物理化学实验-基础化学

物理化学实验讲义

第一章物理化学实验基本知识

第一节物理化学实验的目的与要求

（一）物理化学实验教学的目的

物理化学实验是化学实验科学的重要分支，也是研究化学基本理论和问题的重要手段和方法。

物理化学实验的特点是利用物理方法研究化学系统变化规律，通过实验的手段，研究物质的物理化

学性质及这些性质与化学反应之间的某些重要规律。物理化学实验教学的主要目的是：

1.通过物理化学实验，使学生初步了解物理化学的研究方法，掌握物理化学的基本实验技术和技

能，并培养学生具备观察实验现象，正确记录和处理实验数据，以及分析问题和解决问题的能力。

2.加深对物理化学基本理论和概念的理解并巩固所学习的知识。

3.培养学生理论联系实际的能力。

4.培养学生查阅文献资料的能力。

5.使学生受到初步的实验研究的训练，提高学生的实验操作技能和培养学生初步进行科学研究的

能力。

6.培养严肃认真、实事求是和一丝不苟的科学态度及工作作风。

（二）物理化学实验要求

进行每个实验都包括实验的预习，实验操作和实验报告三个步骤，它们之间是相互关联的，任

何一步做不好，都会严重影响实验教学质量。

1.实验前预习及预习报告

阅读实验讲义的有关内容，查阅相关资料，了解实验的目的和要求、原理和仪器、设备的正确

使用方法，结合实验讲义和有关参考资料写出预习报告。预习报告的内容包括：（1）实验目的；（2）

简单原理；（3）操作步骤和注意事项；（4）原始数据记录表格。要用自己的语言简明扼要的写出预

习报告，重点是实验目的、操作步骤和注意事项。

实验前，教师要检查每个学生的预习报告，必要时进行提问，并解答疑难问题。对未预习和未

达到预习要求的学生，不得进行实验。

2.实验操作

学生进入实验室后，应首先检查测量仪器和试剂是否齐全，并做好实验前的各种准备工作。实

验操作时，要严格控制实验条件，在实验过程中仔细观察实验现象，详细记录原始数据，积极思考,

善于发现问题和解决实验中出现的各种问题。

3.实验报告

实验完毕，每个学生必须把自己的测量数据进行独立和正确处理，写出实验报告，按时交给教

师。实验报告应包括：实验目的与原理、实验步骤、数据记录及处理、结果与讨论等儿个部分。其

中结果分析讨论主要是对实验结果进行误差分析、实验现象的解释，实验的体会，提出改进意见。

实验报告是教师评定实验成绩的重要依据之一。

4.下次实验时，交上次实验报告，延期不交者，不能进行实验。

教师应根据实验所用的仪器、试剂及具体操作条件，提出实验结果的要求范围，学生达不到此

要求，则必须重做实验。

（三）物理化学实验的注意事项

1.遵守纪律，不迟到，不早退，保持室内安静，不大声谈笑，不到处乱走，不许在实验室内嘻

闹及恶作剧。

2.实验前要按讲义核对仪器和药品，若不齐全或破损，应向指导老师报告，及时补充和更换。

3.实验开始前要进行仪器设备的安装和线路连接，须经教师检查合格后方能接通电源开始实验

（电路连接后未经教师检查，不得接通电源）。

4.仪器使用必须按仪器的操作规程进行，以防损坏。使用时要爱护仪器，如发现仪器损坏，立

即报告指导教师并追查原因。未经教师允许不得擅自改变操作方法。

5.实验时，除所用仪器外，不得动用其他仪器，以免影响实验的正常进行。

6.在实验过程中，需注意勤俭节约，反对大手大脚、铺张浪费。

7.实验时要保持安静及台面整洁，书包、衣服等物品不要放在实验台上。实验完毕将玻璃仪器

洗净，把实验桌打扫干净，仪器、试剂药品等加以整理，放回原处。

8.实验结束后，由同学轮流值日，负责打扫整理实验室，检查水、煤气、门窗是否关好，电闸

是否拉掉，以保证实验室的安全。

实验室注意事项是人们长期从事化学实验工作的总结，它是保持良好环境和工作秩序，防止意

外事故，做好实验的重要前提，也是培养学生优良素质的重要措施。

第二节物理化学实验的设计方法

物理化学实验是在前人科学研究的基础上，经过归纳、总结、简化而逐渐成型的。所以，物理

化学实验与科学研究工作之间没有不可逾越的鸿沟，在设计思路、测量原理和方法上基本类同，只

是在测量仪器、测量系统、测量步骤等具体内容上作了某些改变，以适应教学实验的条件和满足教

学的需求。因此，学会物理化学实验的设计思路和方法，无疑对于学生以后做毕业论文或将来从事

科学研究工作是十分必要的。为了培养这方面的初步能力，使学生有机会在实践中学到实验设计的

一些初步常识和方法。设计物理化学实验的方法和步骤如下：

1.设计程序

（1）认真研究题目的内容和要求，包括题目的所属范畴，数据结果要求的精密度和准确度，哪

些是直接测量的量，哪些是间接测量的量，难点是什么，影响因素有哪些等。

（2）进行调研工作。查阅有关的文献资料，包括前人采用过的实验原理、实验方法、仪器装置、

反应容器等，进行分析、对比、综合、归纳。

（3）对实验的整体方案和某些难点的局部方案进行初步的设想和规划，并写出预习报告（除常

规的要求外，必须有整体测量示意图及所需的仪器、药品清单）。实验前一周将预习报告交任课教师,

以便审查方案和准备仪器、药品，否则不予做实验。

2.设计方法

（1）首先根据题目内容和要求，选择合适的实验研究原理和测量方法，可以从前人已做过的工

作中选择，也可以在前人研究的基础上提出新的实验研究原理和测量方法，也可以将前人的实验研

究方案作些改进。当然如能取各家之长，重新设计更完善的实验模型更好。

（2）选配合适的测量仪器。在测量原理和测量方法确立之后，应着眼于选配合适的测量仪器。

所选的仪器的灵敏度、最小分度值和准确度应满足测量的误差要求，但勿盲目追求高、精、尖。测

量装置要尽可能简便，容易操作与筹建。特别应注意实验仪器的精度配置，否则会造成不必要的浪

费。例如，若实验结果用记录仪记录，通常只有3位有效数字，所以如果实验中需要测量电压数值,

则不必选用有5位有效数字电压表。

总之，设计的原则应体现科学观念、实践观念与经济观念。

（3）反复实践，不断总结。实践是检验真理的标准。实验设计方案是否可行，最后要通过实践

来验证。山于人们的认识与客观事物的规律不一定完全符合，因此在实践中出现这样那样的问题是

必然的。要善于发现问题，总结失败的经验教训，不怕困难。在反复实践中不断改进，不断完善，

直至取得满意的结果。

第二章实验内容

第一节热力学实验

实验一恒温槽的装配和性能测试

一、实验目的

1.了解恒温槽的构造及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。

2.绘制恒温槽灵敏度曲线（温度一时间曲线），学会分析恒温槽的性能。

3.掌握贝克曼温度计、接触温度计和继电器的基本测量原理和使用方法。

二、实验原理

在科学研究及物理化学等实验中所测的数据，如折射率、粘度、蒸气压、表面张力、电导、化

学反应速率常数等等都与温度有关，因此在生产和科学实验中，经常要求在恒温及温度稳定的情况

下进行，这就需要用各种恒温设备。通常用恒温槽来控制温度维持恒温，以保证温度保持相对稳定,

即在一定范围内波动。•般使用的恒温槽波动范围约在±0.1℃左右，若加以改进，可达到±0.001℃。

要使恒温设备维持在高于室温的某一温度，就必须不断补充一定的热量，使由于散热等原因所引起

的热损失得到补偿。

恒温槽是物理化学实验室中常用设备之一。恒温槽之所以能恒温，主要是依靠恒温控制器来控

制恒温槽的热平衡。当恒温槽因对外散热而使水温降低时，恒温控制器就驱使恒温槽内的加热器工

作，待加热到所需温度时，它又使其停止加热，这样就使槽温保持恒定。恒温槽装置是多种多样的,

但它们大都包括敏感元件（或称感温元件）、控制元件、加热元件三部分。由敏感元件将温度转化为

电信号（或其它信号）而输送给控制元件，再由控制元件发出指令，让加热元件工作或停止。

系统浸入恒温槽中，通过对恒温槽温度的调节，可保持系统控制在某一恒定温度。恒温槽中的

液体介质可根据温度控制的范围而异，一般来说，可采用以下液体介质:-60℃〜30℃用乙醇或乙醇水

溶液；0℃〜90℃用水；80°C〜160℃用甘汕或甘油水溶液；70℃〜200"C用液体石蜡、汽缸润滑油、

硅油。比较常用的是恒温水浴，其装置见图

图1-1恒温槽的装置示意图

1.浴槽；2.加热器；3.搅拌器；4.温度计；5.感温元件（接触温度计）；

6.温度控制器；7.贝克曼温度计。

恒温槽是由浴槽、接触温度计、温度控制器、加热器、搅拌器和温度计组成，具体装置示意图

见图1-1,继电器必须和接触温度计、加热器配套使用。接触温度计是一支可以导电的特殊温度计，

又称为导电表。图1-2是它的结构示意图。它有两个电极，一个固定与底部的水银球相连，另一个

可调电极D是金属丝，由上部伸入毛细管内。顶端有一磁铁，可以旋转螺旋丝杆，用以调节金属丝

的高低位置，从而调节设定温度。当温度升高时，毛细管中水银柱上升与一金属丝接触，两电极导

通，使继电器线圈中电流断开，加热器停止加热；当温度降低时，水银柱与金属丝断开，继电器线

圈通过电流，使加热器线路接通，温度又回升。如此，不断反复，使恒温槽控制在一个微小的温度

区间波动，被测体系的温度也就限制在一个相应的微小区间内，从而达到恒温的目的。

图1-2接触温度计的构造图

A.磁性螺旋调节器；B.电极引出线；C.指示螺母；D.可调电极；E.上标尺；F.下标尺

若控温精度要求在1K以内，实验室多用导电表或温度控制表（接触温度计）作变换器（见图1-2）。

图1-3电子继电器线路图

1.电接点温度计；2.衔铁；3.电热器。

Re为220V、直流电阻约2200Q的电磁继电器

电子管继电器由继电器和控制电路两部分组成，其工作原理如下:可以把电子管的工作看成一个

半波整流器(图1-3),Re〜G并联电路的负载，负载两端的交流分量用来作为栅极的控制电压。

当电接点温度计的触点为断路时，栅极与阴极之间由于扁的耦合而处于同位，即栅极偏压为零。

这时板流较大，约有18mA通过继电器，能使衔铁吸下，加热器通电加热;当电接点温度计为通路，

板极是正半周，这时Re〜的负端通过6和电接点温度计加在栅极上，栅极出现负偏压，使

板极电流减少到2.5mA,衔铁弹开，电加热器断路。

因控制电压是利用整流后的交流分量，Re的旁路电流Ci不能过大，以免交流电压值过小，引起

栅极偏压不足，衔铁吸下不能断开；G的负端太小，则继电器衔铁会颤动，这是因为板流在负半

周时无电流通过，继电器会停止工作，并联电容后依靠电容的充放电而维持其连续工作，如果G太

小就不能满足这一要求。C2用来调整板极的电压相位，使其与栅压有相同的峰值。R2用来防止触电。

电子继电器控制温度的灵敏度很高。通过电接点温度计的电流最大为30RA,因而电接点温度计

使用寿命很长，故获得普遍使用。

恒温槽的温度控制装置属于“通”“断”类型，当加热器接通后，恒温介质温度上升，热量的传递使

水银温度计中的水银柱上升。但热量的传递需要时间，因此常出现温度传递的滞后，往往是加热器

附近介质的温度超过设定温度，所以恒温槽的温度超过设定温度。同理，降温时也会出现滞后现象。

山此可知，恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控制在某一固定不变的温度。控温效果可以

用灵敏度加表示：

加=±号

式中，力为恒温过程中水浴的最高温度，t2为恒温过程中水浴的最低温度。可以看出:曲线(a)表示

恒温槽灵敏度较高;(b)表示恒温槽灵敏度较差;(c)表示加热器功率太大;(d)表示加热器功率太小或散

热太快。影响恒温槽灵敏度的因素很多，大体有：

1.恒温介质流动性好，传热性能好，控温灵敏度就高；

2.加热器功率要适宜，热容量要小，控温灵敏度就高；

3.搅拌器搅拌速度要足够大，才能保证恒温槽内温度均匀;

4.继电器电磁吸引电键，后者发生机械作用的时间愈短，断电时线圈中的铁芯剩磁愈小，控温灵

敏度就高；

5.接触温度计热容小，对温度的变化敏感，则灵敏度高；

6.环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。

图1-4控温灵敏度曲线

三、仪器与试剂

玻璃缸（容量10升或视需要而定）1个；电动搅拌器（功率40瓦或视需要而定）1台；电加热

器（功率250瓦的电热丝或视需要而定）1支;接触温度计（或感温元件）1支;控温器1台；1/10C

温度计1支；贝克曼温度计1支；秒表1块；烧杯（200毫升）1个；电子继电器1台；蒸镭水。

四、实验步骤

1、将蒸储水注入浴槽至容积的2/3处，将感温元件、加热器与控温器接好，搅拌器、温度计放

在合适的位置（见图1-1）o先开动一下搅拌器，观察水流方向，顺着水流方向依次将电加热器、接

触温度计及普通温度计安装好。

2、设置恒温温度，仔细调节温度并恒温。将电加热器、接触温度计分别与继电器上接头接好.

注意，须先经指导教师检查后，方可接通电源。

3、调贝克曼温度计，恒温温度时水银柱在刻度25℃左右，并安放在恒温槽中。

4、旋开接触温度计上部的调节帽固定螺丝，旋动调节帽，使标铁指示稍低于25℃处。开始加热.

5、开启电动搅拌器，选择合适的转速。

6、加热时，观察1/10℃温度计读数，当与指定温度接近时（相差0.5℃）,需重新调节接触温

度计标铁，按调节帽每转动一周，鸽丝上升0.1℃的标准调节。这样即可调节到25℃,使鸽丝与水

银柱恰好处在刚刚接通与断开状态（这一状态即可由继电器的衔铁与磁铁接通或断开判断，也可由

温度自动控制器的红绿指示灯来判断，一般说来，红灯表示加热，绿灯表示停止加热）。然后固定

调节帽，需注意在调节过程中，决不能以接触温度计的刻度为依据，必须以1/10℃温度计的标准温

度计为准。接触温度计的指示数，只能给我们一个粗略的估计。

7、恒温槽灵敏度的测定：待恒温槽温度调节到25℃恒温后，观察贝克曼温度计的读数，利用停

表，每隔2分钟记录一次贝克曼温度计的读数。测定约60分钟，温度变化范围要求在±0.15℃之内。

改变恒温槽中加热器、接触温度计的相对位置，按前述方法测定35℃时恒温槽灵敏度。

五、数据记录及处理

将操作步骤7之数据记录与表中。

1

时间（分）2467.....

0

贝克曼温度计读数

改变位置后贝克曼温度计读数

以时间为横坐标、温度为纵坐标，绘制25℃及35℃时的温度——时间曲线。

六、思考题

1、恒温槽恒温的原理是什么？

2、如何提高恒温槽的灵敏度？

实验二盐的积分溶解热的测定

一、实验目的

1、用量热法测定Na2S2O3-5H2O和KNO3的积分溶解热。

2、掌握量热法的基本测定方法。

二、实验原理

物质的溶解通常包括溶质晶格的破坏和溶质分子或离子的溶剂化这两个过程。其中溶质的晶格

破坏常为吸热过程，溶剂化过程常为放热过程。溶解热即为这两个过程的热量的总和，由于这两个

热量的相对大小不同，有的物质溶解时吸热而有的物质却放热。

温度、压力和溶质、溶剂的性质及用量是影响溶解热的显著因素。

根据物质在溶解过程中溶液浓度的变化，溶解热分为变浓溶解热和定浓溶解热。变浓溶解热又

叫积分溶解热，它是指在等温等压条件下1〃加物质溶于一定量溶剂形成某浓度溶液时，吸收或放出

的热量。定浓溶解热又称微分溶解热，是等温等压条件下1m。/物质溶于大量溶某浓度溶液时的热效

应。两者单位相同（%?。/）但在溶解过程中前者浓度持续变化，后者只有微小变化或视为不变。

积分溶解热未规定溶剂的数量，所以讨论或测量时应注明溶剂具体的数量。

积分溶解热可用量热法直接测得；微分溶解热可从积分溶解热间接求得。

量热法测定积分溶解热，通常在被认为是绝热的量热计中进行。首先标定量热计的热容量，然

后精确测量物质溶解前后因吸热或放热引起量热体系的温度变化，据此计算物质积分溶解热。

1.量热系统热容量的标定

用一已知积分溶解热的标准物质（本实验采用KCI）,在量热计中溶解，测出溶解前后量热系统

的温度变化值AT,则量热系统的热容量C为

c.町附(1)

Mi'\T.

式中，W|、M］为标准物质的重量（克）和分子量•/日为标准物质在某溶液温度及浓度下的积

分溶解热，此值可由手册查到，C为量热系统的热容。

2.积分溶解热的测定

将（1）式用于待测物质即可得

A//,=-----Z----1（2）

%

式中W2、M2分别为待测物质的重量（克）和分子量•AT2为待测物质溶解前后量热系统的温度

变化值.C为已标定的量热系统的热容，这里假设了各种水溶液的热容都相同。

（1）式与（2）式都忽略了热传导等对△「和AT?的影响，所以实验中要求量热计的绝热应良

好，搅拌均匀、缓慢，避免引入较大的搅拌热。

三、实验仪器与试剂

溶解热测定装置（如图所示）;500mL量筒1个;放大镜1个;分析纯KC1、KNC>3、和Na2S2O3-5H2O

图2-1量热器示意图

1.贝克曼温度计；2.搅拌器；3.杜瓦瓶；4.加样漏斗；5.加热器。

四、实验步骤

1、调节贝克曼温度计，使当把贝克曼温度计浸入本实验的溶剂水中时，温度计的水银柱面的位

置应在温度刻度的上半部。调节方法见附录贝克曼温度计的用法。

2、测定系统的热容

本实验采用已知溶解热的KCI作标准物来标定量热系统的热容，不同温度下ImolKCI溶于

200mL水中的积分溶解热数据附后。

（1）量热系统初始温度T始的测量：用500mL量筒准确量取360mL蒸储水加入杜瓦瓶中，盖严

瓶塞，缓慢均匀搅拌，使蒸储水与量热系统的温度达平衡。每分钟用放大镜读取温度-次，读准至

0.002度，连续5分钟温度读数不变时可认为已达平衡，此温度即为T始，T蛤读数应在贝克曼温度计

温度刻度的上半部。

（2）溶解终止时量热系统温度T终的测量：将预先称好的KC1约7.5土0.01克迅速、全部倒入杜

瓦瓶中，塞好瓶塞，缓慢均匀地搅拌，由于KCI溶解为吸热过程，溶解时温度下降，每分钟读取温

度一次，直至连续5分钟那温度不变，即为T终。再用普通温度计量出量热计的温度。倒出量热计中

液体，洗净、晾干。

3.KNO3积分溶解热的测定

用KNO3代替KC1重复上述操作，测出T始和TKNO3的用量按ImolKNO3：400mol水计算。

其用量约为5.1g,蒸得水仍为360mL。

4.Na2S2O3-5H2O积分溶解热的测定

同3。测定ImolNa2s2O35H2O：400moi水的积分溶解热，水仍为360mL,Na2s2。3・5%0约为

12.4g。

五、实验数据记录及处理

实验记录一

T始T终UK)C(KJfC)

实验记录二

待测物质T始T«ATAH溶解(KJ)

KNO3

Na2S2O3-5H2O

数据处理：

1.由所查KCI的积分溶解热计算量热系统的热容。

2.计算KNC>3和Na2S2O3-5H2O的积分溶解热。

六、思考题

1.试分析蒸偲水与杜瓦瓶温度不平衡时对测量有何影响？

2.试讨论实验中影响温度差AT的各种因素。

附录不同温度下ImolKC1溶于200moi水中的溶解热

温度（℃）溶解热(KJrnoL)温度（℃）溶解热(KJ1noiT)

1019.982018.30

1119.802118.15

1219.622218.00

1319.452317.85

1419.282417.70

1519.102517.56

1618.932617.41

1718.782717.27

1818.602817.14

1918.442917.00

实验三凝固点降低法测定溶质的分子量

一、实验目的

1.用凝固点降低法测定票的分子量(或摩尔质量)。

2.掌握溶液凝固点的测定技术。

3.通过实验加深对稀溶液依数性的理解。

4.学会使用贝克曼温度计。

二、实验原理

当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时，则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，其降低值与溶液的质

量摩尔浓度成正比。即

AT=17*-Tz=Kz.mfi(1)

式中，77为纯溶剂的凝固点，7)为溶液的凝固点，"?B为溶液中溶质B的质量摩尔浓度，K/为溶

剂的凝固点降低常数，它决定于溶剂的性质，而与溶质的性质无关。

若称取-定量的溶质铀(g)和溶剂rA(g),配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为

rwr1000%

m=BX1000-

DAMB%(2)

式中，MB为溶质的分子量。将(2)式代入(1)式，整理得:

=K1000%⑶

M,一/"%

若已知某溶剂的凝固点降低常数K/值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值/T,利用(3)式

即可计算溶质的分子量MB。

需要注意，如果溶质在溶液中发生解离或缔合等情况，就不能简单地应用(3)式加以计算，浓

度稍高时即已不是稀溶液。致使测得的分子量随浓度的不同而变化，为了获得比较准确的分子量数

据，则常用外推法，即以式(3)中所计算而得的分子量为纵坐标，以溶液浓度为横坐标作图，外推

至浓度为零而求得较准确的分子量数值。

通常测凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，但冷却到凝固点，并不析出晶体，往往成为过冷溶液。

然后由于搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热，使体系温度回升，当放热与散热达

到平衡时，温度不再改变。此固液两相共存的平衡温度即为溶液的凝固点。但过冷太厉害或寒剂温

度过低，则凝固热抵偿不了散热，此时温度不能回升到凝固点，在温度低于凝固点忖完全凝固，就

得不到正确的凝固点。从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂两相共存时，自由度

_/*=1-2+1=0,冷却曲线出现水平线段，其形状如图111-9-1(1)所示。对溶液两相共存时，自由度

:=2-2+1=1,温度仍可下降，但由于溶剂凝固时放出凝固热，使温度回升，但回升到最高点又开始

下降，所以冷却曲线不出现水平线段，如图111-9-1(2)所示。由于溶剂析出后，剩余溶液浓度变大，

显然回升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点，严格的做法应作冷却曲线，并按图01-9-1(2)中所示

方法加以校正。但由于冷却曲线不易测出，而真正的平衡浓度又难于直接测定，实验总是用稀溶液,

并控制条件使其晶体析出量很少，所以以起始浓度代替平衡浓度，对测定结果不会产生显著影响。

图3-1溶剂与溶液的冷却曲线

本实验测纯溶剂与溶液凝固点之差，由于差值较小，所以测温需用较精密仪器，本实验使用贝

克曼温度计。

三、实验仪器与试剂

凝固点测定仪（图3-2）；贝克曼温度计；普通温度计；电子分析天平；移液管；洗耳球；滤纸;

毛巾；苯（分析纯）：蔡（分析纯）；冰块。

四、实验步骤

1.凝固点测定仪的装置：将仪器洗净烘干（由实验室人员完成），调节好贝克曼温度计，使其

在苯的凝固点时，水银柱高度距离顶端刻度1℃一2℃,按图3-2安装好仪器，并在冷槽中加入适

量的碎冰和水（冷冻剂的成分随所用溶剂而定），冰槽温度控制在2℃—3C,实验过程中用搅拌棒

6经常搅拌，并间断补充少量的水，以使水槽温度保持恒定。

图3—2凝固点测定装置

1-贝克曼温度计；2-内管搅棒；3-投料支管；4-凝固点管；

5-空气套管；6-寒剂搅棒；7-冰槽；8-温度计。

2.在室温下用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入25.00mL苯，加入的苯要足够浸没贝克曼温

度计的水银球，但注意不宜过多，尽量不要让贝克曼温度计的水银球触及管壁和管底。

3.凝固点粗测：用搅棒2慢慢搅拌苯液，使温度逐渐降低，当晶体开始析出时注意温度的回升，

直到温度计所示温度回升到最高点，记下读数，此为粗测凝固点（或称为近似凝固点）。

4.凝固点的精测：取出凝固点管4,用手捂住管壁片刻，同时不断搅拌，使管中固体全部熔化，

将凝固点管4直接插入寒剂中使之冷却至比近似凝固点略高0.3℃时，取出并迅速擦干，立即放入预

先浸泡在冰槽中的空气套管5中，把管4固定在其中，不断搅拌使温度逐渐降低，当温度降至比近

似凝固点低0.2C时，上下迅速抽动搅拌棒，当过冷苯结晶时温度迅速上升，借助放大镜记下温度计

所示的最高温度，此即苯的凝固点，重复测定三次，读数的平均值即为苯的正式凝固点，各次读数

相差不得超过0.004°C。

5.溶液凝固点的测定：精确称取0.2g〜0.3g蔡，加入凝固点管中，待全部溶解后，按步骤3和4

分别粗测和精测凝固点。

五、实验数据记录及处理

室温：大气压力：苯的密度：冰槽温度：

物质凝固点T/凝固点降低值票的分子量误差

质量测量值平均

值

苯

蔡

1.按苯的密度计算所取溶剂苯的质量（苯的密度查附录）。

2.由溶剂、溶液凝固点计算蔡的分子量。

3.计算测定值与理论值的相对误差。

六、思考题

1.根据什么原则考虑加入溶质的量，太多太少有何影响？

2.什么因素影响△!＞的测定？

3.冰槽为何调到2℃一3℃,过高或过低有什么不好？

实验四液体饱和蒸气压的测定

一、实验目的

1.掌握一种测定液体饱和蒸气压的方法。

3.测定丙酮在不同温度下的饱和蒸气压并计算在实验温度范围内丙酮的平均摩尔汽化热。

二、实验原理

液体的饱和蒸汽压与温度的关系可用克拉贝龙方程式表示：

dp_'、apHm

~dT~T\Vm

设蒸汽为理想气体，在实验温度范围内摩尔汽化热为常数，忽略液体体积，对上一式积分

可得克一克方程式：

1gp=_-"pHm+C

2.303奴

式中，p为液体在温度T时的饱和蒸汽压，C为积分常数。

根据克-克方程，以Igp对T/T作图，得一直线，其斜率01=-4、叩耳„/2.30311,由此可求得

测定液体饱和蒸汽压的方法：

1.静态法：在某一温度下直接测量饱和蒸气压。

2.动态法：在不同的外界压力下测定其沸点。

3.饱和气流法：在一定温度和压力下，使干燥的惰性气体缓慢地通过被测物质，并使其为被

测物质的蒸气所饱和。然后测定所通过的气体中被测物质蒸气的含量，就可由分压定律计算出被测

物质在该温度下的饱和蒸气压。

本实验采用动态法，在大约300imnHg〜760nunHg的范围内对液体改变压力，测其相对应的沸点。

三、实验仪器与试剂

0℃~10050（1/10）刻度温度计1支：抽滤瓶1个；磁力加热恒温搅拌器1台；500mL三颈瓶1

个；低压瓶（附防护罩）1个；玻璃T形管1个；水银双管压力表1个；真空泵1台（公用）；球

形冷凝器1个；两路活塞3个；250mL蒸储瓶1个：丙酮。

四、实验步骤

1.本法通过测定液体在不同外压时的沸点来求液体的蒸气压，装置仪器图如图4―1所示，在三

颈瓶中盛1/3体积的丙酮。

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图4—1纯液体饱和蒸气压测定装置图

1.恒温水浴：2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计：7.缓冲瓶；8.进气活塞;

9.三通活塞；10.安全瓶。

2.检查仪器是否漏气，关闭活塞，使真空泵不与体系相通，(注意活塞气孔方向)开动真空泵，

再慢慢旋转活塞使体系与真空泵相通，待压力计上水银柱高度差为50cm〜60cm时，旋转活塞，使

真空泵与体系断开。观察压力计，若压力计水银柱在4分钟〜5分钟内无显著变化，表示体系不漏

气，可以开始实验。若水银柱差有明显变化，则表示漏气，应检查漏气处，重新密封。

3.检查完毕，接通回流冷凝水及加热电源。当蒸得瓶中液体平稳地沸腾并且温度稳定不变时记

下蒸播瓶中液体的温度、压力计两侧水银柱高度。

4.慢慢打开活塞，使体系的压力增加3cm,关闭活塞，继续加热至沸腾，当温度恒定时，记录

温度及压力计水银柱的高度。

5.依次增加体系压力(每次使压力计水银柱高度差约减小3cm)。并且按步骤4进行测定与记录。

最后一次使体系与大气相通，即位当时大气压下的沸点。

6.切断电源及冷凝水源。

五、数据记录及处理

实验记录：

室温________大气压

温度水银压力计读数(mmHg)丙酮的饱和蒸气压(mmHg)

1/hh

XAh=|h|-h21P=Po-Ahlogp

Ti2

数据处理：

1.将实验数据按上表要求填入。

2.作Igp〜1/T图，由图求出丙酮的平均摩尔汽化热和丙酮的正常沸点。

六、思考题

1.克——克方程在什么条件下才能应用？本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压？为什么？

2.说明饱和蒸气压、正常沸点、气液平衡温度的含义。

3.何时读取水银压力计的读数？所读的数是否就是丙酮的饱和蒸气压？

4.温度和压力一直不平衡是什么原因造成的？

实验五化学平衡常数及分配系数的测定

一、实验目的

1.测定碘和碘离子反应的平衡常数。

2.测定碘在CCL,和水中的分配系数。

3.了解温度对平衡常数及分配系数的影响。

二、实验原理

在恒温恒压下，碘和碘离子在水溶液中建立如下平衡：

丁+七妥

(1)

其平衡常数Ka为

。XY

Ka=—4一=———•—「(2)

-X{X「

式中a,分别为活度、浓度和活度系数。在浓度不大的溶液中

’4»1(3)

也,//-

X「

故得K产——%—(4)

X仆X,

测定平衡常数必须测出平衡时各物质的浓度。

通常在化学分析中用碘量法测定水溶液中的心，但在本实验反应系统中，当用标准Na2s2O3溶

液滴定“时，反应平衡向左移动，直至〃一离解完毕，这样测出的12量实际上是溶液中/2和/「的合

量。为了解决此问题，本实验用溶有适量碘的四氯化碳和K/溶液充分混合振荡(厂和不溶于

CC14)，达成复相平衡。当温度和压力一定时，复相平衡即式(1)的化学平衡和碘在四氯化碳层和

K/溶液水层的分配平衡同时达成。K/的溶液中的A的不仅与水层中的厂、■成平衡，而且与CC14

层中的，2也建立平衡，如图5-1所示。

图5-1八在水和CC。中的平衡

由于在一定温度压力下，碘在水和CC7,两种溶剂中平衡浓度比是一个常数即分配系数。

K,(5)

式中，均称为分配系数，C'为八在四氯化碳中的浓度，。为A在水中的浓度.

因此，当测定了碘在四氯化碳层的浓度后，并可以通过预先测定的分配系数K”求出碘在K/溶液

中的浓度c。而分配系数q可借助于A在CC/彳和纯水中的分配来测得：

⑹

式中，。〃纯水中A的浓度。设K/溶液中的总碘量为b,厂的初始浓度为品。

当通过分配系数K”求隹12在K/溶液中的浓度。后，又在已知Co及测得b的情况下，可知1~的

浓度等于b-c,由于形成一个要消耗一个厂的浓度为C0一（bv）,代入式（4）即得平衡常数

Ka«X.=b?_（7）

c[C0—（b—c）]

三、实验仪器与试剂

恒温槽1套；量筒（25mL、100mL）各1个；滴定管（25mL、5mL）各1支；洗耳球1个：

碘量瓶（250mL）2个；移液管（25mL、5mL）各2支；锥形瓶（150mL）4个；0.02mol・L“七的

11

CC14溶液;0.02%12的水溶液；O.lOOOmobL-KI水溶液;2.4%KI（滴定代水）0.0200mobL

Na2s2O3标准溶液；0.5%淀粉溶液。

四、实验步骤

1.控制恒温槽水温为25℃.

2.取两个250mL碘量瓶，标上号码，用量筒按下表配制溶液，随即盖好。

3.将配好的溶液剧烈振荡十分钟，然后置于恒温槽里并时常摇动，使系统温度均匀，恒温半小

时以上。待系统两液层分层后（如水层表面还有CCL轻轻摇动使之沉下），按表列数据取样进行分

析。

4.水层分析：先用Na2s2O3标准溶液滴定至淡黄色时加2ml淀粉溶液作指示剂，然后仔细滴至

兰色恰好消失。

5.四氯化碳层分析：先在锥形瓶中加5〃辽水和5机入2.4%K/溶液（容易滴定），再取CCL层5

mL（移液管穿过水层时要轻压洗耳球使其鼓泡，以免水层进入移液管中）置于锥形瓶内，滴至水层

呈浅黄色，CCL层呈粉红色，加2ml淀粉溶液，用Na2s2O3滴定，滴定过程中必须充分振摇，以使

CCL,层中心进入水层，细心滴至水层兰色消失，四氯化碳层不再现红色。

滴定后的CC14溶液以及实验完成时碘量瓶剩余的溶液要倒入指定回收瓶中。

五、数据记录及处理

实验数据记录：

室温：大气压力：Na2s2O3溶液

滴定所需

CC"层Na2s2O3溶液体积

混合液组成（ml）水层体积数

体积数（ml）

编号

水层CCL层

123平

HOCCl4（I）KICCl“2。层CClfs123平均

2244均

12002500505

25020505105

30251000105

数据处理:

碘在各液层中的浓度

样品编号123

“2。层

CS层

分配系数K=平衡常数

K?=焰=

K平均值=

1.计算碘在水和四氯化碳溶液中的分配系数

2.计算碘和碘离子反应的平衡常数

六、思考题

1.测定平衡常数及分配系数为什么要在同一温度下恒温？

2.本实验为什么要通过分配系统的测定求化学反应平衡常数？

3.配制1、2、3号溶液进行实验的目的何在？如何由滴定数据计算平衡时KI、卜、Kb的浓度

（mol/L）?

4.如何加速平衡的到达？分析水层和CCL,层时应注意些什么？

5.由实验结果，你能得到哪些结论？

实验六部分互溶的双液体系相互溶解度曲线的测定

一、实验目的

1.测定酚一水二组分部分互溶体系相互溶解度曲线：

2.测定该体系的临界溶解温度与该温度下体系的组成。

二、实验原理

在指定温度下部分互溶的双液体系，•般若升高温度其相互溶解度增大，达某温度以上时可以

完全互溶，此温度称为临界溶解温度。本实验测定常压下，酚一水体系的相互溶解度曲线和临界溶

解温度。

三、实验仪器与试剂

1000mL烧杯一个；10mL刻度移液管一支；5mL刻度移液管一支，分析纯的苯酚，带加热的磁

力搅拌器，玻璃套管一套，数显式温度计一支，玻璃搅拌器一支。

四、实验步骤

1.称取4g苯酚（准确到0.1g）放入盛液管内管。用刻度移液管加入4mL水。按照图6-1所示装

配仪器。

图6—1测量装置

A一盛液试管B—温度计C、D-搅拌器E—玻璃套管F—作为加热水槽的烧杯G—温度计

2.接通加热电源，使外部水浴温度达到85℃,搅拌内管中的液体。使两层充分混合。记下混合

物由混浊变为清亮时的温度，即酚和水完全互溶的温度。

3.将内管连同套管提出水浴，继续搅拌，温度下降。记录混合物由清亮变为混浊时的温度与前

面所测温度对照。两次温度的读数应十分接近。否则要重复整个测定操作几次至满意为止。

4.依次再加入1mL水，重复以上操作。

5.达到最高温度后又下降，改为依次加2mL、4mL、6mL水操作3次。

五、数据记录及处理

室温℃气压mmHg苯酚量克

实验记录

每次所加水的总水的重量百加热清亮冷却混浊平均

0.水重重量分数温度温度温度

数据处理：

1.计算各混合物中水的重量百分数，填入上表中。

2.以重量百分数为横坐标，作出酚一水体系的相互溶解度曲线。

3.在曲线上找出临界溶解温度。

4.找出该临界溶解温度卜的体系组成。

实验七双液系的气液平衡相图

一、实验目的

1.用沸点仪测定在常压下苯-乙醇双液系的气液平衡相图，确定其恒沸温度和恒沸组成。

2.了解沸点的测定方法，通过实验，进一步理解分储原理。

3.掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法。

二、实验原理

在常温下，任意两种液体混合组成的二组分系统称为双液体系。若两液体能按任意比例相互溶

解，则称完全互溶双液体系；若只能部分互溶，则称部分互溶双液体系。

液体的沸点是指液体的蒸气压与外界大气压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体有确定的

沸点。而双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。图7-1是一种最简单的完全

互溶双液系的图。图中纵轴是温度（沸点）T,横轴是液体B的摩尔分数招（或质量百分组成），

上面一条是气相线，下面一条是液相线，对应于同一沸点温度的二曲线上的两个点，就是互相成平

衡的气相点和液相点，其相应的组成可从横轴上获得。因此如果在恒压下将溶液蒸储，测定气相储

出液和液相蒸偏液的组成就能绘出图。

如果液体与拉乌尔定律的偏差不大，在图上溶液的沸点介于A、B二纯液体的沸点之间（见

图7-1）,实际溶液由于A、B二组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大偏差，在图上会有最

高或最低点出现，如图7-2所示，这些点称为恒沸点，其相应的溶液称为恒沸点混合物。恒沸点混

合物蒸储时，所得的气相与液相组成相同，靠蒸镭无法改变其组成。如HC1与水的体系具有最高恒

沸点，苯与乙醇的体系则具有最低恒沸点。

图7-1完全互溶双液系的图7-2完全互溶双液系的另一种类型相图

为了绘制沸点组成图，要求同时测定溶液的沸点及气液平衡时的两相组成。本实验是利用回流

及分析的方法，测定不同组成溶液的沸点及气液平衡组成。沸点数据可直接获得，而气液组成则利

用其组成与折光率之间的关系，应用阿贝折射仪间接测得，即通过液体折光率的测定来确定其组成。

折光率是物质的一个特征数值，溶液的折光率与组成有关，因此测定一系列已知浓度的溶液折

光率，作出在一定温度下该溶液的折光率一组成工作曲线，即可按内插法得到未知溶液的组成。

物质的折光率与温度有关，大多数液体有机化合物折光率的温度系数为-0.0004,因此在测定时

应将温度控制在指定值的±0.2℃范围内，才能将这些液体样品的折光率测准到小数点后四位。对挥

发性溶液或易吸水样品，加样品时动作要迅速，以防止挥发或吸水而影响折光率的测定结果。

沸点的定义虽简单明确，但是，沸点的测定却不是一件容易的事情，原因是沸腾时常易发生过

热暴沸现象，而在气相中又易出现分储效应。本实验所用沸点仪如图7-3所示，是一只带有回流冷

凝管的长颈圆底烧瓶，冷凝管底部有一球形小室D,用以收集冷凝下来的气相样品，液相样品则通

过烧瓶上的支管L抽取。温度计的安装须注意使水银球一半浸在液面下，一半露在蒸气中，并在水

银球的外围套一个玻璃管C,这样，溶液沸腾时，在气泡的带动下，使气液不断喷向水银球而自玻

管上端溢出；另外，小玻管C还可以减少沸点周围环境（如风或其它热源的辐射）对温度计读数可

能引起的波动，因此这样测得的温度就能较好地代表气液两相的平衡温度。

分析平衡时气相和液相的组成，须准确取得气相和液相的样品。沸点仪中蒸气的分储作用会影

响气相的平衡组成，使取得的气相样品的组成与气液平衡时气相的组成产生偏差，因此要减少气相

的分储作用。本实验中所用沸点仪是将平衡的蒸气凝聚在小球D内，在容器A中的溶液不会溅入小

球D的