物理化学实验讲义2015

1、重庆第二师范学院生物与化学工程系物理化学实验冯霞 王存2015年3月实验一 用氧弹量热计测定萘的燃烧热一、实验目的1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧热的差别；2、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术；3、学会雷诺图解法，校正体系漏热引起的温度改变值。二、实验原理 燃烧热是指1摩尔物质完全氧化时的反应热。燃烧反应是量热研究中最常见的类型之一。量热通常包括物质计量和热量测定两大部分热量的测定一般是通过温度测量来实现的。燃烧热的测定，除了有其实际应用价值外，还可以用于求算化合物的生成热、键能等。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

2、，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(1)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)。热化学实验常用的量热计有环境（外壳）恒温式量热计和绝热式量热计两种。本实验采用前一种测量方法。图1 环境恒温式氧弹量热计 1.氧弹；2.温度传感器；3.内筒；4.空气隔层；5.外筒；6.搅拌 图2绝热式氧弹量热计 1.数字温差测量仪；2.内桶搅拌器；3. 氧弹；4. 外筒搅拌筒；5.外筒搅拌器；6. 外桶放水龙头；7加热板；8.外桶；9水帽；10内桶 下面是

3、SHR-15燃烧热实验装置示意图。 搅拌棒 外筒 内筒 垫脚 氧弹 传感器 点火按键 电源开关 搅拌开关 点火输出负极 点火输出正极 搅拌指示灯 电源指示灯点火指示灯用氧弹卡计测定物质的燃烧热是在恒容条件下进行的，所以测得的为恒容燃烧热（QVm）。当一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。通过测定燃烧前后卡计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热。其关系式如下：(2)式中：m为待测物质的质量(g)；Mr为待测物质的相对分子质量。 QVm为待测物质的恒容燃烧热；Q点火丝为点火丝的燃烧热（如果点火丝用铁丝，则Q点火丝 =

4、6.694kJ/g）；m点火丝为点火丝的质量；T为样品燃烧前后量热计温度的变化值；W卡为量热计的水当量，它可以通过已知燃烧热的标准物（如苯甲酸，它的恒容燃烧热QV=26460kJ/g）来标定。测得W卡后，就可以利用（2）式通过实验测定其他物质的燃烧热由图可知，环境恒温式量热计的最外层是温度恒定的水夹套，当氧弹中的样品开始燃烧时，内桶与外层水夹套之间有少许热交换，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。雷诺曲线： 绝热较差时的雷诺校正图 绝热良好时的雷诺校正图 三、仪器与试剂HR-15A氧弹式热量计，HR-15B数字显示电控器氧气钢瓶，氧气减压阀，充氧器，压片器

5、，容量瓶（2L，1L）萘（AR）；苯甲酸（AR）；点火丝 四、 实验步骤（一）量热计的水当量（W卡）的测定1、苯甲酸压片 称取苯甲酸约0.6g，准确称取约10cm长的点火丝，记录下燃烧前的点火丝精确质量。将燃烧丝成V型放在压片机内，再加入苯甲酸使丝包埋中间，丝两端留在外，压片成型。准确称取其质量，记录下苯甲酸压片后精确质量。2、 氧弹内部安装 在氧弹中加10mL去离子水，把盛有苯甲酸片的坩埚放于氧弹内的坩埚架上，连接好点火丝，盖上氧弹盖，一定要上紧弹盖。燃烧丝与两电极及样品片一定要接触良好，而且不能有短路。燃烧丝不能接触坩埚！ 用万用表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，打开弹盖进行检查。3

6、、 氧弹充氧 将充氧器阀口接在氧弹顶进气阀上，按下充气手柄（一定要按紧，使充氧器阀口紧紧扣住进气阀）。 充氧：把减压阀关好，逆时针方向慢慢开启氧气钢瓶上总气阀90度，充氧气约30s此时分压表指示压力为1.5MPa。 拆除充氧：先顺时针关闭氧气钢瓶总阀，然后快速上拉充气手柄，使充氧器与氧弹脱离，可听到短促的放气声。 关上钢瓶总阀，注意排净余气，使指针回零。 充气后再用万用表检查氧弹上导电的两极是否通路，若不通，则需放出氧气，打开弹盖进行检查。4、 量热计组装 先把氧弹放置于桶内，然后向其注入3L自来水（用容量瓶量），（先注水后放氧弹，手上会待一定的水，有损失。）连接上点火电极，之后盖好量热计盖并

7、插入热电阻温度计（传感器）。5、 苯甲酸燃烧和测量工作： 开启搅拌器，再按时间控制半分键, 选择计数时间间距为半分; 按恢复键,使计数时间归零。搅拌5分钟，使体系达温度基本稳定。前期测量: 待温度变化基本稳定后，开始读点火前最初阶段的温度，每半分读取温度一次，共10次之后快速按点火键。 主期测量：指示灯亮后熄灭表示着火，接上次测量，每半分读取温度一次，直至温度升到最高。至温度开始下降后，再读取最后阶段的10次读数，便可停止实验。清理工作：停止实验后关闭搅拌器，先取下热电阻温度计，再打开量热计盖，取出氧弹并将其拭干，用放气阀压于氧弹顶上，下压放气。（不放气，会发生爆炸！）放完气后，拧开弹盖，检查

8、燃烧是否安全，若弹内有炭黑或未燃烧的时，则应认为实验失败。若燃烧完全，则将燃烧后剩下的点火丝在分析天平上称量，记录下燃烧后的点火丝精确的质量。最后，倒去水桶中的水，用毛巾擦干全部设备，以待进行下一次实验。（二）萘的燃烧热测定用台称称取萘约0.5g，按上法进行压片、燃烧、测量等实验，反复二次。实验完毕后,倒去水桶中的水，用手巾擦干全部设备，以待进行下一次实验。五、数据记录与处理1、苯甲酸的温度记录过程苯甲酸压片后精确质量为 g燃烧前的点火丝精确质量为 g燃烧后的点火丝精确质量为 g未点火前的温度测量，30s每次点火后的温度测量，30s每次次数温度/次数温度/次数温度/次数温度/111213121

9、222323132333414243451525356162636717273781828389192939102030402、萘的温度记录过程萘压片后精确质量为 g燃烧前的点火丝精确质量为 g燃烧后的点火丝精确质量为 g未点火前的温度测量，30s每次点火后的温度测量，30s每次次数温度/次数温度/次数温度/次数温度/11121312122232313233341424345152535616263671727378182838919293910203040六、思考题1、说明恒压热与恒容热的区别与联系。2、使用氧气钢瓶要注意哪些问题？3、在燃烧焓测定实验中，哪些因素容易造成误差？如何提高实验的

10、准确度？七、实验注意事项1、注意压片的紧实程度，压片时应不松不紧，以保证其可以完全燃烧，且不会散开。燃烧丝需压入片内，若压在浮面上，会引起样品熔化面脱落，燃烧不完全或不燃烧。2、燃烧丝与两电极及样品片一定要接触良好，而且不能有短路。燃烧丝不能接触燃烧干埚。3、使用氧气钢瓶，一定要按照要求操作，注意安全。往氧弹内充入氧气时，一定不能超过指定的压力（1.5MPa)，以免发生危险。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，注意排净余气，使指针回零。4、温度记录是在搅拌5min后开始的（此时体系温度达到稳定）。5、内筒中加3000mL水后若有气泡逸出，说明氧弹漏气，设法排除。6、

11、氧弹位置一定要与水桶内位置吻合。如实验失败需要重新再做的话，应把氧弹从水桶中提出，用放气器缓缓放气，使其内部的氧气彻底排清，才能重新再做，否则会发生爆炸。往水桶内添水时，应注意避免把水溅湿氧弹的电极，使其短路。八、文献参考值苯甲酸的恒容燃烧热Qv：-26.460kJ/g(298.15K)萘的恒压燃烧热Qp：-5153.9 kJ/mol(298.15K)1MPa=10atm，1atm为1个标准大气压。实验二 中和热的测定一、实验目的1. 通过实验了解中和热的概念。2. 了解用量热计来直接测定反应热效应的实验方法和操作技能。3. 学习用图解法进行数据处理，以求得正确T的方法。二、实验原理在一定的温

12、度、压力和浓度下，强酸和强碱发生中和反应生成1mol液态水时放出的热量叫做中和热。1. 必须是酸和碱的稀溶液，因为浓酸溶液和浓碱溶液在相互稀释时会放热；2. 强酸和强碱的稀溶液反应才能保证H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)中和热均为57.3 kJ·mol-1，而弱酸或弱碱在中和反应中由于电离吸收热量，其反应热小于57.3 kJ·mol-1； 3以生成1 mol水为基准。强酸和强碱在水溶液中几乎完全电离，热化学方程式可用离子方程式表示:H+ + OH H2O在足够稀释的情况下中和热几乎是相同的，在25时： H中和 = 57.3kJ·mol-1 &#

13、160;   值得注意的是：中和热是以生成1 mol H2O所放出的热量来测定的，因此书写它们的热化学方程式时，应以生成1 mol水为标准来配平其余物质的化学计量数，例如：KOH(aq)+ 1/2H2SO4(aq)=1/2K2SO4(aq)+H2O(l) H=573 kJ/mol若所用的酸(或碱)只是部分电离的，当其和强碱(或强酸)发生中和反应时，其热效应是中和热和解离热的代数和。例如，醋酸和氢氧化钠的反应，则与上述强碱、强酸的中和反应不同，因为在中和反应之前，首先是弱酸进行解离，然后才与强碱发生中和反应，反应为： 总反应： 由此可见，H是弱酸与强碱中和反应的总热效应，它包

14、括中和热和电离热两部分。根据盖斯定律可知，如果测得这一反应的H和H中和。就可以计算出弱酸的电离热H解离。即： HH中和H解离 H解离HH中和 （1）如果中和反应是在绝热良好的杜瓦瓶中进行，让酸和碱的起始温度相同，同时使酸稍微过量，以使碱能被中和完全，则中和放出的热量可以全部为溶液和量热计所吸收，这时可写出如下的热平衡式： （2）式中 C碱碱的浓度（molL-1）； V碱碱的体积（mL）；H中和反应温度下的中和热（Jmol-1）； K量热计常数（J-1）；(指加热此量热器系统，使温度升高1 度所需的热量) T溶液真实温差，可用雷诺图解法求得。 测定量热计热容K有两种方法：化学标定法和电热标定法。

15、前者是将已知热效应的标准样品放在量热计中反应使其放出一定热量；后者是在溶液中输入一定的电能，然后根据己知热量和温升，按(2)式计算出K。前一种方法可以用强酸(HCl)和强碱(NaOH)在量热计中反应，利用其己知的中和热和测得的温升，计算量热计热容量。测得量热计的热容量K后，就可以在相同条件下测定未知反应的反应热了。三、实验仪器和试剂SWC-ZH中和热（焓）测定装置 1套；量筒（500ml ） 1个；量筒（50ml ） 3个；1mol/L NaOH溶液、1mol/L HCl溶液、1mol/L CH3COOH溶液四、实验步骤1. 仪器准备（1）打开机箱盖，将仪器平稳地放在实验台上，将传感器PT10

16、0插头接入后面版传感器座，用配置的加热功率输出线接入“I+”、“I-”“红-红”、“兰-兰”，接入220V电源。（2）打开电源开关，仪器处于待机状态，待机指示灯亮，预热十分钟。（3）将量热杯放在反应器的固定架上。2. 量热计常数K的测定1）用布擦净量热杯，量取500ml蒸馏水注入其中，放入搅拌磁珠，调节适当的转速。2）将O型圈（调节传感器插入深度）套入传感器并将传感器插入量热杯中（不要与加热丝相碰），将功率输入线两端接在电热丝两接头上。按“状态转换”键切换到测试状态（测试指示灯亮），调节“加热功率”调节旋钮，使其输出为所需功率（一般为2.5W），再次按“状态转换”键切换到待机状态，并取下加热丝

17、两端任一夹子。3）待温度基本稳定后，按“状态转换”键切换到测试状态，仪器对温差自动采零，设定“定时”30s，蜂鸣器响，记录一次温度。4）当记下第十个读数时，夹上取下的加热丝一端的夹子，此时为加热的开始时刻。连续记录温度和计时，根据温度变化大小可调整读数的间隔，但必须连续计时。5）待温度升高0.81.0时，取下加热丝一端的夹子，并记录通电时间t。继续搅拌，每间隔30s记录一次温度，测10个点为止。6）用作图法求出由于通电而引起的温度变化T1。（用雷诺校正法确定）。按上述操作方法再重复两次，取其平均值。3. 中和热的测定1）将量热杯中的水倒掉，用干布擦净，重新用量筒取400ml蒸馏水注入其中，然后

18、加入50ml1mol·dm-3的HCl溶液。再取50ml1mol·dm-3的NaOH溶液注入碱储液管中，仔细检查是否漏液。2）适当调节磁珠的转速，每30s记录一次温度，记录5分钟。3）然后迅速拔出玻璃棒，加入碱溶液（不要用力过猛，以免相互碰撞而损坏仪器）。继续每隔15s记录一次温度（注意整个过程时间是连续记录的）。4）加入碱溶液后，温度上升，待体系中温差几乎不变时，继续搅拌，每间隔30s记录一次温度，测10个点为止。5） 用作图法确定T2。按上述操作方法再重复两次，取其平均值。4. 醋酸解离热的测定 用1mol/L CH3COOH溶液代替HCl溶液，重复上述3操作，求出T3

19、。5、 数据记录与处理1、 量热计常数的测定加热功率P(W): 通电时间t(s):每30秒记录一次，通电加热前的温度（）每30秒记录一次，通电加热后的温度（），从左到右记录用雷诺校正作图法确定T1 （分别做出3次实验的雷诺校正曲线）。2、 中和热的测定每30秒记录一次，反应前的温度（）每15秒记录一次，反应后的温度（），待温度变缓，再每30秒记录一次。从左到右记录用雷诺校正作图法确定T2 （分别做出3次实验的雷诺校正曲线）。3、醋酸解离热的测定每30秒记录一次，反应前的温度（）每15秒记录一次，反应后的温度（），待温度变缓，再每30秒记录一次。从左到右记录用雷诺校正作图法确定T3 （分别做出3

20、次实验的雷诺校正曲线）。4、将数据处理整理填入下表：P= t=实验次数T值T1T2T311）量热计常数的计算由实验可知，通电所产生的热量使量热计温度上升，由焦耳楞次定律可得： (3)（3）式中：Q为通电所产生的热量(J)；J为电流强度(A)；U为电压(V)；P为加热功率P(W)；t为通电时间(s)；T为通电使温度升高的数值()；K为量热计常数，其物理意义是量热计每升高1所需之热量。它是由杜瓦瓶以及其中仪器和试剂的质量和比热所决定的。当使用某一固定量热计时，K为常数。由(1)式可得： (4)将T1(平均值)代入(4)式，求出量热计常数K。2）中和热的计算反应的摩尔热效应可表示为： (5)式中：C

21、为溶液的浓度（mol/L)；V为溶液的体积(mL)；T为体系的温度升高值(）。利用(5)式，将K及T2(平均值)代入，求出盐酸与氢氧化钠溶液的中和反应的摩尔中和热H中和。3）弱酸强碱解离热的计算 利用(5)式，将K及T3(平均值)代入，求出弱酸与强碱中和反应的摩尔热效应H。利用盖斯定律求出弱酸分子的摩尔解离热H解离，即：H解离HH中和 。六、思考讨论题1、试分析测量中影响实验结果的因素有哪些？SWC-ZH中和热（焓）测定装置说明书一、简介 在一定温度和浓度下，酸和碱进行中和反应时产生的热效应称为中和热。对于强酸强碱，由于它们在水中完全解离，中和反应实质上是H+与OH的反应。本实验装置抓住此实质

22、研制出一体化的中和热实验装置，它将温度温差仪、恒流源、量热计、磁力搅拌器等集成一体。具有体积小，重量轻、便于携带，显示清晰直观，实验数据稳定等特点，是院校做中和热实验的理想实验装置。二、技术指标及使用条件1、技术指标最大加热功率12W温度测量范围-50150温度测量分辩率0.01温差测量范围±19.999温差测量分辩率0.001输出信号RS-232C串行口（可选配）2、使用条件电源：220V±10%，50HZ环境：温度-550，湿度85% 无腐蚀性气体的场合三、面板示意图（一）前面板示意图1、电源开关。2、串行口：计算机接口。（可选配）3、增、减键按钮：按增、减键设置所需定

23、时时间。4、调速旋钮：调节磁力搅拌器的速率。5、加热功率旋钮：根据需要调节所需输出加热的功率。6、状态转换键：测试功能与待机功能之间的转换。7、正极接线柱：负载的正极接入处。8、负极接线柱：负载的负极接入处。9、接地接线柱。10、温差采零键：在待机状态下，按下此键对温差进行清零。11、测试指示灯：灯亮表明仪器处于测试工作状态。12、待机指示灯：灯亮表明仪器处于待机工作状态。13、定时显示窗口：显示所设定的定时时间间隔。14、温度显示窗口：显示所测物的温度值。15、温差显示窗口：显示温差值。16、加热功率显示窗口：显示输出的加热功率值。17、固定架：固定中和热反应器。（二）后面板示意图1、 保险

24、丝：2A。2、 电源插座：与220V连接。3、 传感器插座：将传感器插头插入此插座。（三）量热杯四、实验内容及步骤1、打开机箱盖，将仪器平稳地放在试验台上，将传感器PT100插头接入后面板传感器座，用配置的加热功率输出线接入“I+”、“I-”，“红-红”、“兰-兰”，接入220V电源。2、打开电源开关，仪器处于待机状态，待机指示灯亮，如图所示，预热十分钟。3、将量热杯放到反应器的固定架上。（一）热量计常数K的测定1）用布擦净量热杯，量取500ml蒸馏水注入其中，放入搅拌磁珠，调节适当的转速。2）将O型圈（调节传感器插入深度）套入传感器并将传感器插入量热杯中（不要与加热丝相碰），将功率输入线两端

25、接在电热丝两接头上。按“状态转换”键切换到测试状态（测试指示灯亮），调节“加热功率”调节旋钮，使其输出为所需功率（一般为2.5W），再次按“状态转换”键切换到待机状态，并取下加热丝两端任一夹子。3）待温度基本稳定后，按“状态转换”键切换到测试状态，仪器对温差自动采零，设定“定时”60s，蜂鸣器响，记录一次温差值即1分钟记录1次。4）当记下第十个读数时，夹上取下的加热丝一端的夹子，此时为加热的开始时刻。连续记录温差和计时，根据温度变化大小可调整读数的间隔，但必须连续计时。5）待温度升高0.81.0时，取下加热丝一端的夹子，并记录通电时间t。继续搅拌，每间隔一分钟记录一次温差，测10个点为止。6）

26、用作图法求出由于通电而引起的温度变化T1。（用雷诺校正法确定）。（二）中和热的测定1）将量热杯中的水倒掉，用干布擦净，重新用量筒取400ml蒸馏水注入其中，然后加入50ml 1mol·dm-3的HCl溶液。再取50ml 1mol·dm-3的NaOH溶液注入碱储液管中，仔细检查是否漏液。2）适当调节磁珠的转速，每分钟记录一次温差，记录10分钟。3）然后迅速拔出玻璃棒，加入碱溶液（不要用力过猛，以免相互碰撞而损坏仪器）。继续每隔一分钟记录一次温差（注意整个过程时间是连续记录的，如温度上升很快可改为30s记录一次温差）。4）加入碱溶液后，温度上升，待体系中温差几乎不变并维持一段时

27、间即可停止测量。5） 用作图法确定T2。（三）醋酸解离热的测定用1mol·dm-3CH3COOH溶液代替HCl溶液，重复上述2操作，求出T3。（四）将作图法求得的T1、加热功率P和通电时间t代入下式中，计算出热量计常数K。1）将热量计常数K及作图法求得的T2、T3分别代入下式中（式中C=1mol·dm-3，V=50ml），计算出rH中和和rHm。 2）将rH中和和rHm代入下式中，计算出醋酸摩尔解离热rH解离。rH解离=rHmrH中和五、注意事项1、在三次测量过程中，应尽量保持测定条件的一致。如水和酸碱溶液体积的量取，搅拌速度的控制，初始状态的水温等。2、实验所用的1mol

28、·dm-3NaOH、HCl和Hac溶液应准确配制，必要时可进行标定。3、实验所求的rH中和和rHm均为一摩尔反应的中和热，因此当HCl和Hac溶液浓度非常准确时，NaOH溶液的用量可稍稍过量，以保证酸完全被中和。反之，当NaOH溶液浓度准确时，酸可稍稍过量。4、在电加热测定温差T1过程中，要经常察看功率是否保持恒定，此外，若温度上升较快，可改为每半分钟记录一次。5、在测定中和反应时，当加入碱液后，温度上升很快，要读取温差上升所达的最高点，若温度是一直上升而不下降，应记录上升变缓慢的开始温度及时间，只有这样才能保证作图法求得T的准确性。六、雷诺校正用雷诺图（温度时间曲线），确定试验中的

29、T。如下图所示。图中ab段表示实验前期，b点相当于开始加热点；bc段相当于反应期；cd段则为后期。由于量热计与周围环境有热量交换，所以曲线ab和索 cd常常发生倾斜，在实验中所测量的温度变化值T实际上是按如下方法确定：取b点所对应的温度T1，c点所对应的温度为T2，其平均温度（T1+ T2）/2为T，经过T点作横作标的平行线TO与曲线abcd相交于O点，然后通过O点作垂线AB，垂线与ab线和cd线的延长线分别交于E、F两点，则E、F两点所表示的温度差即为所求的温度变化值T。图中EE表示环境辐射进来的热量所造成的温度升高，这部分并分应当扣除的；而FF/表示量热计向环境辐射出的热量所造成的温度降低

30、，这部分是应当加入的。经过上述温度校正所得的温度差EF表示了由于样品发生反应，使量热计温度升高的数值。如果量热计绝热性较好，则反应期的温度并不下降，在这种情况下的T仍然按着上述方法进行校正如图（2）所示。实验三 环己烷乙醇双液系气液平衡相图一实验目的1测定常压下环己烷乙醇二元系统的气液平衡数据，绘制沸点组成相图。2掌握双组分沸点的测定方法，通过实验进一步理解分馏原理。3掌握阿贝折射仪的使用方法。二实验原理 两种液体物质混合而成的两组分体系称为双液系。根据两组分间溶解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。两种挥发性液体混合形成完全互溶体系时，如果该两组分的蒸气压不同，则混合物的

31、组成与平衡时气相的组成不同。当压力保持一定，混合物沸点与两组分的相对含量有关。 恒定压力下，真实的完全互溶双液系的气液平衡相图（Tx），根据体系对拉乌尔定律的偏差情况，可分为3类：（1）一般偏差：混合物的沸点介于两种纯组分之间，如甲苯苯体系，如图2.7(a)所示。（2）最大负偏差：存在一个最小蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都小，混合物存在着最高沸点，如盐酸水体系，如图2.7(b)所示。（3）最大正偏差：存在一个最大蒸汽压值，比两个纯液体的蒸汽压都大，混合物存在着最低沸点如图2.7(c)）所示。图2.7 二组分真实液态混合物气液平衡相图（T-x图） 后两种情况为具有恒沸点的双液系相图。它们在最低

32、或最高恒沸点时的气相和液相组成相同，因而不能象第一类那样通过反复蒸馏的方法而使双液系的两个组分相互分离，而只能采取精馏等方法分离出一种纯物质和另一种恒沸混合物。 为了测定双液系的Tx相图，需在气液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。本实验以环己烷乙醇为体系，该体系属于上述第三种类型，在沸点仪（如图2.8）中蒸馏不同组成的混合物，测定其沸点及相应的气、液二相的组成，即可作出Tx相图。 本实验中两相的成分分析均采用折光率法测定。  折光率是物质的一个特征数值，它与物质的浓度及温度有关，因此在测量物质的折光率时要求温度恒定。溶液的浓度不同、组成不同，折光率也不同。因此可先配

33、制一系列已知组成的溶液，在恒定温度下测其折光率，作出折光率组成工作曲线，便可通过测折光率的大小在工作曲线上找出未知溶液的组成。三仪器与试剂沸点仪、调压器、阿贝折射仪、移液管(1ml、10ml、25ml)、吸液管等；环己烷（A.R.）、无水乙醇（A.R.）、体积分数分别为0.2、0.4、0.6、 0.8的环己烷乙醇混合溶液。4 实验步骤：1环己烷乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定取环己烷体积分数分别0、0.2、0.4、0.6、 0.8、1六种组成的环己烷乙醇溶液，在25下 ，逐次用阿贝折射计测定其折射率。绘制组成-折射率的关系曲线。2环己烷乙醇溶液沸点及气、液相组成的测定 （1）取25ml乙醇置

34、于沸点测定仪的蒸馏瓶内。按图连接好线路，打开回流冷凝水，通电并调节变压器使液体加热至沸腾，回流并观察温度计的变化，待温度恒定记下沸腾温度。然后将调压变压器调至零处。停止加热，充分冷却后，用吸液管分别从冷凝管上端的分馏液取样口及加液口取样，用阿贝折射计分别测定气相冷凝液和液相的折射率。按上述操作步骤分别测定加入环已烷为1ml、4ml、5ml时各液体的沸点及气相冷凝液和液相折射率。（数据填入表2：混和液编号1-4）（2）将蒸馏瓶内的溶液倒入回收瓶中，并用环已烷清洗蒸馏瓶。然后取25ml环己烷注入蒸馏瓶内，按（1）的操作步骤进行。以后分别加人乙醇1ml、4ml、5ml，测定其沸点及气相冷凝液和液相折

35、射率。（数据填入表2：混和液编号5-8）五数据记录及处理1、环己烷乙醇溶液折光率与组成工作曲线的测定表1 环己烷乙醇标准溶液的折光率环己烷00.20.40.60.81x环己烷折光率 根据表1，作出环己烷乙醇标准溶液的折光率组成x环己烷关系曲线。2、环己烷乙醇溶液沸点及气、液相组成的测定 表2 环己烷乙醇混和液测定数据混和液编号沸点/液相分析气相冷凝液分析折光率x环己烷折光率y环己烷12345678 （1）根据折光率组成关系曲线求出各待测溶液的气相和液相平衡组成，填入表2中。以组成为横轴，沸点为纵轴，绘出气相与液相的沸点组成(T-x)平衡相图。 （2）由沸点组成(T-x)平衡相图找出其恒沸点及恒

36、沸组成。五注意事项1. 测定折光率时，动作要迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确。2. 电热丝一定要被溶液浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断，还可能会引起有机物燃烧，所以电压不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可。3. 注意一定要先加溶液，再加热，取样时，应注意切断加热丝电源。4每次取样量不宜过多，取样管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相部分的样品要取干净。5阿贝折射仪的棱镜不能用硬物触及（如滴管），擦拭棱镜需用擦镜纸。六思考讨论题1、操作步骤中，在加入不同数量的各组分时，如发生了微小的偏差，对相图的绘制有无影响？为什么？ 2、折射率的测定为什么要在恒温下进行？ 3、对应某一组成测定

37、沸点及气相冷凝液和液相折射率，如因某种原因缺少其中某一个数据， 应如何处理？它对相图的绘制有无影响？ 4、如何判断气液已达到平衡状态？七文献值在101.325kPa下，纯环己烷的沸点为80.1，乙醇的沸点为78.4。25时，纯环己烷的折光率为1.4264，乙醇的折光率为1.3593。实验四 离子选择性电极性能的测试及应用氯离子选择性电极性能的测试一、 实验目的1、 了解离子选择性电极的主要特征。2、 掌握离子选择性电极测定电位选择性系数的原理、方法及操作技术。二、实验原理离子选择性电极是一种电化学传感器，它对特定的离子有电位响应。但是任何离子选择性电极不可能只对溶液中的某一特定离子有响应，对其

38、他离子也可能会有响应。比如把氯离子选择性电极浸入含有Br-溶液时，也会产生膜电位，当Cl-和Br-共存于溶液中时，由于Br-存在必然会对Cl-的测定产生干扰。为了表明共存离子对电位的“贡献”，可用一个扩展的能斯特公式来描述： 式中：i为被测离子；j为干扰离子；n和b分别为被测离子和干扰离子的电荷数；Kij为电位选择系数。从上式可以看出，电位选择系数愈小，电极对被测离子的选择性愈好。测定Kij的方法有分别溶液法和混合溶液法，本实验采用混合溶液法测定Kij。混合溶液法是将i、j离子共存于溶液中，配制一系列含有固定活度的干扰离子（j）和不同活度的被测离子（i）的标准溶液，分别测量其电位值，绘成曲线，

39、如图所示。曲线中的斜线部分（ai>aj）的能斯特方程为： 在曲线的水平部分（aj>ai），电极对i离子的响应可以忽略，电位值完全由j离子决定，则：假定K1=K2，且两斜率相同，在两直线的交点处E1=E2，可以得出下述公式：因此可以求得Kij值。这一方法也称为固定干扰法，本实验以Br-为干扰离子，测定氯离子选择性电极的电位选择系数。三、实验器材与试剂pHS-2C型酸度计； 217型饱和甘汞电极；氯离子选择性电极；容量瓶（50mL，5个）；移液管（1mL，5mL，10mL）。 0.010 mol/L NaBr标准溶液；1.0 mol/L KNO3溶液pH约2.5左右；饱和KCl溶液。(

40、试剂均为分析纯)四、实验内容1、仪器的准备按酸度计操作步骤调试仪器，选择mV键，检查232型甘汞电极是否充满KCl溶液，若未充满，应补充饱和KCl溶液，并用皮筋将套管连接在甘汞电极上。2、离子选择性电极的准备接通电源，预热20 min，校正仪器，调仪器零点。氯离子选择电极接仪器负接线柱，饱和甘汞电极接仪器正接线柱。氯离子选择电极在使用前，应先在0.001 mol/L的NaCl溶液中活化1 h，然后在蒸馏水中充分浸泡。3、氯标准溶液称取预先在在500 600 灼烧40 50 min的优级纯氯化钠0.2922 g溶解，移入50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。 此溶液氯含量为0.1 mol/L

41、。分别吸取0.1 mol/L NaCl标准溶液0.10、0.25、0.50、2.50、5.00mL于50mL容量瓶中(编号1-5)，各加入5 mL 0.01 mol/L的Br-标准溶液和15 mL 1.0 mol/L KNO3溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。4、电位测定将准备好的五个溶液转移到玻璃烧杯中(编号1-5)，由低浓度到高浓度分别测定电位值，准确记录实验数据。五、数据记录与处理1、标准溶液电位值的测定 编 号12345NaCl标准溶液（mL）0.100.250.502.505.00氯离子溶液浓度mol/L电位值E(mV)2、电位选择性系数Kij的计算以电位值E为纵坐标，为横坐标，作图

42、。延长曲线中两段直线部分，得一交点，根据公式计算氯离子选择性电极对溴离子的电位选择性系数KCl-,Br-。六、思考讨论题1、离子选择性电极测试工作中，为什么要调节溶液离子强度？怎样调节？2、本实验中为什么要选用双盐桥饱和甘汞电极？标准曲线法测定自来水中的氟含量一、实验目的1、了解氟离子选择性电极的构造。2、掌握用标准曲线法测定自来水中氟含量的方法。二、实验原理离子选择电极的分析方法较多，基本的方法是工作曲线法和标准加入法。用氟离子选择电极测定F浓度的方法与氢离子电极测pH值的方法相似。以氟离子选择电极为指示电极，甘汞电极为参比电极，插入溶液中组成测量电池，电池的电动势E在一定条件下与F离子的活

43、度的对数值成线性关系：式中K为包括内外参比电极的电位，液接电位等常数。通过测量电池电动势可以测得F离子的活度。当溶液的总离子强度不变时，离子的活度系数为定值，所以把溶液的离子强度系数也合并于K中，而得：可见，E与F离子的浓度CF的对数值成线性关系。因此，为了测定F离子的浓度，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的惰性电解质作总离子强度调节缓冲溶液（TISAB），使它们的总离子强度相同。氟离子选择电极适用的测定浓度范围很宽，当F离子的浓度在1106 mol·L-1范围内时，氟电极电位与pF（F离子浓度的负对数）成线性关系。因此可用标准曲线法或标准加入法进行测定。应该注意的是，因

44、为直接电位法测得的是该体系平衡时的F，因而氟电极只对游离F离子有响应。在酸性溶液中，H离子与部分F离子形成HF或HF2，会降低F离子的浓度。在碱性溶液中LaF3薄膜与OH离子发生交换作用而使溶液中F离子浓度增加。因此溶液的酸度对测定有影响，氟电极适宜测定的pH范围为57。三、实验器材与试剂1、仪器： pHS-2C型酸度计； 232型饱和甘汞电极；氟离子选择性电极；容量瓶（100mL10个、1000 mL一个）；移液管（1.0、5.0、10、20、50mL各一支）；烧杯（1 L一个）；塑料烧杯（50 mL八个）；10 mL量筒一支。2、试剂：(试剂均为分析纯) 固体：NaF；柠檬酸钠Na3C6H

45、5O7·2H2O；KNO3，溴甲酚绿 溶液：1mol/L HCl3、配制溶液0.1 mol/L F-的标准储备液： 称取分析纯试剂NaF（烘干12 h，温度110左右，放在干燥器中冷却至室温）0.4199 g于烧杯中，用去离子水溶解，定量转入100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，储存于聚乙烯瓶中，备用。在冰箱内保存，临用时放至室温再用。0.001 mol/L NaF标准溶液的配制：取1.0 mL的NaF（标准储备液用二次蒸馏水稀释成100 mL。1mg/mL溴甲酚绿指示剂：称取100 mg溴甲酚绿指示剂于研钵中，加入1+4（V/V）乙醇研细，移入100 mL容量瓶中，用1+4（V/V

46、）乙醇定容至标线。总离子强度缓冲液（TISAB）：称取59.0 g柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O），20 g硝酸钾（KNO3），置于1 L烧杯中，加300 mL去离子水溶解，加溴甲酚绿指示剂 1 mL，用1mol/L HCl调节至溶液颜色刚刚转变为止，此时pH约为5.5，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。四、实验内容1、离子选择性电极的准备接通电源，预热20 min，校正仪器，调仪器零点。氟电极接仪器负接线柱，饱和甘汞电极接仪器正接线柱。氟离子选择电极在使用前，应先在0.001 mol/L的NaF溶液中活化1h，然后在蒸馏水中充分浸泡。2、氟离子标准曲线的制作

47、分别吸取0.001 mol/L F-的标准溶液0.10、0.50、1.00、3.00、5.00mL于50mL容量瓶中(编号1-5)，加入10mL TISAB溶液，加入2滴溴甲酚绿指示剂，用2mol/L盐酸调节pH，使溶液刚刚变为蓝绿色为止（此时溶液的pH约为5.5）用去离子水稀释至刻度。将标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入干的塑料烧杯中(编号1-5)，从低到高浓度测定，读取平衡电位。3、水样的测定吸取被测水样25 mL 于50mL容量瓶中，加入10mL TISAB溶液，加入2滴溴甲酚绿指示剂，用2mol/L盐酸调节pH，使溶液刚刚变为蓝绿色为止（此时溶液的pH约为5.5），用去离子水稀释至刻

48、度。吸取适量配制好的水样于聚乙烯烧杯中，测定电位值，准确记录实验数据。（测定水样之前，也需用去离子水洗电极洗至空白电位约320mV）。五、数据记录与处理1、氟离子标准曲线的制作编号12345F-的标准溶液（mL）CF-(10-3mol/L)logCF-(10-3mol/L)电位(mV)以电位E（mV）对logCF-作标准工作曲线图。2、水样的测定水样的电位(mV)=根据所测水样的E值从标准工作曲线上查出logCF-，计算原水样中氟的浓度CF-（mol·L-1）。六、思考讨论题1、测定F-离子时，为什么要控制酸度，pH值过高或过低有何影响？2、为什么测定氟离子溶液前以及测定水样前要把氟

49、电极洗至的空白电位？实验五 蔗糖水解反应速度常数测定一、实验目的 1根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速度常数。2了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。二、实验原理 蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：为使水解反应加速，反应常常以H3O+作催化剂，故在酸性介质中进行。水解反应中水是大量的，反应达终点时虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为： （1）或 （2）式中：为反应开始时蔗糖的浓度，为时间时蔗糖的浓度。当时，可用表示，即为反应的半衰期。 （3）上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数而与反应物起始浓度无关，这

50、是一级反应的一个特点。蔗糖及其水解产物均为旋光物质。当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液则可观察到偏振面的转移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称之为旋光度，以表示。因此可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力引入比旋光度这一概念并以下式表示 （4）式中,为实验时的温度；为所用光源的波长，为旋光度,为液层厚度（常以10为单位）；为浓度（常用100溶液中溶有克物质来表示），式可写成： 或 （5）由（5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度与反应物浓度成正比，即 （6）式中是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。蔗糖是右旋性物质（比旋光度，产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度）果糖是左旋性物质（比旋光度），因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系变成左旋。因为上述蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性。旋光度与浓度成正比且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（加合性）。若反应时间为0、时溶液的旋光度各为，则可导出： （7）可改写为 （8）由（8）式可以看出如以对t作图可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速度常数。本实验就是