物理化学实验》辅导.ppt
物理化学实验辅导,一 基础知识与技术 绪论1.误差按其性质分为哪几种?误差如何来表达?2.间接测量结果的误差如何计算?3.有效数字是如何规定的?4.如何用最小二乘法求直线方程式的系数?5.如何防止触电及防止火灾?6.电器仪表的安全使用应注意什么?7.使用化学药品时如何安全防护?(防毒,防爆,防火)8.气体钢瓶如何使用?注意事项是什么?,第一章 温度的测量与控制,1.水银温度计在使用时如何进行露茎校正?校正公式中各符号代表什么意思?2.热电偶温度计是根据什么原理制造的?3.恒温槽主要由哪几部分组成的?各部分的作用是什么?4.试画出恒温原理示意图?简要说明控温原理?5.提高恒温槽的灵敏度,可从哪些方面进行改进?,第二章 气体压力及流量的测量,6 压力可以用绝对压力表压和真空度来表示，说明三者之间的关系.7 真空泵的作用是什么?8 在使用机械泵时应注意什么?9 在使用氧气钢瓶时,应注意什么?,第四章 电学测量技术及仪器,10 DDS-11型电导仪及DDS-11A型电导率仪如何使用?在使用时注意什么?11 电位差计的使用方法及注意事项是什么?12 盐桥的作用是什么?如何选用盐桥?如何制作盐桥?13 如何使用酸度计?,第五章 光学测量技术及仪器,14 阿贝折射仪使用方法和注意事项是什么?15 旋光仪在使用时有哪些因素影响?使用时的注意事项有哪些?16 分光光度计如何使用?应注意什么?,二 物理化学实验,实验一 燃烧热的测定l 1 测量氧弹量热计的水当量。2 使用氧弹点火控制箱时应注意什么？3 在氧弹里加入10ml蒸馏水起什么作用？4 如何确定点火的初温和终态温度？5 欲测定液体样品的燃烧热，你能想出测定方法吗？,实验二 溶解热的测定,1 本实验测定热效应的基本原理是什么？并用图表示本实验中要测定的各种热效应。2 如何调节实验中转子转速？转速对实验有什么影响？l3 称取1.5g、2.5g KNO3样品，测其溶解热。4 在加样过程中要注意加样速度，过快或过慢会对实验有何影响？,实验三 液体饱和蒸气压的测定,1 平衡管的水各有什么作用?2 在实验过程中如何防止空气倒灌?3 为什么AB弯管中的空气要排除干净?怎样操作?4 怎样根据压力计的读数确定体系的压力?5 引起本实验误差的因素有哪些?6 测定35时水的饱和蒸气压?并计算相对误差?,实验四 完全互溶双液系的平衡相图,1 折射率的测定为什么要在恒定温度下进行?如何使用折射仪?2 影响实验精度的因素之一是回流的好坏,如何使回流进行好?它的标志是什么?3 过热现象对实验产生什么影响?如何在实验中尽可能避免?4 测定80%的样品的气相和液相的折射率并查出对应的浓度?,实验五 二组分金属相图的绘制,1 绘制简单低共熔混合物相图，有哪些常用方法？请结合具体体系说明。2 本实验中多处用到了石蜡油，其各自作用是什么？l3 测定含Sn80的体系的步冷曲线，记录其拐点温度。4 步冷曲线如果没有出现拐点，原因是什么？5 如果加热温度过高，会对样品产生什么影响？如何确定本实验中的最高加热温度？,实验九 凝固点降低法测分子量,1 凝固点降低法测相对分子量的公式,在什么条件下才能适用?2 在冷却过程中,冷冻管内固液相之间和寒剂之间有哪些热交换?如何控制冷冻管与寒剂之间的温度差,它们对凝固点的测定有何影响?3 当溶质在溶液中有离解,缔合或生成络合物,对相对分子量测定值有何影响?4 影响凝固点精确测量的因素有哪些?,实验十 氨基甲酸铵分解反应,1 测压仪读数是否是体系的压力？是否代表分解压？2 为什么一定要排净小球中的空气？若体系有少量空气对实验有何影响？3 如何判断氨基甲酸铵分解已达到平衡？未平衡时测数据将有何影响？4 在实验装置中安装缓冲瓶的作用是什么？5 玻璃等压计中的封闭液如何选择？6 测定氨基甲酸铵分解反应在30时的分解压。,实验十一 液相反应平衡常数的测定,l 1 测定甲基红溶液A和B的最大吸收峰并确定各自的最大吸收波长?2 在测定某溶液光密度时,测得某一份溶液的光密度是负值,这是什么原因?如何处理?3 在测定光密度时,为什么每个波长要用空白溶液校正零点?4 测定的溶液中为什么要加入盐酸,醋酸和醋酸钠?5 在做本实验中,注意事项有哪些?,实验十五 希托夫法测定离子迁移数,l 1 测定通电20分钟后电路中通过的电量。2 为什么不用蒸馏水而用原始溶液冲洗电极及迁移管？3 3 在气体电量计的水中通常要加入几滴浓H2SO4，这对电量的求算有无影响？若无影响，其作用是什么？4 迁移管中间区浓度改变说明什么？如何防止？5 列举确定迁移管的阴阳极区的几种方法。,实验十六 原电池电动势的测定及其应用,1 制备电池并测其电动势，求算锌电极的电极电势。2 用醌氢醌电极测量一pH值大约为5的溶液的pH值。3 在制备电池时，用到的盐桥起什么作用？选做盐桥的物质应有什么原则？如何制作？4 如何测量反应的？5 参比电极应具备什么条件？它有什么功用？,实验十七 电势-pH曲线的测定及其应用,1 Fe3+/Fe2+-EDTA溶液的电势-pH曲线为什么会出现平台？l2 恒温槽如何调节？3 如何调节pH计？4 pH计是如何标定的？5 测定35下，测定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液的电势-pH曲线。,实验二十 蔗糖的转化,1 如何校正旋光仪的零点？使用旋光仪时应注意什么？l2 测定蔗糖转化反应在反应第10、13、16、19分钟的旋光度，测量反应的。3 如何计算反应的速率常数k和起始旋光度？速率常数k和哪些因素有关？4 蔗糖溶液为什么可以粗配？5 试分析本实验的误差来源？,实验二十一 乙酸乙酯皂化反应,1 1 本实验中通过测定体系的什么物理量来跟踪浓度随时间的变化，为什么可以这样做？2 配制乙酸乙酯溶液时应注意什么，为什么？本实验对乙酸乙酯浓度有何要求？3 电导率仪有几种配套电极，本实验中一般选用哪种？4 测定反应起始电导率，为什么可以这样做？测定皂化反应在第6、9、12、15分钟体系的电导率，确定反应的速率常数。,实验二十二 丙酮碘化,l 1 测量丙酮碘化反应的值。l 2 测量25C时丙酮碘化反应在第5、8、11、14分钟的透光率。3 如何求算反应的速率常数及活化能？4 本实验中将丙酮溶液加到盐酸和碘的混合液中，但没有立即计时，而是当混合物稀释至50mL，摇匀倒入恒温比色皿测透光率时才开始计时，这样做是否影响实验结果？5 影响本实验结果的因素有哪些？,实验二十五 B-Z振荡反应,1 什么是化学振荡反应，何为B-Z化学振荡体系？2 化学振荡体系的振荡现象有哪些研究方法？3 配制硫酸铈铵溶液时，如何防止硫酸铈铵水解？4 实验所用试剂为什么需用不含Cl离子的去离子水配制？5 实验中为什么不能直接使用甘汞电极？若用217型甘汞电极时，需用什么溶液做液接？6 实验中若使用双盐桥甘汞电极，外夹套中需充什么溶液7 影响诱导期和振荡周期的主要因素是什么？8 化学振荡需要满足的三个条件是什么？l9 测定反应在35时的t诱及t振？10 如何通过实验求算B-Z振荡反应的E诱和E振？,实验二十六 溶液表面张力的测定(最大气泡法),1 毛细管尖端为何必须调节到恰与液面相切?否则对实验有何影响?2 如果气泡逸出的太快或几个气泡一起冒出,对实验结果有无影响?如何测准最大压力差?3 表面张力为什么要在恒温条件下进行测定?温度对表面张力有何影响?4 用最大气泡法测定某一溶液的表面张力?,实验二十七 固液吸附法测定比表面（亚甲基蓝在活性炭上的吸附）,1 比表面的测定与温度、吸附质的浓度、吸附剂颗粒、吸附时间等有什么关系？2 写出活性炭的比表面的计算公式，并说明公式中各物理量的意义？3 本实验溶液浓度的测量采用什么仪器？通过测量什么参数来实现的？4 固体在稀溶液中对溶质分子的吸附与固体在气相中对气体分子的吸附有何共同点和有何区别？5 如何判断溶液吸附达到平衡？,实验二十八 溶胶的制备及电泳(Fe(OH)3溶胶的制备及电泳),1 本实验求算电动电势时应测定哪些物理量?如何计算?2 如何量取两电极的距离?3 本实验中所用的电导水为什么必须和所测溶液的电导率相等或接近?4 要准确测定溶胶的电泳速度必须注意哪些问题?l5 制备一个半透膜,并说明半透膜制备的好坏?6 在渗析Fe(OH)3溶胶时应注意什么?,实验三十一 偶极矩的测定（小电容仪测定偶极矩）,1 如何获得各公式中的物理量2 阿贝折射仪，比重瓶和小电容仪如何使用？注意什么？3 计算溶质的摩尔极化度和摩尔折射度的公式中各符号代表什么？4 介电常数是通过测定那些物理量而计算的？公式如何写？,实验三十二 磁化率的测定,1 通过测定络合物的磁化率，能解决什么问题？2 磁场强度是如何标定的？3 用古埃法测量莫尔盐磁化率。,三 实验基础知识举例,1 误差分析和数据处理例1.在凝固点降低法测定分子量时，溶剂,溶质的质量测量精密度是否相同？为什么？答：实验中溶质用量较少，一般约为0.15g，需用分析天平，其精密度为0.0002g,溶剂的用量较大（约20g）,故可用台秤，精密度为0.05g。它们的相对误差是相同的。注：精确度是指测量结果的准确性，即测量结果偏离真值的程度，精密度是指测量结果的可重复性及测量值有效数字的位数。,2 温度的测量与控制,例2.为了提高恒温槽控温的精密度，在设计恒温槽时要注意哪些方面？答：应注意以下几个方面：换用高灵敏度的温度控制器；换用高灵敏度的继电器；恒温时电热器功率不要过大，热容要小；加强搅拌，提高搅拌速度；槽内加热介质温度要合适；各部件在槽内位置要恰当。,3 电学测量技术,例3.铅蓄电池在使用时注意什么？答：使用时应注意：不能长时间大电流放电；电压低于1.8V时，应停止放电并立即充电；应保持电池表面干燥，清洁；如果长期不用，应充足电放置干燥处，定期补充水分，并每月充电一次；如有多组电池集中在一起充电时，室内应通风良好，禁止烟火，以免因过量充电时所分解的H2、O2燃烧爆炸,例4.,盐桥的作用是什么、选用盐桥时要注意哪些问题？答：盐桥的作用是导通电流,基本消除液接电势。制备盐桥的电解质离子不应与电池中的离子作用，如KCl盐桥不能用于含Ag、Hg2的电池中。,4 测压技术,例5.测定液体饱和蒸气压装置中有一缓冲瓶，其作用是什么？答：作用有二点：当抽气活塞开得过大，防止把平衡管中的液体或泵中的水或油抽到体系中和大气中，储存在缓冲瓶中；缓冲瓶体积很大，通气管半径相对很小，因而入口处压力很小的波动对瓶内气体压力几乎无影响，从而起到稳压作用。例6.如何开始使用和停止使用氧气钢瓶？答：开始使用时，先缓缓打开钢瓶上的出口阀，再开减压阀，停止使用时，先关闭减压阀，再关出口阀，随后再开减压阀，放出管道中和表中的余气。,5 光学测量,例7.对旋光度不变的某样品，若用长度为10cm、20cm的旋光管测其旋光度，测量值分别为1、2，则：122；212；12；12例8.填空朗伯比耳定律的数学表达式为：吸光度（或光密度）的定义式为：,6 实验室安全,例9.叙述安全用电范围答：人体若通过50HZ的交流电流，25mA以上使呼吸困难，超过100mA可致死，通过相同电流的直流电对人们也有同样的危害。例10 遇电线起火，如何防止？答：如遇电线起火，应立即切断电源，用砂或二氧化碳、四氯化碳灭火，禁止用水或泡沫灭火器等导电液体灭火。,例11 以下几种情况下着火，用什么方法灭火？答：金属钠、钾、镁、铝、电石、过氧化钠着火，应用干砂灭火；比水轻的易燃液体如汽油、苯、丙酮等着火，可用泡沫灭火器；有灼烧的金属或熔融物的地方着火，应用干砂或干粉灭火器；以上各种情况都不能用水灭火。例12 一氧气瓶，安全耐压，150P，现于7时充入100 P的氧气（设为理想气体），问氧气瓶受热后温度超过多数度就有危险？答：根据PVnRT T1420K（147）超过147时就有危险,四 物理化学实验举例,1 热力学实验方面举例例1.简要回答，用什么实验方法测定下列反应的反应热，并说明其理论依据（不要求写出实验操作步骤和实验装置）CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H2(g)+N2(g)NH3(g)Ag(s)+HCl(aq)AgCl(s)+H2(g),解：,CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(g)用氧弹卡计测出CH3OH(l)的燃烧热QV（固体压片，液体怎么办？）用 算出QP 用测水的饱和蒸气压的方法测出水的汽化热 反应热为：,H2(g)+N2(g)NH3(g)用测平衡常数的方法测反应热，即测定在指定温度下反应达到平衡时各物的平衡浓度，其值可通过硫酸吸收氨再用碱回滴而得到，由各物质的平衡浓度算出平衡常数KP；测定不同温度下各物质的平衡浓度，算出不同温度下的KP；用 公式计算。,Ag(s)+HCl(aq)AgCl(s)+H2(g)用对消法测下列电池的电动势Pt,H2(1 P)HCl(aq)AgCl(S),Ag(S)测定不同温度下电池的电动势，并求出 值 用公式，计算出,2 电化学实验方面举例,例2.请设计一个电池，求算AgCl(s)的溶度积KSP(可用浓度代替活度)写出电池表达式 需要测定什么数据？如何利用所测数据计算溶度积KSP？需要那些主要的仪器？画出测试原理的示意图,解：,Ag(s)Ag+(a1)Cl-(a2)AgCl(S),Ag(S)测定电池的电动势E，根据 计算出 需要的主要仪器有：银电极，氯化银电极各一支，电位差计全套。示意图略,例3.,你用甘汞电极做过哪些实验，它的作用是什么？写出甘汞电极的电极反应积电极电势表达式答：用甘汞电极可做可逆电池电动势的测定，溶液pH测 定，极化曲线测定,氢过电位等基础物化实验。甘汞电极的作用是提供一个基准参比电势，作为二级参比标准，一级参比电极为氢电极电极反应为 电极电势公式为,例4.,请表明用电动势法测定溶液pH的实验线路图，并写出如何自实验数据求出pH值？解：实验装置如右,其中电位差计的线路图另画出用醌氢醌电极与当量（或饱和）甘汞电极组成如下电池，测得电池电动势即可求得溶液的pH值甘汞电极（饱和或当量）待测溶液pH,醌氢醌饱和液|Pt=0.4194-0.05915pH 若pH7.1时，则两电极应对换位置,3 动力学实验方面举例,例5.有一在水溶液中进行的分解反应，A B+C已知其反应级数为一级，且反应体系中产物B有颜色，其它物质均无颜色，试根据此反应的特点设计实验，测定该反应在室温时的速率常数k,要求写出测定的依据和实验使用的主要仪器设备？,解：,对于反应体系，A无色，B有色，有色物质对不同波长的光有选择性吸收，其吸光度E与有色物质B的浓度成正比，因此，用分光光度计测定反应液对最大吸收波长时的吸光度D，即可求出k。对于一级反应，可用只要用分光光度计测得反应开始前体系的吸光度D，反应过程中不同时刻t的吸光度Dt.，和反应结束后的D，代入上式可得k1或作图。主要仪器有：分光光度计一套，超级恒温槽，反应器和秒表。,例6.,在一定温度下，欲测定过氧化氢H2O2催化分解反应的速率常数，请画出所需测量仪器装置的示意图，并表明其主要仪器的名称。在这个实验中，若放出气体体积为V0时开始计时，在不同时刻t测得气体体积以Vt表示，经化学分析，可算出H2O2完全分解时对应的气体体积V，试写出在一定温度下用V0，Vt及V表示的该反应的动力学方程的积分式？,解：,装置图如右：1 电磁搅拌器2 夹套反应器3 三通活塞4 量气筒5 水平管 动力学积分式为：,4 表面胶体方面举例,例7.在沸腾的蒸馏水中慢慢滴入FeCl3溶液，并不断搅拌，可得红棕色的 Fe（OH）3溶胶 写出该胶团的结构式，并注明胶核、胶粒、紧密层、扩散层。简单说明溶胶为什么能稳定存在？在电泳仪中装Fe（OH）3溶胶，并通过直流电（电极插入溶液中），两电极附近颜色会有什么变化？写出电动电势的计算公式，并指出各物理量的意义 下列电解质中何者对Fe（OH）3溶胶的聚沉能力最强，并按由强到弱的顺序写出CaCl2，NaCN，Na2SO4，MgSO4,解：,考虑到与胶核有相同化学元素的离子优先被吸附，所以胶团的结构式为：,胶体是热力学上的不稳定体系，但它能在相当长的时间内稳定存在，能稳定存在的原因有三。由于胶体粒子小，布朗运动激烈，能反控重力的沉降作用，而具有动力稳定性；胶粒表面有双电层存在，使胶粒带电，当胶粒互相接近时，由于同性电荷产生斥力能阻碍胶粒聚结，故有较大的聚结稳定性；胶团中的离子都和溶剂形成溶剂化膜，这样，即降低了表面自由能，又阻止溶胶的聚沉。,由于氢氧化铁溶胶核优先吸附正离子，使胶粒带正电荷，当吧直流电源两极插到氢氧化铁胶体中时，胶粒在电场作用下，向负极移动，其结果负极附近颜色逐渐变深，而正极颜色变浅。,电动电势的计算公式为在SI单位制中：的单位为V（伏特）;D为电通量密度，单位为Cm-2;粘度单位为PaS;u为电泳速度，单位为ms-1,在cgs单位制中：指电动电势，单位为伏特 u为胶粒移动的速度，单位为mlS-1 E为电位梯度，Vml-1D为介质的粘度 单位用泊 K为与粒子形状有关，球形K6，棒性K4,对于Fe（OH）3正溶胶，电解质中主要负离子的影响，而正离子也起一定作用，负离子价数越高，聚沉能力越强；正离子价数越低，聚沉能力跃强。总起来考虑电解质的聚沉能力为：Na2SO4最强，CaCl2最弱顺序为：Na2SO4 MgSO4 NaCN CaCl2,
