物理化学实验讲义新

1、实验五 凝固点降低法测定摩尔质量一、实验目的1. 根据稀溶液的依数性测定萘的摩尔质量。2. 掌握凝固点的测定方法。二、实验原理稀溶液的凝固点较纯溶剂的凝固点降低，降低的数值仅取决于稀溶液的质量摩尔浓度，可用下式表示：Tf=Kf ·bB （1）式中：Tf=Tf，溶剂Tf，稀溶液：凝固点降低bB：稀溶液的质量摩尔浓度Kf ：溶剂的凝固点降低常数准确量取一定量的溶剂m溶剂和溶质m溶质 配制成稀溶液后，分别测定溶剂和溶液的凝固点Tf，溶剂和Tf，稀溶液，即可由（1）式得出bB，从而得出溶质的摩尔质量M溶质 ：（2） 三、仪器和药品SWC-LGB凝固点实验装置 1套；25.0ml移液管1支；分

2、析天平（公用）；环己烷，萘，冰块。四、实验步骤1. 将约400ml冷水加入冰浴槽中，加入碎冰块至600ml刻度。2. 用移液管准确吸取25.0ml环已烷加入洗净、干燥的凝固点测定管内，滑入小磁珠，将温度传感器插入橡胶塞中，然后将橡胶塞塞入凝固点测定管，塞紧。3. 将凝固点测定管直接插入冰浴槽中，观察“T”温差显示值，直至“T”温差显示值基本保持不变（此时观察到凝固现象），记下显示窗中T的值，此即为纯溶剂环己烷的粗测凝固点。4. 取出凝固点测定管，在空气中使凝固的环已烷融化（升温至粗测凝固点之上约12时），擦干凝固点测定管，插入冰浴空气套管中，调节转子转速，使温度均匀下降。观测、记录“T”温差显

3、示值，当温度先下降，再回升，至温差不再变化（稳定）持续30s以上，此时温差显示值即为环己烷的凝固点。5. 重复4. 步骤再做两次，取其平均值为Tf，溶剂。6.在分析天平上精确称取萘0.10000.1500g，加入凝固点测定管中升温至全部溶解后，同前法3. 、4. 操作，记录温度，至温度下降、回升、稳定、又下降。绘出温度-时间曲线，以回升的最高点（或转折点）即为稀溶液凝固点。再重复做两次，取其平均值即为Tf，溶液。五、数据记录与处理日期： 室温： 大气压： m溶剂 =V = （）m溶质 =将以上数据代入（2）式中计算得出：六、思考题1.何谓稀溶液的依数性？2.稀溶液凝固点降低与溶剂的种类是否有关

4、？ 实验六 电解质溶液电导率与弱酸电离常数测定一、实验目的1.用电导率仪测定氯化钾和醋酸溶液的电导率。2.掌握电导率仪的使用方法。二、实验原理电解质溶液是依靠正负离子的定向迁移转移电流的。溶液的导电本领可以用电导率表示。将电解质溶液放入两平行电极之间，两电极距离为lm，两电极面积均为Am2，则溶液的电阻为： (1) (2)式中：Kcell电池常数； 溶液电导； 电导率在研究电导时，常用到摩尔电导率来描述溶液的导电能力，它与电导率和浓度的关系为： (3)式中：m摩尔电导率 m2·-1·mol-1； 电导率 -1·m-1； 摩尔浓度 mol·m-3。m随浓度

5、变化的规律，对强弱电解质各不相同，对强电解质稀溶液可用下列经验公式表示： (4)式中： 无限稀释时的摩尔电导率； 常数 将m对作图，外推可求得。 对于弱电解质来说，它的电离度等于溶液的浓度为C时的摩尔电导率m和溶液的浓度无限稀释时的摩尔电导率之比，即 (5)在11价型弱电解质溶液电离达到平衡时，电离平衡常数与C和的关系如下式： (6)其中将(4)式代入(5)，可得 (7)根据离子独立运动规律，可以从离子的无限稀释摩尔电导率计算出来。可由实验测定，然后按(6)式计算出。三、仪器和药品DDS307型电导率仪一台；电导电极一支；烧杯两只；容量瓶4只；移液管2只；0.01mol·dm-3标准

6、KCl溶液；0.100mol·dm-3标准醋酸溶液。四、实验步骤1.打开电导率仪开关，预热10分钟，调谐仪器的零点，校正温度。2.校正所选用电极的电池常数，已知25时0.01mol·dm-3KCl溶液的电导率为1413s/cm，用常数调节钮调整电导率仪的读数与已知溶液的电导率相一致。3.用容量瓶配置4种浓度的KCl溶液，浓度分别为：; ; ; ()并分别测定上述四种溶液的电导率。4.用同样的方法配制4种浓度的溶液，浓度分别为：; ; ; ()并分别测定上述四种溶液的电导率。5.测量完毕后，整理仪器，关掉电源，并将所用电极放入蒸馏水中浸泡。五、数据记录与处理 浓度测量的 浓度

7、测量的1.计算HAc和KCl在各浓度下的摩尔电导率。2.计算HAc在各浓度下的电离度，及电离平衡常数。3.以KCl溶液的对作图，外推求，并与文献值比较。六、思考题1.强弱电解质的摩尔电导率与浓度的关系有何不同？2.如何校正所选电极的电池常数？测不同浓度时，还需校正吗？实验七 电动势测定和应用一、实验目的1.掌握补偿法测定电池电动势的原理和方法。2.学会使用电势差计。二、实验原理可逆原电池是由两个可逆电极组成的，其电动势两个电极电动势的代数和。即电极电动势一般以标准氢电极为标准求出的，但氢电极使用麻烦，通常采用参比电极组成电池。本实验采用甘汞电极作为参比电极，与锌电极和铜电极分别组成两组可逆电池

8、。当Zn作为负极时，其电池表达式为： 该电池电动势为：E=EClHg2Cl2(s)/HgE(Zn2+/Zn) 当以铜作为正极时，其电池表达式为：其电动势为：E=E(Cu2+/Cu)ECl/Hg2Cl2(s)/Hg E可通过实验测出，E（甘汞）可用下式得出测量温度下的电极电势：式中t为摄氏温度。于是可以测出金属电极电势，金属电极电势又可用能斯特方程计算。式中：E金属电极的标准电极电势 法拉第常数 96500库仑/摩尔 金属离子活度 电极反应中电子的化学计量数若摩尔电池反应的吉布斯函数变为yGm，则：利用已测定的可逆电池的电动势，计算吉布斯函数变yGm，其中Z为对应于电池反应式中的任一电极反应式中

9、电子的化学计量数。三、仪器和药品电势差计 1台； 饱和甘汞电池 1支； 锌、铜电极各1支； 导线若干； 烧杯2个； 饱和溶液； 盐桥； 砂纸； 0.10mol·dm-3ZnSO4 溶液； 0.01mol·dm-3ZnSO4溶液；0.10mol·dm-3CuSO4溶液； 0.01mol·dm-3 CuSO4溶液。 四、实验步骤1.联接线路，经教师检查无误后，进行“标准化”操作，并熟悉仪器使用方法。2.安装锌甘汞电池。将锌片用砂纸打磨表面至光亮，用丙酮给油，再用蒸馏水冲净，将0.10mol·dm-3的ZnSO4溶液倒入烧杯中约，将Zn电极插入溶液中

10、。再将甘汞电极插入装有饱和溶液的烧杯。用盐桥将两溶液接通。将原电池两极引出的导线连接到电势差计的待测接线柱上。Zn极接负极，甘汞电极接正极。测其电动势。3.同步骤2，安装下列电池，测定其电动势。其中Cu电极作为正极，甘汞电极作为负极。Cu片需要用砂纸打磨表面并冲净。(1) (2) (3) 4.测定电极组成的电池电动势5.测定完毕，关掉电源，整理仪器。五、数据记录与处理1.计算上述5组电池的电动势，并与实验测定值比较。2.计算电池的吉布斯函数变yGm。六、思考题1.盐桥有什么作用？应选择什么样的电解质作盐桥？2.标准电池和工作电池各有什么作用？实验八 催化分解速率常数测定一、实验目的1.测定H2

11、O2催化分解的反应速率常数。2.了解一级反应的特征。二、实验原理过氧化氢是不稳定的化合物，易于分解。但是在没有催化剂存在时，分解速率较慢。H2O2的分解化学计量式为：若以溶液为催化剂，则可加速其分解。其反应机理是：第一步：（慢）第二步：（快）由此看来，与H2O2生成中间化合物，改变了反应路径，降低了反应活化能，而使反应加快。由于反应过程中不断再生，其浓度不变，故起到催化剂的作用。因第二步比第一步速度快得多，故反应速度取决于第一步，即第一步控制整个反应过程的快慢。H2O2的分解反应速率方程表示为： (1)式中：各物质的浓度mol·dm-3； 反应时间； 反应速率常数，其值仅决定于温度。

12、由于反应过程中的浓度不变，所以可将C(KI)与合并为新的常数，用表示，有k=C(KI)，则上式可简化为： (2)式中为表观反应速率常数。因此为时间-1。由上式可以看出，反应速率与反应物浓度的一次方成正比，故H2O2的催化分解为一级反应。且表观反应速率常数是随温度和浓度变化而变化的。式(2)积分后可得： (3)式中C0H2O2的初始浓度； Ct时刻的H2O2浓度。在一定温度，压力下，反应所产生的O2的体积Vt与消耗的H2O2浓度成正比。完全分解时放出的O2体积V的与H2O2的初始浓度C0成正比。利用这一关系，可以用反应中O2的体积Vt的变化代替H2O2浓度Ct的变化。因为： (4) (5)式中：

13、f比例系数将上面两式(4)和(5)代入积分后的速率方程(3)中，可得： 或 (6)以ln(VV)对作图，可得到一条直线，并由斜率得出表观速率常数值。但由于测定V比较麻烦，且不易准确，设法用其它方法代之：由起始以某时间间隔（1分钟）连续测量数组析出O2的体积数据Vt，当反应进行到任一指定时刻，用为起始点，用相同的时间间隔测量另一组析出O2的体积数据 Vt，代入速率方程： (7)令，代入(6)和(7)式有：将上式的对数去掉 (8) (9)用(9)式减去(8)得： 令则：两边取对数： (10)以对作图，可得出一直线，由直线斜率可求出值。三、仪器和药品电磁搅拌器一台；量气管、水准管各一支；移液管2支，

14、0.5% H2O2；0.5mol·dm-3KI溶液；锥形瓶。四、实验步骤1.按下图安装好仪器。2.检查系统是否漏气；提高水准管，使液面升高，然后固定水准管，如果量气管的液面保持不变，可以认为系统不漏气。3.用移液管量取的H2O2溶液注入锥形瓶中，再取溶液注入锥形瓶，开动电磁搅拌器，调节适当速度，当反应进行2分钟左右时，塞紧胶塞，以此作为起始时间，即。以后，每隔1分钟读取量气管上的读数。（注意：读数时应将水准管取下，将两管液面对齐），一直到8分钟，共记录8个O2的体积Vt数据。隔一分钟后，以此时作为第二个起始点，于第10分钟、第11分钟第17分钟再记录第二套O2体积Vt。测量完毕，倒出

15、溶液，关掉搅拌器电源。五、数据记录与处理1.按下表记录实验数据。2.用ln(VtV)对作图。3.由直线斜率计算值k=斜率。日期： 室温： 气压：12345678六、思考题1.计数时为什么要使两个管的液面对齐？2.反应速率常数与哪些因素有关，的溶液浓度与有什么关系？3.反应开始时，如果放掉一部分气体对实验有何影响，值会改变吗？实验九 蔗糖水解速率常数测定一、实验目的1.测定蔗糖在酸性介质下的水解速率常数。2.学会使用旋光仪测定物质的旋光度。二、实验原理蔗糖水溶液在H+离子存在时将发生水解反应： 蔗糖 葡萄糖 果糖当H+浓度一定，蔗糖溶液较稀时，尽管有部分水分子参加了反应但可近似认为整个反应过程的

16、水浓度是恒定的，因此，该反应为准一级反应。其速率方程为： (1)式中：为反应的蔗糖的浓度 速率常数 为常数如果测定出不同时刻时的蔗糖浓度，代入初始条件时，C=C0，则可确定常数，求出值。本实验选用与反应物浓度成线性关系的物质的旋光度导出用旋光度代替浓度的速率方程，测定出不同时刻下的体系的旋光度，便可确定出值。由于蔗糖，葡萄糖和果糖均为旋光物质，它们的旋光度分别为： 式中表示在20用钠光作光源测得的旋光度。正值表示右旋，负值表示左旋，由于蔗糖水解反应能够进行到底，且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此，在水解过程中，体系的旋光度将逐渐由右旋变为左旋，由于旋光度与浓度成正比关系，于是，设：反应前，

17、蔗糖的浓度为C0，旋光度为a0。有：时, a0=f0 C0 (2)反应终了时，蔗糖全部水解为葡萄糖和果糖，它们的浓度同为C0，此时体系的旋光度为a有：时,a=f C0 (3)反应进行到某一时刻时，体系的旋光度为at有：时，at= f0C+ f(C0C) (4)式中：f0, f为比例系数； 为时刻蔗糖的浓度；用(4)式减去(3)式得： (5) (6)将(6)式代入(1)式得： (7)代入初始条件：时， 确定常数 (8)将(8)式代入(7)式得： (9)有方程(9)可知，测定出a0和a以及不同时刻的at，代入方程中，即可求得速率常数值。通常，以ln(ata)对作图，得出一条直线，由直线斜率求出值。

18、三、仪器和药品旋光仪 一台； 移液管2支； 水浴 一台；20%蔗糖； 2mol·dm-3H2SO4溶液四、实验步骤1.用蒸馏水校正旋光仪零点蒸馏水为非旋光性物质，可用来校正仪器的零点，将样品管充满蒸馏水，把管内气泡赶到凸出部分，调整旋光仪使三分视野明暗度相等，记录旋转角。重复测量三次取平均值，作为零点。2.测定初始a0用移液管取的蔗糖溶液放入锥形瓶，再取蒸馏水稀释蔗糖，得蔗糖溶液。用少量此液冲洗旋光管三次后充满，测量三次旋光角，取平均值为a0。3. at的测定用移液管取蔗糖溶液，放入锥形瓶中，再用移液管取30ml 2mol·dm-3H2SO4溶液放入锥形瓶中，当加入的（约）

19、时开始计时，作为时刻。加完后摇匀。用少量此液荡洗旋光管二次并充满，盖好塞子并用滤纸擦净旋光管。上述操作要求在5分钟内完成，从时起，于5分，10分，15分，20分，30分，40分，50分，60分准确测定一次at值，由于反应中旋光角从右到左变化，测定中不要乱转，应向同一方向旋转。4. a的测定在测定at的同时，将剩余的溶液塞好塞子放入5060的恒温水浴约40分钟，取出冷却至室温，测定at后，将此液注入旋光管测定，操作方法同前所述，至读数变化不大时，取最后三次读数的平均值作为a值。5.测量完毕，关掉电源，整理仪器，洗涤，擦干旋光管。五、数据记录与处理1.以对作图，求值。 日期： 室温： 气压：051

20、0152030405060六、思考题1.蔗糖的纯度对结果有无影响？2.旋光仪的工作原理是什么？实验十 二级反应乙酸乙酯皂化反应一、实验目的1.了解二级反应的特点。2.掌握电导率法测定反应速率常数和活化能。二、实验原理乙酸乙酯与碱的反应称为皂化反应，它是一个典型的二级反应。其反应式为：当两种反应物初始浓度相同时， ， ， 设：两种反应物的起始浓度均为C0，在时间t时生成物的浓度为，则反应速率方程为： (1)式中：为速率常数；为时间。将(1)式积分得： (2)若以对作图，可得一直线，由直线的斜率可求速率常数。但由于难以测定时刻的值，故本实验采用电导率法测定皂化反应过程中的电导率。由电导率随时间的变

21、化规律来代替浓度的变化。这主要是因为，随着皂化反应的进行，溶液中电导能力强的OH离子逐渐被导电能力弱的Ac离子所取代。使溶液的电导率逐渐减小，溶液中CH3COOC2H5和C2H5OH的导电能力都很小，可以忽略不计。因此，溶液电导率的变化是和反应物浓度变化相对应的。在电解质稀溶液中，可近似认为电导率与浓度有如下的正比关系，并且溶液的电导率等于各电解质离子电导之和上式中m为摩尔电导率，m在恒定温度的稀溶液中，可近似看作为一常数，于是可写成fC：设：， 溶液的电导率 ， 溶液的电导率 ， 溶液的电导率 有：, (3) (4)将(3)和(4)代入方式(2)得： (5) (6)以对作图可得一直线，其斜率

22、为，由此可得出反应速率常数。由于 (7)可测出两种温度T1,T2的k1和k2值，由(7)式计算出E。三、仪器和药品恒温槽一套；电导仪一台；电导电极一支；微量进液器一支；乙酸乙酯；0.01mol·dm-3NaOH溶液。四、实验步骤1.调节恒温槽水温为25(±1)。2.测定初始电导率0。由于乙酸乙酯的电导率可以忽略不计，故反应开始时，体系的电导率为的电导率，测定溶液的电导率作为0。本实验要求和乙酸乙酯进行等摩尔反应，乙酸乙酯的量为，根据下式计算出的体积 ()式中：酯 室温下乙酸乙酯的密度 g·cm-3 碱乙酸乙酯的体积 ml 酯乙酸乙酯的摩尔质量 g·mol

23、-1 碱NaOH溶液的摩尔浓度 mol·dm-3取溶液碱ml加入电导瓶中，放进恒温槽恒温，并插入电极，测定其电导率，待读数稳定后可视为0值。3.测定t用微量进液器取乙酸乙酯，迅速加入到电导瓶中，记时并摇动，每隔读一次电导率值，20分钟后结束。4.调节恒温槽温度为35(±1)，用同样方法测定另一组皂化反应数据。五、数据记录与处理1.以t对作图，将曲线外推至，求0。2.以0对(0t)/t作图，求值。3.以不同反应温度的值代入公式(7)计算反应活化能。 日期： 室温： 气压：温度2468101214161820六、思考题 1.本实验为何可用测定反应液的电导率变化来代替浓度变化？有

24、什么条件？ 2.被测溶液的电导率是哪些离子的贡献，反应过程中电导率为何发生变化？ 3.如果两种反应物的初始浓度不相等，应如何计算值？ 4.外推0，与实测0是否相同？ 耐表：乙酸乙酯不同温度下的密度01020300.92440.91270.90050.8885实验十一 溶胶的制备及电泳实验一、实验目的及要求1.学会溶胶制备的方法：a .用水解法制备Fe(OH)3溶胶； b .用化学凝聚法制备AgI溶胶；2. 学会纯化Fe(OH)3溶胶的方法；验证胶体的聚沉；3. 通过实验现象，熟悉胶体电泳现象，检测AgI胶体粒子的带电符号；4. 掌握电泳法测定Fe(OH)3溶胶电动

25、电势的原理和方法。二、实验原理溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶。Fe(OH)3溶胶的制备，就是采用化学法即通过化学反应，使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。制成的胶体体系中常有其它杂质存在而影响其稳定性，因此必须纯化。常用的纯化方法是半透膜渗析法。在胶体分散体系中，由于胶体本身的电离或胶粒对某些离子的选择性吸附，使胶粒的表面带有一定的电荷。在外电场作用下，胶粒向异性电极定向泳动，这种胶粒向正极或负极移动的现象称为电泳。荷电的胶粒与分散介质间的电势

26、差称为动电势，用符号表示，动电势的大小直接影响胶粒在电场中的移动速度。原则上，任何一种胶体的电动现象都可以用来测定动电势，其中最方便的是用电泳现象中的宏观法来测定，也就是通过观察溶胶与另一种不含胶粒的导电液体的界面在电场中移动速度来测定动电势。动电势与胶粒的性质、介质成分及胶体的浓度有关。在指定条件下，的数值可根据亥姆霍兹方程式计算。即  或  (17-1)式中，K为与胶粒形状有关的常数(对于球形胶粒K=6，棒形胶粒K=4，在本实验中按棒形粒子看待)；为介质的粘度(泊)；D为介质的介电常数；u为电泳速度(cm·s-1)；H为电位梯度，即单位长度上的电位差。

27、60; (17-2)式(17-2)中，E为外电场在两极间的电位差(V)；L为两极间的距离(cm)；300为将伏特表示的电位改成静电单位的转换系数。把式(17-2)代入式(17-1)式得：  (17-3)由式(17-3)知，对于一定溶胶而言，若固定E和L，测得胶粒的电泳速度( u = dt，d为胶粒移动的距离；t为通电时间)，就可以求算出电位。三、试剂仪器  DYJ-G直流稳压电泳仪1台； 电炉1台；电泳管1只； 秒表1块；铂电极2支；滴管2支；锥形瓶(250mL)1只；烧杯(800、250、100mL)各1个；0.01moldm-3 AgNO3溶液；0.01moldm-3

28、KI溶液；2.5moldm-3 KCl溶液； 0.1moldm-3K2CrO4溶液；0.1moldm-3K3Fe(CN)6；10%FeCl3水溶液；0.01moldm-3NaCl溶液；火棉胶； KCNS（1%）溶液；AgNO3(1%)溶液；0.02mol.dm-3KCl溶液。四、实验步骤1. Fe(OH)3溶胶的制备及纯化(1)半透膜的制备在一个内壁洁净、干燥的250mL锥形瓶中，加入约10mL火棉胶液，小心转动锥形瓶，使火棉胶液粘附在锥形瓶内壁上形成均匀薄层，倾出多余的火棉胶于回收瓶中。此时锥形瓶仍需倒置，并不断旋转，待剩余的火棉胶流尽，使瓶中的乙醚蒸发至已闻不出气味为(此时用手轻触火棉胶膜

29、，已不粘手)。然后再往瓶中注满水，(若乙醚未蒸发完全，加水过早，则半透膜发白)浸泡10min。倒出瓶中的水，小心用手分开膜与瓶壁之间隙。慢慢注水于夹层中，使膜脱离瓶壁，轻轻取出，在膜袋中注入水，观察有否漏洞，如有小漏洞，可将此洞周围擦干，用玻璃棒蘸沾火棉胶补之。制好的半透膜不用时，要浸放在蒸馏水中。(2)用水解法制备Fe(OH)3溶胶在250mL锥形瓶中，加入95mL蒸馏水，加热至沸，慢慢滴入5mL(10%)FeCl3溶液，并不断搅拌，加完后继续保持沸腾12min，即可得到红棕色的Fe(OH)3溶胶，其结构式可表示为Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-。在胶体体系中存在过量的

30、H+、Cl-等离子需要除去。(3)用热渗析法纯化Fe(OH)3溶胶将制得的40mLFe(OH)3溶胶，注入半透膜内用线拴住袋口，置于800mL的清洁烧杯中，杯中加蒸馏水约300mL，维持温度在60左右，进行渗析。每30min换一次蒸馏水，2h后取出1mL渗析水，分别用1%AgNO3及1%KCNS溶液检查是否存在Cl-及Fe3+，如果仍存在，应继续换水渗析，直到检查不出为止，将纯化过的Fe(OH)3溶胶移入一清洁干燥的100mL小烧杯中待用。2. 制备AgI溶胶（1） 用移液管取10ml 0.01moldm-3AgNO3溶液注入50ml锥型瓶中，在不停摇动中缓缓将8ml 0.01moldm-3 KI加入锥型瓶中，充分摇荡，即得AgI溶胶。（2） 用移液管取10ml 0.01moldm-3KI 溶液注入50ml锥型瓶中，在不停摇动中缓缓将8ml 0.01moldm-3 AgNO3加入锥型瓶中，充分摇荡，即得AgI溶胶。3. 测定溶胶的电泳速度用蒸馏水洗净电泳管后，再用少量溶胶洗一次，将渗析好的Fe(OH)3溶胶倒入电泳管中，使液面距离电极1cm，然后用注射器将0.02mol.dm-3KCl溶液沿电泳管壁缓慢流加到U形管内，直至将电极片完全淹住，并与胶体溶液之间形成一清晰界面。将电极接于稳压电源，打开电源及定时钟，调工作电压为40V