相當(dāng)于在高頻電場中有2024/1/22

實(shí)驗(yàn)測定P、R后，即可計算偶極矩

0。需要指出的是，克勞修斯－莫縈第－德拜方程推導(dǎo)出來的1式，以及3式均應(yīng)有相同的適用范圍，即氣態(tài)、非極性液體、極性溶質(zhì)在非極性溶劑中的稀溶液。原因是極性分子之間相互作用強(qiáng)誤差大，為消除極性分子間的相互作用，將極性溶質(zhì)以較小的濃度溶于非極性溶劑中，配成幾種不同濃度的溶液，其摩爾極化度P12也可用克勞修斯－莫索第－德拜方程表示：2024/1/22代入4式得···············42024/1/22同理（在高頻可見光下測n時）有············6···55式-6式，并忽略貢獻(xiàn)較小的

A

，可得···········72024/1/22因?yàn)槭窍∪芤?，··?a···8b2024/1/22從而可得

···········9因此，可以僅測各溶液的C2、

12、n12三套數(shù)據(jù)，2024/1/22但溶劑的兩個數(shù)據(jù)

1，n1也是必要的，因?yàn)閷?a式來說，可以由

1，n1計算截距與從圖上所得截距對比作為對結(jié)果的檢驗(yàn)；對8b來說，以對C2作圖，圖線經(jīng)過原點(diǎn)，增加一個圖線端點(diǎn)坐標(biāo)，給作圖帶來便利。

2024/1/22四、實(shí)驗(yàn)步驟

配制丙酮的環(huán)己烷(四氯化碳)溶液各50mL，分別盛于6個小容量瓶中，其濃度分別為0.100，0.200，0.400，0.600，0.800，1.200(mol/L)，操作時應(yīng)注意防止溶液、溶劑的揮發(fā)以及吸收極性較大的水汽。1、溶液配制2024/1/223、介電常數(shù)測定測定純?nèi)軇┖?份所配溶液的折光率。注意各樣品加樣三次，每次讀取三個數(shù)據(jù)。式中C0為真空時電容?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?0通過測定電容計算對于平行板電容器2、折光率測定2024/1/22

本實(shí)驗(yàn)的待測物質(zhì)放在電容池中利用小電容測試儀進(jìn)行測試，但電容池在小電容測試儀的插孔上所呈現(xiàn)的電容C測可看作為電容池二電極間的電容C和整個測試系統(tǒng)中的分布電容Cd并聯(lián)所構(gòu)成，即C測＝C+Cd

。C是隨介質(zhì)不同而變化的，而Cd不隨測試物質(zhì)改變而改變的恒值，即Cd不是所測物質(zhì)的電容，應(yīng)在各次測量后扣除。測求Cd的方法是用已知介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定。2024/1/22再測不加樣品的空電容器的電容C空′測得標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的電容C標(biāo)′(C測)。近似：C空≈C0，代入12即可求得Cd···········11···········12···········13代入132024/1/22四氯化碳作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)式中t為恒溫溫度（攝氏溫度）。介電常數(shù)的溫度公式環(huán)己烷作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1)電容C0和Cd的測定2024/1/22

用電吹風(fēng)將電容池二極間的空隙吹干，旋上金屬蓋。讀出電容值。讀取電容值，重復(fù)測試三次，三次平均值即為C空′(C空+Cd－儀器的分布電容)。再用滴管吸取干燥過的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，從金屬蓋的中間口加入四氯化碳(環(huán)己烷)，使液面超過電極。并蓋上塑料塞，以防四氯化碳(環(huán)己烷)揮發(fā)。恒溫數(shù)分鐘后，如上述步驟測定電容值。然后打開金屬蓋，移去電極間的四氯化碳(環(huán)己烷)(倒入回收瓶中)。重新裝樣再次測電容值。三次測量的電容值的平均值即為C標(biāo)′。從而可求C空(近似等于C0)和Cd的值。

2024/1/22測定方法與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測量相同。重復(fù)測定時，不但要移去電容間的溶液，還要用電吹風(fēng)將二極間的空隙吹干。然后復(fù)測C空′值，兩次值差有不大于0.01pF。再加入待測溶液，測電容，兩次測定的數(shù)據(jù)的差值應(yīng)小于0.05pF，否則要繼續(xù)復(fù)測。三次所測電容讀數(shù)取平均值，減去Cd,即為溶液的電容值C12。由于溶液易揮發(fā)，故加樣時動作要迅速，加樣后塑料塞要塞緊。(2)溶液電容的測定2024/1/224、實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理

(1)、實(shí)驗(yàn)體系

丙酮的四氯化碳(環(huán)己烷)溶液測電容和折射率時恒溫溫度：20℃或25℃(2)、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)計算處理，對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論文獻(xiàn)值的差別，分析原因并思考如何處理。2024/1/22五、思考問題

1、本實(shí)驗(yàn)測定偶極矩時做了哪些近似處理?

2、準(zhǔn)確測定溶質(zhì)的摩爾極化度和摩爾折射度時，為何要外推到無限稀釋?

3、在偶極矩測定實(shí)驗(yàn)中樣品室吹干時為什么不能用熱風(fēng)吹干?

2024/1/22計算機(jī)模擬基元反應(yīng)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解分子反應(yīng)動態(tài)學(xué)的主要內(nèi)容和基本研究方法。2掌握準(zhǔn)經(jīng)典軌線法的基本思想及其結(jié)果所代表的物理涵義。3.了解宏觀反應(yīng)和微觀基元反應(yīng)之間的統(tǒng)計聯(lián)系。2024/1/22二、實(shí)驗(yàn)原理

分子反應(yīng)動態(tài)學(xué)是在分子和原子的水平上研究化學(xué)反應(yīng)的最基本過程——分子碰撞;

準(zhǔn)經(jīng)典軌線法是一種以經(jīng)典散射理論為基礎(chǔ)的分子反應(yīng)動態(tài)學(xué)計算方法。設(shè)想一個簡單的反應(yīng)體系，A+BC，當(dāng)A原子和BC分子發(fā)生碰撞時，可能會有以下幾種情況發(fā)生:

2024/1/222024/1/22準(zhǔn)經(jīng)典軌線法的基本思想；

將A，B，C都近似看成經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，考察它們的坐標(biāo)和動量隨時間的變化情況，就能知道原子之間是否發(fā)生了重新組合，即是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，以及碰撞前后各原子或分子所處的能量狀態(tài)。通過對各種碰撞條件的結(jié)果作統(tǒng)計平均，就能得到可與宏觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較的理論動力學(xué)參數(shù)。2024/1/221.哈密頓運(yùn)動方程設(shè)一個反應(yīng)有N個原子，它們的運(yùn)動情況可以用3N個廣義坐標(biāo)qi和3N個廣義動量pi來描述。若體系的總能量計作H(是qi和pi的函數(shù)），按照經(jīng)典力學(xué)，坐標(biāo)和動量隨時間的變化情況符合下列規(guī)律。對于A原子和BC分子所構(gòu)成的反應(yīng)體系，應(yīng)當(dāng)有9個廣義坐標(biāo)和9個廣義動量，構(gòu)成9組哈密頓運(yùn)動方程。2024/1/22根據(jù)經(jīng)典力學(xué)知識，當(dāng)一個體系沒有受到外力作用時，整個體系的質(zhì)心應(yīng)當(dāng)以一恒速運(yùn)動，并且這一運(yùn)動和體系內(nèi)部所發(fā)生的反應(yīng)無關(guān)。同時,體系的勢能由體系中所有原子的靜電作用引起的，所以它只和體系中原子的相對位置有關(guān)，和整個體系的空間位置無關(guān)。只要選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，就可以扣除體系質(zhì)心位置的三個坐標(biāo)，將9組哈密頓方程簡化為6組，大大減少計算工作量。2024/1/22若選取正則坐標(biāo)系，有三組方程描述質(zhì)心運(yùn)動的可以略去，還剩6組12個方程。選取正則坐標(biāo)時，式中μA，BC是A和BC體系的折合質(zhì)量，μBC是BC的折合質(zhì)量。若知道了位能V就知道了方程的具體表達(dá)式。2024/1/222.位能函數(shù)V

位能函數(shù)V(q1，q2，…，q6)是一勢能超面，無普適表達(dá)式，但可以通過量子化學(xué)計算出數(shù)值解，然后擬合出半經(jīng)驗(yàn)的位能函數(shù)——LEPS解析表達(dá)式。2024/1/223.初值的確定V確定之后，方程就確定。只要知道初始pi(0)，qi(0)，就可以求得任一時間的pi(t)，qi(t)。

2024/1/22

碰撞時，BC分子在不停地轉(zhuǎn)動和振動，BC的取向、振動位相、碰撞參數(shù)等無法控制，讓計算機(jī)隨機(jī)設(shè)定，這種方法稱為Monte-Corlo法（蒙特卡羅法）。設(shè)定BC分子初態(tài)時，給出了振動量子數(shù)v和轉(zhuǎn)動量子數(shù)J，這是經(jīng)典力學(xué)不可能出現(xiàn)的，故該方法稱為準(zhǔn)經(jīng)典軌線法。2024/1/224.數(shù)值積分初值確定后，就可以求任一時刻的pi(t)，qi(t)，程序中我們采用的是Lunge-Kutta值積分法，其計算思想實(shí)質(zhì)上是將積分化為求和。

選擇適當(dāng)?shù)姆e分步長Δx是必要的，步長太小，耗時太多，增大步長雖可以縮短時間，但有可能帶來較大誤差。2024/1/225.終態(tài)分析確定一次碰撞是否已經(jīng)完成，只要考察A，B，C的坐標(biāo)，當(dāng)任一原子離開其它原子的質(zhì)心足夠遠(yuǎn)時(＞5.0a.u.)，碰撞就已經(jīng)完成。然后通過分析RAB，RBC，RCA的大小，確定最終產(chǎn)物，根據(jù)終態(tài)各原子的動量，推出分子所處的能量狀態(tài)，這樣就完成了一次模擬。2024/1/226．統(tǒng)計平均由于初值隨機(jī)設(shè)定，導(dǎo)致每次碰撞結(jié)果不同，為了正確反映出真實(shí)情況，需對大量不同隨機(jī)碰撞的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計平均。如對同一條件下的A+BC反應(yīng)模擬了N次，其中有Nr發(fā)生了反應(yīng)，則反應(yīng)幾率為：

Pr=Nr/N2024/1/22四、實(shí)驗(yàn)步驟

啟動程序，按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表輸入初值，計算100條反應(yīng)軌線，記錄反應(yīng)幾率、反應(yīng)截面及產(chǎn)物的能態(tài)分布。根據(jù)計算程序作出的反應(yīng)軌線圖，從中選出一條反應(yīng)軌跡和一條非反應(yīng)軌跡，觀察RAB，RBC，RCA隨時間變化的規(guī)律。改變初值，再計算100條反應(yīng)軌線，記錄結(jié)果，討論對于F+H2反應(yīng)來說，增加平動能、轉(zhuǎn)動能或振動能，哪個對HF的形成更為有利？2024/1/22“計算機(jī)模擬基元反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

第1次第2次第3次第4次轉(zhuǎn)動量子數(shù)J0010振動量子數(shù)v0100初始平動能/eV2.02.02.04.0振轉(zhuǎn)能/eV反應(yīng)幾率反應(yīng)截面/a.u.平均產(chǎn)物平動能/eV平均產(chǎn)物轉(zhuǎn)動能/eV平均產(chǎn)物振動能/eV原子量:

F—18.9984(A)，H—1.0079(B)，H—1.0079(C)積分步長:10.00最大碰撞參數(shù):3.7800a.u.最初A-BC距離:6.0000a.u.反應(yīng)軌線數(shù):1002024/1/22根據(jù)計算程序作出的反應(yīng)軌線圖，與非反應(yīng)碰撞相比，反應(yīng)碰撞中原子間距RAB、RBC、RAC的變化規(guī)律是：

從計算結(jié)果可以看出，增加①平動能②轉(zhuǎn)動能③振動能中的

，反應(yīng)幾率顯著變大，對反應(yīng)F+H2=HF+H最有利。

2024/1/22GaussView對分子性質(zhì)的可視化輸出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

了解計算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用技術(shù)。初步掌握GaussView軟件的使用。通過GaussView對量子化學(xué)計算結(jié)果的可視化，學(xué)會分析分子的性質(zhì)，從而加深對復(fù)雜分子內(nèi)部作用的了解。2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理

GaussView是Gaussian03的圖形用戶界面，能簡單快速地構(gòu)造分子、設(shè)置Gaussian的計算并且顯示Gaussian的計算結(jié)果，包括：優(yōu)化的結(jié)構(gòu)；分子軌道；振動頻率的簡正模式；原子電荷；靜電勢曲面；NMR屏蔽密度等。本實(shí)驗(yàn)將采用GaussView軟件顯示Gaussian的計算結(jié)果，使學(xué)生更深入和更直觀的了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟

:1.GaussView軟件的使用打開軟件，進(jìn)入GaussView主窗口。在主窗口中打開下拉菜單“File”,點(diǎn)擊“Open”，打開一個高斯計算結(jié)果文件（.out文件）打開菜單“View”，點(diǎn)擊“DisplayFormat”中的“Molecule”選項(xiàng)，可以將分子結(jié)構(gòu)分別以線形模型（WireFrame）、管子模型（Tube）、球棍模型（BallsandSticks）顯示用鼠標(biāo)選中任意兩個原子，點(diǎn)擊工具欄上的“”可以顯示鍵長用鼠標(biāo)選中任意三個原子，點(diǎn)擊工具欄上的“”可以顯示鍵角的大小打開菜單“Results”，點(diǎn)擊“Charges”,選中“ShowChargeNumbers”選項(xiàng)，可將原子的電荷數(shù)值直接顯示在分子結(jié)構(gòu)圖上2024/1/22“計算機(jī)模擬基元反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

級

專業(yè)，第

組，學(xué)號：

姓名：

原子量:F—18.9984(A)，H—1.0079(B)，H—1.0079(C)積分步長:10.00最大碰撞參數(shù):3.7800a.u.最初A-BC距離:6.0000a.u.反應(yīng)軌線數(shù):100第1次第2次第3次第4次轉(zhuǎn)動量子數(shù)

J0010振動量子數(shù)v0100初始平動能/eV2.02.02.04.0振轉(zhuǎn)能

/eV反應(yīng)幾率反應(yīng)截面/a.u.平均產(chǎn)物平動能/eV平均產(chǎn)物轉(zhuǎn)動能/eV平均產(chǎn)物振動能/eV根據(jù)計算程序作出的反應(yīng)軌線圖，與非反應(yīng)碰撞相比，反應(yīng)碰撞中原子間距RAB、RBC、RAC的變化規(guī)律是：

從計算結(jié)果可以看出，增加①平動能②轉(zhuǎn)動能③振動能中的

，反應(yīng)幾率顯著變大，對反應(yīng)F+H2=HF+H最有利。“計算機(jī)模擬基元反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

級

專業(yè)，第

組，學(xué)號：

姓名：

原子量:F—18.9984(A)，H—1.0079(B)，H—1.0079(C)積分步長:10.00最大碰撞參數(shù):3.7800a.u.最初A-BC距離:6.0000a.u.反應(yīng)軌線數(shù):100第1次第2次第3次第4次轉(zhuǎn)動量子數(shù)J0010振動量子數(shù)v0100初始平動能/eV2.02.02.04.0振轉(zhuǎn)能/eV反應(yīng)幾率反應(yīng)截面/a.u.平均產(chǎn)物平動能/eV平均產(chǎn)物轉(zhuǎn)動能/eV平均產(chǎn)物振動能

/eV根據(jù)計算程序作出的反應(yīng)軌線圖，與非反應(yīng)碰撞相比，反應(yīng)碰撞中原子間距RAB、RBC、RAC的變化規(guī)律是：

從計算結(jié)果可以看出，增加①平動能②轉(zhuǎn)動能③振動能中的

，反應(yīng)幾率顯著變大，對反應(yīng)F+H2=HF+H最有利。2024/1/22分子幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能量的精確計算

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庥嬎銠C(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用技術(shù)。初步掌握常用量子化學(xué)計算軟件—Gaussian軟件的使用。通過計算實(shí)例學(xué)會分析和應(yīng)用計算結(jié)果。2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理

隨著計算機(jī)硬件和軟件突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計算化學(xué)已成為理論化學(xué)的重要分支。計算化學(xué)主要是通過包括從頭計算、半經(jīng)驗(yàn)方法、密度泛函理論等量子化學(xué)方法以及分子力學(xué)方法和分子動力學(xué)模擬來解決與化學(xué)相關(guān)的問題。目前,計算化學(xué)已迅速成為定量預(yù)測分子，包括生物大分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應(yīng)性的有力工具,它廣泛地應(yīng)用于化學(xué)的各個領(lǐng)域。Gaussian03軟件是目前國際上最為流行的量子化學(xué)計算軟件，可以進(jìn)行一系列的半經(jīng)驗(yàn)計算和分子軌道從頭計算，通過計算可以預(yù)測分子和化學(xué)反應(yīng)的許多性質(zhì)，具有計算精度高、適用范圍廣及容易操作的特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)將采用Gaussian03W（Windows版）軟件對分子的結(jié)構(gòu)和能量進(jìn)行計算，使學(xué)生初步了解計算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用技術(shù)，學(xué)會分析和應(yīng)用計算結(jié)果

2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟

1.G03W軟件的使用打開軟件，進(jìn)入Gaussian03主窗口。在主窗口中打開下拉菜單“File”,點(diǎn)擊“New”選項(xiàng)后將跳出“作業(yè)編輯對話框”（如圖1所示）。圖1Gaussian03作業(yè)編輯對話框

圖1Gaussian03作業(yè)編輯對話框2024/1/22乙炔分子的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能量計算圖2乙炔分子的編輯對話框其中OPT表示優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，HF表示采用從頭算Hartree-Fock方法，6-31G*表示采用的基函數(shù)，0和1分別表示乙烯分子的電荷和自旋多重度。分子說明部分采用的是分子的內(nèi)坐標(biāo)，它主要是通過分子中原子的空間構(gòu)型進(jìn)行設(shè)置，具體格式為：元素標(biāo)記，參考原子，鍵長，參考原子，鍵角，參考原子，二面角

2024/1/223.點(diǎn)擊“RUN”按鈕，并將計算結(jié)果（以.out文件形式）保存在指定目錄中。4.計算結(jié)果顯示：分子所屬點(diǎn)群：FullpointgroupD*H分子總能量SCFDone:E(RHF)=-76.8178264715Hartree

2024/1/22練習(xí)部分

1.采用Hartree-Fock方法和基函數(shù)優(yōu)化H2分子的結(jié)構(gòu)，計算分子總能量并判斷分子所屬的點(diǎn)群。2.采用Hartree-Fock方法和基函數(shù)優(yōu)化H2O分子的結(jié)構(gòu)，計算分子總能量并判斷分子所屬的點(diǎn)群。3.采用Hartree-Fock方法和基函數(shù)優(yōu)化C2H4分子的結(jié)構(gòu)，計算分子總能量并判斷分子所屬的點(diǎn)群。2024/1/22數(shù)據(jù)處理分子分子總能量（Hartree）分子所屬點(diǎn)群H2H2OC2H42024/1/22分光光度法測定蔗糖酶的米氏常數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.用分光光度法測定蔗糖酶的米氏常數(shù)Km和最大反應(yīng)速率Vmax

。2.了解底物濃度與酶反應(yīng)速率之間的關(guān)系3.掌握分光光度計的使用方法2024/1/22實(shí)驗(yàn)原理

酶是由生物體內(nèi)產(chǎn)生的具有催化活性的蛋白質(zhì)。它表現(xiàn)出特異的催化功能，因此叫生物催化劑。酶具有高效性和高度選擇性，酶催化反應(yīng)一般在常溫、常壓下進(jìn)行。在酶催化反應(yīng)中，底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過酶的濃度，在指定實(shí)驗(yàn)條件時，酶的濃度一定時，總的反應(yīng)速率隨底物濃度的增加而增大，直至底物過剩此時底物的濃度不再影響反應(yīng)速率，反應(yīng)速率最大。

米切力斯（Michaelis）應(yīng)用酶反應(yīng)過程中形成中間絡(luò)合物的學(xué)說，導(dǎo)出了米氏方程，給出了酶反應(yīng)速率和底物濃度的關(guān)系：2024/1/22米-曼氏方程：

Vmax.CSv=—————

CS

+Km

上式中v代表反應(yīng)速度，Vmax代表最大反應(yīng)速度,CS代表底物濃度，Km稱為米氏常數(shù)。在指定條件下，對每一種酶的反應(yīng)都有特定的Km值，與酶的濃度無關(guān)，故其對研究酶反應(yīng)動力學(xué)有重要意義。2024/1/22（一）米氏常數(shù)的定義由米-曼氏方程可以導(dǎo)出：（Vmax-v）〔S〕Km=———————

v當(dāng)v=1/2Vmax時，Km=〔S〕。因此Km值為反應(yīng)速度相當(dāng)于最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。Km值是酶的特征常數(shù)，具有重要的應(yīng)用價值。2024/1/22（二）Km值的應(yīng)用1.鑒定酶的種類

Km值是酶的特征常數(shù)，在反應(yīng)條件一定時，只與酶的種類和底物的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。不同種類的酶其Km值不同，對于一種未知的酶，可在規(guī)定的條件下測定其Km值加以鑒定。2024/1/22某些酶的Km值

酶底物Km(mmol/L)乳酸脫氫酶丙酮酸0.017己糖激酶D-葡萄糖0.05D-果糖1.5

-半乳糖苷酶D-乳糖4.0碳酸酐酶H2CO39.0過氧化氫酶H2O225蔗糖酶蔗糖28糜蛋白酶甘氨酰酪氨酰甘氨酸1082024/1/222.反映酶與底物的親合力Km值越大，酶與底物親合力越小，Km值越小，酶與底物親合力越大。

3.選擇酶的最適底物

Km值取決于酶的種類和底物的性質(zhì)，在酶一定時，不同底物有不同的Km值。酶活力測定時，應(yīng)優(yōu)先選擇酶的最適底物，使酶促反應(yīng)容易進(jìn)行，并節(jié)省底物用量。2024/1/224.計算不同底物濃度時酶促反應(yīng)速度相當(dāng)于最大反應(yīng)速度的比率根據(jù)米-曼氏方程可以計算5.設(shè)計適宜的底物濃度

酶促反應(yīng)進(jìn)程曲線表明，只有初速度才能真正代表酶活性，一般要求初速度達(dá)到最大速度的90%～95%、底物消耗率為1%～5%。這樣既可以近似地表示酶活性，又不致于使底物濃度過高而造成浪費(fèi)。2024/1/22(三)Vmax的應(yīng)用定義：Vmax指酶完全被底物分子飽和時的反應(yīng)速度。應(yīng)用：

Vmax可用來計算酶的轉(zhuǎn)化率（TN），即單位時間內(nèi)每分子酶可使底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分子數(shù)，單位為分子數(shù)/秒。當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度時，如果已知酶量，則可計算出酶的轉(zhuǎn)化率：

TN=底物轉(zhuǎn)化量（mol/s）/酶量（mol）2024/1/22(四)Km和Vmax的測定為了求得Km值，可用雙倒數(shù)作圖法

1Km+〔S〕Km11——=—————=———·——+———vVmax〔S〕Vmax〔S〕Vmax以1/V為縱坐標(biāo)，1/[S]為橫坐標(biāo)作圖，所得直線的截距1/Vmax，斜率是Km/Vmax，直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為-1/Km.

2024/1/22

本實(shí)驗(yàn)用的蔗糖酶是一種水解酶，它能使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。該反應(yīng)的速率可以用單位時間內(nèi)葡萄糖濃度的增加來表示，葡萄糖與3,5-二硝基水楊酸共熱后被還原成棕紅色的氨基化合物，在一定濃度范圍內(nèi)，葡萄糖的量和棕紅色物質(zhì)顏色深淺程度成一定比例關(guān)系，因此可以用分光光度計來測定反應(yīng)在單位時間內(nèi)生成葡萄糖的量，從而計算出反應(yīng)速率。所以測量不同底物（蔗糖）濃度的相應(yīng)反應(yīng)速率，就可用作圖法計算出米氏常數(shù)值Km。2024/1/22實(shí)驗(yàn)步驟

1.蔗糖酶的制取。稱取10g即發(fā)干酵母配成10%的溶液，搖勻靜置5~6小時后，以3000轉(zhuǎn)離心30min，取出上層清液，為粗制酶液,用軟木塞將瓶口塞住，放入37℃的恒溫箱中保溫60h。2.溶液的配制。（１）0.1%葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液（1mg/mL）：先在90℃下將葡萄糖烘1h，然后準(zhǔn)確稱取1g于100ml燒杯中，用少量蒸餾水溶解后，定量移至1000ml容量瓶中。（2）3,5-二硝基水楊酸試劑（即DNS）：6.3gDNS和262ml的2mol/LNaOH加到酒石酸鉀鈉的熱溶液中（182g酒石酸鉀鈉溶于500ml水中），再加5g重蒸酚和5g亞硫酸鈉，微熱攪拌溶解，冷卻后加蒸餾水定容到1000ml，貯于棕色瓶中備用。（3）0.1mol/L的蔗糖液：準(zhǔn)確稱取34.2g蔗糖溶解后定容至1000容量瓶中。

2024/1/223.葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。(本部分已由老師完成）

在9個50ml的容量瓶中，加入不同量0.1%葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液及蒸餾水，得到一系列不同濃度的葡萄糖溶液。分別吸取不同濃度的葡萄糖溶液1.0ml注入9支試管內(nèi)，另取一支試管加入1.0ml蒸餾水，然后在每支試管中加入1.5mlDNS試劑，混合均勻，在沸水浴中加熱5min后，取出以冷水冷卻，每支內(nèi)注入蒸餾水2.5ml，搖勻。在分光光度計上用540nm波長測定其吸光度。由測定結(jié)果作出標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2024/1/224.蔗糖酶米氏常數(shù)的測定。

在９支試管中分別加入0.1mol/L蔗糖液、醋酸緩沖溶液，總體積達(dá)2ml，于35℃水浴中預(yù)熱，另取預(yù)先制備的酶液在35℃水浴中保溫10min，依次向試管中加入稀釋過的酶液各2.0ml，準(zhǔn)確作用5min后，按次序加入0.5ml2mol/L的N