实验一、三组分液-液体系相图的绘制

1、2021/3/91实验一、三组分液液体系相图的绘制实验一、三组分液液体系相图的绘制【目的要求】 学习测绘恒温恒压下苯水乙醇三组分体系的相图 掌握用等边三角形绘制三组分体系相图的方法2021/3/92【原理】 三组分体系组分数K=3,如果体系处于恒温恒压状态，按照相律，体系的自由度f3，式中为体系中的相数。当体系为均相时，自由度f2，因此恒温恒压下三组分体系中浓度独立变量最多只有2个。这样就可用平面图形来表示体系的状态和组成的关系。 通常用等边三角形来表示三组分体系中各组分的组成。三角形的3个顶点分别代表纯组分A、B和C，三条边AB、BC、CA分别代表A和B、B和C、C和A所组成的二组分体系的组

2、成，而三角形内任何一点表示三组分体系的组成。 在苯水乙醇三组分体系中，苯和水时互不相溶的，而乙醇和苯及乙醇和水是互溶的，在苯水体系中加入乙醇则可促使苯和水互溶。 2021/3/93【仪器、试剂】 仪器仪器 25ml酸式滴定管1个，1ml移液管2个，5ml刻度移液管1个，2ml、10ml、20ml、25ml移液管各1个，250ml三角瓶2个。 试剂试剂 纯苯，无水乙醇，蒸馏水。2021/3/94【实验步骤】 互溶度曲线的测定互溶度曲线的测定 用移液管移取4.00ml苯，放入干燥洁净的250ml三角烧瓶中，加入0.10ml水，然后用滴定管滴加乙醇，并不断振荡，当液体由浊变清时，记录加入乙醇的量。再

3、在上述三角烧瓶中依次分别加入0.25ml、0.50ml、1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00m水，重复上述操作。 用移液管移取0.80ml苯，放入另一干洁的250ml三角瓶中，加入10.00ml水，然后滴加乙醇，使成一相。以后再依次加入10.00ml、10.00ml、20.00ml、25.00ml水，重复上述操作，并记录每次滴加乙醇的量。 2021/3/95 数据记录及处理数据记录及处理 将测得的数据按表1的格式记录。 假设三组分混合后不发生体积变化，计算在滴定至终点均匀一相时，各组分的体积百分比。 把计算结果在三角坐标中标出，并作出一平滑曲线，用虚线外延到三角坐标中的2个顶点。

4、 2021/3/96苯(ml)加水量(ml)滴加乙醇（ml）百分数(%)总体积苯水4.000.10.250.51.002.003.004.000.8010.0010.0010.0020.0025.00表1 三组分液液体系的相图测绘 2021/3/97【注意】 使用的三角瓶必须事先干燥。 当液体由浊变清时，须小心，勿使乙醇过量加入。 相变点的判断。【思考题】 当体系总组成在曲线内与曲线外时，相数有何不同？总组成点通过曲线时发生什么变化？ 用相律说明当温度、压力恒定时，单相区的自由度是多少？ 使用三角瓶不事先干燥行吗？为什么？ 可否用95乙醇代替无水乙醇？2021/3/98实验二、实验二、 分配系

5、数的测定分配系数的测定【目的要求】 掌握分配定律及其应用。 测定苯甲酸在苯和水中的分配系数，并判断其在水中有无缔合现象。 了解分配系数的测定方法。2021/3/99 【原理】 在一定温度和压力下，将一溶质溶解在两种不互溶的溶剂中，则溶质往往同时分配地溶入这两种溶剂中。如果溶质在两种溶剂中分子大小相同，且浓度不大，那么达到平衡时，溶质在两种溶剂中的浓度比值等于常数，这就是分配定律：BACCK 式中CA、CB为溶质在A、B溶剂中的浓度，K为分配系数。在一些体系中由于分子的离解或缔合，溶质在不同溶剂中质点的平均大小不同，如在溶剂A中的质点比在溶剂B中小一半，则分配定律表述为：2/1BACCK 202

6、1/3/910 为了判断苯甲酸在水中有无缔合现象，假定其缔合度为n，则分配定律为：nBACCK 则 lgK=lgCA-lgCB如测得一系列的CA、CB，后用lgCA对lgCB作图，由直线的斜率和截距即可分别计算出分配系数K，缔合度n。2021/3/911【实验步骤】 取5个洗净的150ml碘量瓶，标明号码，分别加入约0.6g，0.8g，1.0g，1.2g，1.4g苯甲酸，用量筒分别加入25ml苯和25ml蒸馏水，盖好塞子，振摇半小时，使两相充分混合接触。 将1号试样转移至分液漏斗中，静置分层。 用移液管移取下层（水层）5.00ml，放入100ml三角瓶中，加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液，用

7、标准碱液滴定，记录所用碱液体积。重复测定二次。 用移液管移取上层（苯层）2.00ml，放入100ml三角瓶中，加入25ml蒸馏水和1滴酚酞指示液，用标准碱液滴定，记录所用碱液体积。重复测定二次。 用上述方法依次测定2、3、4、5号试样。2021/3/912【数据记录与处理】 记录室温及大气压。 设计数据记录表格，并用lgCA对lgCB作图，由直线的斜率和截距计算出分配系数K，缔合度n。2021/3/913【注意事项】 实验中所用苯对环境有较大污染，废液应倒入回收瓶中，统一处理。【思考题】 分配系数的影响因素有哪些？ 2021/3/914实验三、实验三、 旋光法测定蔗糖转化反应旋光法测定蔗糖转化

8、反应的速率常数的速率常数【目的要求】【目的要求】1测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。2了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。3了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。【基本原理】【基本原理】蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：2021/3/915它是一个二级反应的速率很慢，通常需要H+离子作用下进行。由于它是一个二级反应时水量存在的，尽管有部分水参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示kcdtdc(1)积分可得： 1nc=-kt+1nc0 （2）021CKKnt6

9、93. 0212/1当C=时，时间t可用t1/2表示，即为半衰期：(3)2021/3/916测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中可含旋光物质的旋光能力、溶剂性质，样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即C （4）式中比例常数与物质旋光能力、样品管长度、温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量、比旋光度用下式表示： ADC, 110020 （5）但蔗糖及其转化产物具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用系统在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。2021/3/917 20D式中右上角的“20”表示实验时温度20，D是指用钠灯

10、光源D线的波长（即589nm）, 为测得的旋光度，1为管长度（dm）,CA为浓度（g/100ml）。 20D 20D 20D作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度=66.63；生成物中葡萄也是右旋性物质，其比旋光度 =52.5,但果糖是左旋性物质，基比旋光度=-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄右旋性大，所以生成物呈现在左旋性质。因此随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值设系统最初的旋光度为:00C反（t=0,蔗糖尚未转化） （6）系统最终的旋光度为:0C生蔗糖已转化完全） （7） 当时间为

11、t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为，即)(0CCCt生反（8）由（6）、（7）和（8）联立可解得：000生反C（9）2021/3/918tC生反00（10）将（9）、（10）代入（2）式即得01)(1nktnt（11）显然，以)(1tn对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k。2021/3/919【实验步骤】【实验步骤】1.溶液配制及测试用台秤称取蔗糖(0.8moldm-3)放入烧杯中，用少量蒸馏水溶解（注意水过量），待蔗糖全部溶解后（温度太低需加热），并冲洗至100ml容量瓶中，若溶解浑浊需要过滤。2.反应中旋光系统t 的测定 移取25ml蔗糖溶液于干净的锥形瓶中,再移取25ml、

12、3moldm-3HC1往蔗糖溶液中注入，当HC1液流出一半时立即记时（作为起始时间），全加入后将其混合均匀，迅速用反应液荡洗旋光管两次，然后将反应液注满旋光管，盖上玻璃片，注意匆使管存有气泡，旋紧帽后放置在旋光计中测定旋光系统t。此后每隔5分钟测一次t，测出两个负值为止。 3. 的测定测定后，将管内溶液倒回原锥形瓶内，待24小时后再测，也可将溶液放入333.15K的水溶槽中（不可高于338.15K），并保温30分钟取出，待冷后测。2021/3/920【记录】【记录】tt实验温度： -t（分）0.8moldm-3蔗糖+3moldm-3HC1lg( - )2021/3/921【数据处理】【数据处理

13、】1以1g( - )对t作图，证明是否一级反应，并由直线斜率求出反应速度常数K。2由上述直线外推至t = 0，求得1g( - )，再代入式（11）中计算K值。3求出反应的半衰期。tt2021/3/922实验四、最大气泡压力法测定溶液表面张力2021/3/923【实验目的】测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸附量与浓度的关系。附量与浓度的关系。了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液界面吸附的关系。界面吸附的关系。掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术，由术，由Gibb

14、s公式用图解法求算不同浓度溶液的公式用图解法求算不同浓度溶液的界面吸附量。界面吸附量。2021/3/924【实验原理】gl体相分子：体相分子： 液体有自动收缩表面液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。而呈球形的趋势。自由移动不消耗功自由移动不消耗功表面分子：表面分子：纯液体和其蒸气组成的体系纯液体和其蒸气组成的体系,BT P nGA )m(J2比表面自由能比表面自由能（表面张力）（表面张力）（1）溶液的界面吸附）溶液的界面吸附2021/3/925溶液活度溶液活度溶液：溶液： 体系可调节溶质在表面相的浓度来降低体系可调节溶质在表面相的浓度来降低表面自由能。表面自由能。表面吸附表面吸附:表面层与体相浓

15、度不相同的现象。表面层与体相浓度不相同的现象。恒温下的恒温下的Gibbs吸附方程：吸附方程：()TaRTa 溶质的表面吸附量mol m2/() (7-64)/Tc cRTc c 2021/3/926 0，正吸附正吸附,溶液表面张力降低：表面活性物质溶液表面张力降低：表面活性物质 0，负吸附负吸附, 溶液表面张力升高溶液表面张力升高: 非表面活性物质非表面活性物质浓度达一定值，溶液界面形成饱和单分子层吸附浓度达一定值，溶液界面形成饱和单分子层吸附（2）最大气泡压力法测定表面张力的原理）最大气泡压力法测定表面张力的原理2021/3/927 将待测液体装于表面张力仪，使毛细管的端面将待测液体装于表面

16、张力仪，使毛细管的端面与液面相切。与液面相切。 打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内统的压力，毛细管内的液面上受到一个比样品管内的液面上稍大的压力。的液面上稍大的压力。 当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛当压力差在毛细管端面上产生的作用稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口被压细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口被压出，这个最大的压力差可由出，这个最大的压力差可由U型管压力计上读出。型管压力计上读出。2021/3/928U形示压计两端汞柱形示压计两端汞柱的高度差的高度差毛细管端口形成的半

17、球形气泡承受的最大压力差毛细管端口形成的半球形气泡承受的最大压力差2pg hr 若用同一支毛细管和压力计，在相同温度下测若用同一支毛细管和压力计，在相同温度下测定两种液体的表面张力，有定两种液体的表面张力，有1100hh 毛细管曲率半径毛细管曲率半径11010hK hh 毛细管常数毛细管常数2021/3/929饱和吸附量饱和吸附量（3）求正丁醇的分子截面积）求正丁醇的分子截面积1kckc 11 (7-68)ck cc 作作 图图，由由直直线线斜斜率率求求求正丁醇分子截面积求正丁醇分子截面积1 (7-69)L 2021/3/930【实验步骤】（1） 测定毛细管常数测定毛细管常数K. 将蒸馏水装于

18、带支管的毛细管，使毛细管将蒸馏水装于带支管的毛细管，使毛细管的端面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞，的端面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴下而降低系统的压力，气泡均匀使水缓慢滴下而降低系统的压力，气泡均匀逸出，读取逸出，读取U形压力计两臂最大高度差。形压力计两臂最大高度差。（2）测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力 配制浓度分别为配制浓度分别为0.02，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35，0.50mol.L-1 正丁正丁醇溶液各醇溶液各50ml。按（。按（1）步骤测定表面张力。）步骤测定表面张力。2021/3/931【数据记

19、录和处理】(1) 记录实验温度，大气压，以及蒸馏水和不记录实验温度，大气压，以及蒸馏水和不同浓度正丁醇溶液的的同浓度正丁醇溶液的的h。(2) 按式（按式（7-66）计算毛细管常数）计算毛细管常数K。不同温度。不同温度下纯水的表面张力见附录下纯水的表面张力见附录14。(3) 按式（按式（7-66）计算不同浓度正丁醇溶液的）计算不同浓度正丁醇溶液的表面张力。表面张力。2021/3/932/dd /(4)c cc cc c 作作 / / 曲曲线线，在在曲曲线线上上分分别别取取为为0 0. .0 03 3， 0 0. .0 05 5，0 0. .1 10 0，0 0. .1 15 5，0 0. .2

20、20 0，0 0. .3 30 0，0 0. .4 40 0的的点点作作 切切线线，求求切切线线斜斜率率。由（由（7-64）式计算不同浓度溶液的吸附量）式计算不同浓度溶液的吸附量i (5)cc 作作 ，确确定定饱饱和和吸吸附附量量，由由( (7 7- -6 69 9) )计计算算 正正丁丁醇醇分分子子截截面面积积。2021/3/933【思考题】 用最大气泡压力法测定溶液的表面张力时，用最大气泡压力法测定溶液的表面张力时，为什么要读取最大压差？为什么要读取最大压差？ 那些因素影响表面张力的测定？应当如何减那些因素影响表面张力的测定？应当如何减小或消除这项因素的影响？小或消除这项因素的影响？202

21、1/3/9342021/3/935 用黏度法测定聚丙烯酰胺的平均摩用黏度法测定聚丙烯酰胺的平均摩尔质量尔质量 了解乌氏黏度计特点，掌握其使用了解乌氏黏度计特点，掌握其使用方法方法2021/3/936 高聚物的摩尔质量的对其性能有很大的影响，通过摩尔高聚物的摩尔质量的对其性能有很大的影响，通过摩尔质量的测定可了解高聚物的性能，并控制聚合条件以获得质量的测定可了解高聚物的性能，并控制聚合条件以获得优良产品。优良产品。 在某一温度下，高聚物溶液的黏度在某一温度下，高聚物溶液的黏度 比纯溶剂的黏度比纯溶剂的黏度 0大，黏度增加的分数为增比黏度大，黏度增加的分数为增比黏度 sp00-1spr r称为相对

22、黏度，是整个溶液的黏度行为。称为相对黏度，是整个溶液的黏度行为。 sp意味着扣除意味着扣除了溶剂分子间的内摩擦效应，仅考虑溶剂与溶质分子之间了溶剂分子间的内摩擦效应，仅考虑溶剂与溶质分子之间以及溶质分子间的相互作用。以及溶质分子间的相互作用。 sp随高聚物浓度增加而增大。随高聚物浓度增加而增大。常用常用 sp/c，称为比浓黏度，称为比浓黏度2021/3/937比浓黏度随溶液浓度比浓黏度随溶液浓度c变化。当溶液无限稀变化。当溶液无限稀(c0)时，溶质分子时，溶质分子间内摩擦效应可以忽略不计，只存在溶剂分子与溶质分子间的间内摩擦效应可以忽略不计，只存在溶剂分子与溶质分子间的内摩擦作用，内摩擦作用，

23、 sp/c趋于固定极限值趋于固定极限值 0lim spcc 为特性黏度，可由为特性黏度，可由 sp/c-c图用外推法求出。实验表明图用外推法求出。实验表明 sp/c与与 的关系用经验公式表示为的关系用经验公式表示为2 spkc 故作故作 sp/c-c图，外推后由图，外推后由 sp/c轴上的截距可求轴上的截距可求 。浓度不太。浓度不太大时，经验公式可表示为大时，经验公式可表示为 ln /c = + 2c2021/3/938这样这样 sp/c及及ln /c对对c作图，得两条直线。这两条直线在纵轴作图，得两条直线。这两条直线在纵轴上相交于一点，可求出上相交于一点，可求出 值。值。 的单位是浓度倒数。

24、的单位是浓度倒数。 与与高聚物平均摩尔质量的关系为高聚物平均摩尔质量的关系为 = M 其中，其中， 和和 为经验方程为经验方程的两个参数。一定温度，的两个参数。一定温度，一定的高聚物体系为常一定的高聚物体系为常数。数。 M为平均摩尔质量。为平均摩尔质量。2021/3/939同一温度下，对纯溶剂和同一温度下，对纯溶剂和45个不同浓度的溶液进行流出时个不同浓度的溶液进行流出时间的测定后，由式间的测定后，由式(7-84)和和(7-77)可计算出相应可计算出相应 r和和 sp，再由，再由(7-79)和和(7-80)作图外推求出作图外推求出 ，最后由，最后由(7-81)及经验常数及经验常数 、 求算平均

25、摩尔质量求算平均摩尔质量 M。本实验用毛细管黏度计测定高聚物溶液的黏度。在稀溶液中本实验用毛细管黏度计测定高聚物溶液的黏度。在稀溶液中（浓度小于（浓度小于110-3gml1），溶剂与溶液的密度近似为相等，），溶剂与溶液的密度近似为相等，可得可得00rtt 2021/3/940 恒温槽的调节恒温槽的调节 高聚物溶液黏度的温度系数较大，如果温度控制波动较大，高聚物溶液黏度的温度系数较大，如果温度控制波动较大，会使液体流出时间的重现性差，或作图线性不好。严格调整会使液体流出时间的重现性差，或作图线性不好。严格调整恒温槽温度在恒温槽温度在30.00.1)C范围内。范围内。 黏度计的选择和洗涤黏度计的选

26、择和洗涤 使用乌氏黏度计能在黏度计内进行逐步稀释，使用乌氏黏度计能在黏度计内进行逐步稀释，适合连续测定不同浓度溶液的黏度。由所用溶适合连续测定不同浓度溶液的黏度。由所用溶剂的黏度选择毛细管剂的黏度选择毛细管r与管与管E体积的大小，使流体积的大小，使流出时间不少于出时间不少于100s。对于溶剂水，毛细管径为。对于溶剂水，毛细管径为0.57mm，E球体积为球体积为4ml。黏度计应用洗液浸。黏度计应用洗液浸泡后，再依次用自来水、蒸馏水冲洗，最后用泡后，再依次用自来水、蒸馏水冲洗，最后用乙醇淌洗后真空干燥备用。乙醇淌洗后真空干燥备用。 2021/3/941 溶液流出时间的测定溶液流出时间的测定将清洁干

27、净的黏度计将清洁干净的黏度计B管、管、C管口导上乳胶管后垂直放入恒温管口导上乳胶管后垂直放入恒温槽中。恒温水面应浸没槽中。恒温水面应浸没G球。调节夹黏度计的夹具使黏度计球。调节夹黏度计的夹具使黏度计毛细管垂直毛细管垂直一次吸取一次吸取5ml聚丙烯酰胺水溶液，聚丙烯酰胺水溶液，10ml 1.5molL-1NaNO3水溶水溶液从液从A管注入。夹住管注入。夹住C管口的乳胶管，在管口的乳胶管，在B管上接上注射针筒管上接上注射针筒来回推拉、鼓泡，使溶液混合均匀，设浓度为来回推拉、鼓泡，使溶液混合均匀，设浓度为c1。恒温。恒温10min。C管不同大气，由管不同大气，由B管抽气，溶液从管抽气，溶液从F球经球

28、经D球、毛细管、球、毛细管、E球球抽至抽至G球球2/3处。先拔出针筒，再松开处。先拔出针筒，再松开C管处夹子，使管处夹子，使C管通大管通大气，气，D球中液体即回入球中液体即回入F球。毛细管以上液体悬空并开始下落。球。毛细管以上液体悬空并开始下落。当液面流经当液面流经a刻度立即按下表开始计时，当液面将到刻度立即按下表开始计时，当液面将到b刻度时，刻度时，再按停表，读取再按停表，读取a、b刻度间液体流经毛细管所需时间刻度间液体流经毛细管所需时间t1，重，重复复3次，时间相差不得超过次，时间相差不得超过0.5s。2021/3/942依次由依次由A管分别注入管分别注入5ml、10ml、15ml 1mo

29、lL-1NaNO3水水溶液，将高聚物稀释为溶液，将高聚物稀释为c2、c3、c4，同法测定流出时间，同法测定流出时间t2、t3、t4。每次加入。每次加入NaNO3溶液后，应混合均匀后抽洗毛细溶液后，应混合均匀后抽洗毛细管管3次，恒温次，恒温10min 溶剂流出时间的测定溶剂流出时间的测定 倾去高聚物溶液，用自来水、蒸馏水淌洗净黏度计后，倾去高聚物溶液，用自来水、蒸馏水淌洗净黏度计后，再用再用1molL-1NaNO3水溶液淌洗。最后加入约水溶液淌洗。最后加入约15ml 1molL-1NaNO3水溶液，恒温后测定流出时间水溶液，恒温后测定流出时间t0。 实验完毕，倾去溶液，洗净黏度计，用乙醇淌洗，放置实验完毕，倾去溶液，洗净黏度计，用乙醇淌洗，放置干燥。干燥。2021/3/943 液体黏度的温度系数均较大，实验中应严格控制温度的恒液体黏度的温度系数均较大，实验中应严格控制温度的恒定，否则难以获得重现结果。定，否则难以获得重现结果。 黏度计系贵重玻璃仪器，在洗涤、安放及使用过程中应仔黏度计系贵重玻璃仪器，在洗涤、安放及使用过程中应仔细，避免损坏。细，避免损坏。 因高聚物黏度较大，用移液管取样前应用溶