物理化学实验指导书1126下册.docx
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物理化学实验指导书1126下册
乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定
一.实验目的
1.用电导测定皂化反应进程中的电导变化，从而通过作图的方法求出反应速度常数；
2.学会使用DDS—11A型电导率仪。
二.实验原理
乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应：
CH3COOC2H5+OH-
CH3COO-+C2H5OH
其反应速度可用下式表示：
dx/dt=k（a-x）（b-x）
（1）
式中a，b分别表示两反应物的初始浓度，x为经历时间t后减少了的a和b的浓度，k为反应速度常数，当a
b时，将
（1）式积分：
k=
（2）
当a=b时，将
（1）式积分：
k=
（3）
随着反应的进行，溶液中导电能力强的OH-离子被导电力弱的CH3COO-离子所取代，溶液导电能力逐渐减少。
本实验使用电导仪测量皂化反应过程中电导随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。
令LO,Lt,和L
分别表示时间为0，t,和
（反应完毕）时的电导，
则x
（LO-Lt）;a
（LO-L
;）;（a-x）
（Lt-L
）,将这些值代入（3）式中，消去比例系数，得到：
k=
Lt,=
以Lt,为纵坐标，以
为横坐标，其斜率为
，所以k=1/a.斜率。
三.实验步骤
1.配制0.1mol/L乙酸乙酯溶液,同时对电导率仪进行预热.
2.反应开始时可忽略掉乙酸乙酯的电导，则开始时溶液电导完全由NaOH贡献。
预热结束后,将0.1mol/lNaOH溶液稀释一倍成0.05mol/L的溶液，然后校准电极常数,测定液体温度，选择适当量程档范围测量0.05mol/LNaOH溶液的电导率即Lo.
3.测Lt：
用移液管取20ml0.1mol/lNaOH加入到干燥洁净的锥形瓶中，将新配制的乙酸乙酯溶液倒入另一干燥洁净锥形瓶中，用移液管取20ml新配制的乙酸乙酯溶液加入到20ml0.1mol/lNaOH溶液中混匀。
把洗净吹干的DJS—1型铂黑电极插入到混合液中，测定电导率，从开始混合那一刻开始计时。
开始每半分钟1次，共4次，以后每分钟1次共4次，每2分钟1次共2次，每3分钟1次共1次。
将数据填入记录表格中。
四.记录和数据处理
室温_________
1．基础数据
⑴乙酸乙酯的密度，百分含量，摩尔质量
配制0.100mol.L-1乙酸乙酯100ml所需化学纯乙酸乙酯的体积V：
⑵电导池常数Kcell=
2．实验数据记录
t/min
0.5
1
1.5
2
3
4
5
6
8
10
13
Lt/mS.cm-1
（Lo-Lt）/t/mS.cm-1.s-1
测得反应刚开始时的Lo（即0.05mol.L-1NaOH溶液的电导）=
（1）作Lt-t图，外推求出Lo（比较外推法得到的Lo和反应刚开始时的Lo，采用哪个更准确？
）。
（2）以Lt对（Lo-Lt）/t作图。
如果所得曲线线性关系不好，则可能是外推Lo不正确，可重推Lo再作图计算。
并由得到的直线的斜率求得反应速率常数（并非斜率！
），列出计算过程。
表面张力的测定
1实验目的:
1.1掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术;了解气泡压力与半径及张力的关系.
1.2测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力;根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附
量,以及饱和吸附时每个分子所占的吸附截面积.
2.实验原理:
2.1气泡最大压力法测定表面张力
处于溶液表面的分子,由于受到不平衡的分子间力的作用而具有表面张力γ.其定义是在表面上垂直作用于单位长度上使表面积收缩的力[γ]＝N·m-1.实验中通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降，大气压与体系压力差△P逐渐把毛细管中的液面压至管口，形成气泡。
如图示：
在形成气泡的过程中，液面曲率半径经历：
大→小→大，即中间有一极小值rmin＝r毛；由拉普拉斯方程：
可知此时压力差达极大值。
2.2.表面吸附量Γ
溶液浓度、表面张力与吸附量之间的关系可以通过Gibbs吸附等温式来描述：
Γ=-（）T
（1）
式中：
Γ为吸附量，mol.m-2;γ为表面张力,N.m-1;c为溶液浓度,mol.m-3;
T为温度,K;R为摩尔气体常数.
为了求得表面吸附量,需先作出γ=f（c）的等温线,然后在曲线上取相应浓度的点a,通过a点作曲线的切线和平行横轴的直线,分别交于纵轴
于b、d点。
令bd=Z，则Z=-c。
结合
（1）式得：
Γ=。
取曲线上不同的点，就可以得出不同的Γ值，从而可以作出吸附等温线。
4.2测定系列溶液的△hmax
⑴在洗净的表面张力测定管中，装入适量的蒸馏水，注意使毛细管管口与液面恰好相切，将测定管接入系统，检查系统漏气性，并测量鼓泡（具体操作见
（2））时的最大高度差。
⑵打开滴水瓶活塞滴水减压，使毛细管管口形成逐个气泡逸出，调节使气泡逸出速度每分钟不超过20个。
观察压力计，记录最大压差△hmax，连续读取三次数据，取平均值。
⑶用同样方法测定不同浓度的正丁醇水溶液，按由稀至浓顺序依次测定其最大压差，每次更换溶液时，应用待测液洗涤毛细管内壁及试管2～3次.
5实验数据记录:
（1）基础数据
a）预习阶段请按正丁醇的摩尔质量和室温下的密度计算配制0.50mol.L-1的正丁醇溶液250ml需用分析纯正丁醇的体积，列出算式:
b）室温：
c）查附录可知室温下水的表面张力为（注意单位）：
（2）实验数据记录（可另附页）（正丁醇溶液浓度为0即指蒸馏水）
表1
正丁醇溶液浓度/mol.L-1
0
0．02
0．04
0．06
0．08
0．10
0．12
0．16
0．20
0．24
配制该溶液需取0.50mol.L-1的正丁醇溶液的体积/ml
最大高度差Δh1/mm
Δh2/mm
Δh3/mm
平均值Δh/mm
（3）初步整理后的数据：
由蒸馏水的表面张力和最大高度差计算仪器常数K：
六．数据处理
（3）列出作图用数据
表2
正丁醇溶液浓度/mol.L-1
0．02
0．04
0．06
0．08
0．10
0．12
0．16
0．20
0．24
表面张力/mN.m-1
（4）由表2数据作表面张力-浓度图，曲线要求光滑。
（5）用镜象法在表面张力-浓度曲线的整个浓度范围内取10点左右作切线，求得相应的Z值，并计算Γ，列入表3。
表3
Z/mol.L-1
Γ/mol.m-2
（6）根据表3作出吸附等温线，即Γ-c图。
实验电动势的测定及应用
一.实验目的
1.掌握用对消法测定电动势的原理；；
2.学会使用电位差计；
3.本实验测定下列原电池的电动势：
（-）Hg
（1），Hg2Cl2（s）|KCl（饱和）||AgNO3（0.01mol/l）|Ag（S）（+）
（-）Ag（S），AgCl（S）|KCl（0.1mol/l）||AgNO3（0.01mol/l）|Ag（S）（+）
二.实验原理
原电池的电动势
电池的电动势可以测定。
如若知道一个半电池的电极电位，另一个半电池的电极电位就知道。
用稳定的甘汞电极作为参比电极，通过测电动势可求出反应的，电解质平均活度系数，难溶盐的溶解度和溶液的PH值。
但用电动势法测定的反应必须是能够设计成可逆电池的反应。
电池反应就是所求的反应。
可逆电池的电动势不能直接用伏特计测定，因为伏特计和待测电池接通后电池中将发生化学反应有电流流过，引起溶液浓度的变化。
电动势就不能保持稳定。
而且电池本身有电阻，伏特计测的只是电池两端电压，小于电池的电动势。
所以要准确测电池的电动势只能在无电流通过或仅有微小电流通过才能进行。
电化学中关心的是可逆电池的电动势，因而要求测量过程中通过的电流无限小，补偿法就是通过在外电路上加上一个大小相等，方向相反的电势差与原电池相抗衡，达到测量回路中电流I→0的目的.其线路示意图见图1.
测电动势用的仪器称为电位差计,其主要部件为阻值精确且均匀电阻,（图1中的AB段）.
测量时接通K2,即将待测电池Ex接入电路,然后移动接头,若移至C处时检流计G上显示电流I→0则表明AC段上的压降等于待测电池Ex的电动势,由仪器可读出其电势差的数值.但电势差的数值不仅决定于电阻,而且与流经电路的电流大小有关,而仪器使用时实际的电流大小是不定的,这样对仪器刻度数值的可靠性就带来了问题.为此电位差计在测量Ex前必须对其读数进行校准──仪器标准化。
进行仪器标准化时接通K1,即将标准电池（标准电势差Es）接入电路,移动接头至D处,然后调节可变电阻R至检零指示G上显示电流I→0,表明AD段上的压降等于标准电势差Es,即仪器的标准化是调节电流,或者说是校正仪器读数.
三.实验步骤
1、连好线路后（工作电池须经教师允许后方可连接），将检流计倍数开关置于1档，电压开关置于220V档，检查检流计光标是否处于0位置。
2、根据计算E标=1.018410（或为标示值）-4.93
10-5（t-25）的值调节电位差计右上方处标准电池的两个尾数旋钮；接上工作电池（二节电池）。
把电位差计电池电动势的旋纽置到N档，由高到底调节四个电阻旋钮，按电位计按扭粗，细，直至光点检流计为零。
电阻调好后不能再动。
3、组装好待侧电池，接上待侧电池。
4、然后将旋扭扳向未知电池X1，从大到小依次调节六个电势测量刻度盘，不断按电位计按扭粗，细，直至光点检流计为零。
从六个刻度盘读数可以相应倍数即为所测电池电动势。
实验完毕后，检流计必须短路处理。
注意事项：
1、电路要连接正确。
2、盐桥的制备与使用：
要装满，不能有气泡或漏夜；重复测量中须注意盐桥的两端不能对调。
3、标准电池的电势差要准确。
4、要先使用粗调按钮，直至观察不出检流计的变化后再用细按钮，检流计偏转严重时使用短路按钮。
四.记录和数据处理
室温____________大气压____________
电池：
AB
E1：
E2：
E平均：
根据教材P108计算的理论值E理论，计算测定值与理论值的差值E。
相对误差=E/E理论
蔗糖水解
一.实验目的
1.测定蔗糖在酸存在下的水解反应的速度常数；
2.学会使用旋光仪。
二.实验原理
蔗糖水溶液在氢离子存在时将产生水解反应：
C12H22O11+H2O
C6H12O6+C6H12O6
（1）
蔗糖（右旋）葡萄糖（右旋）果糖（左旋）
当[H+]一定，蔗糖溶液较稀时，水解为一级反应，其动力学方程式为：
（1）
设c0为蔗糖开始的浓度，Ct为反应经分钟t后的蔗糖浓度。
将上式积分可得到：
lnCo/Ct=kt
（2）
只要lnCt对t作图能得到直线，就证明蔗糖稀溶液的水解为一级反应，并可以从直线的斜率求得速度常数k.
蔗糖，葡萄糖，果糖都是旋光性物质，旋光又和浓度有关，又由于蔗糖水解反应可进行到底，C∞=0果糖左旋远大于葡萄糖右旋，所以反应过程中由开始的右旋逐渐转为左旋，最后左旋。
设开始的旋光度为αo，经过t分钟后为αt，反应完毕时为α∞，当测量在同一台仪器，同一光源，同一旋光管上进行时，则浓度的改变正比于旋光度的改变，则比例系数相同。
因此有（CO-C∞）
（αo-α∞）.而C∞=0，
所以Co/Ct=（αo-α∞）/（αt-α∞），
将此式代入
（2）式，得ln[（αo-α∞）/（αt-α∞）]=kt，则有
ln（αt-α∞）=-kt+ln（αo-α∞）
以ln（αt-α∞）对t作图，斜率=-k。
本实验采用Guggenheim法处理数据，可以不测定α∞。
把在t和t+⊿（⊿代表一定的时间间隔）测得的α分别用αt和αt+⊿表示，则有：
αt-α∞=（α0-α∞）e-kt
（1）
αt+⊿-α∞=（α0-α∞）e-k（t+⊿）
（2）
（2）-
（1）式得：
αt-αt+⊿=（α0-α∞）e-kt（1-e-k⊿）
取对数得：
ln（αt-αt+⊿）=ln[（α0-α∞）（1-e-k⊿）]-kt（3）
从ln（αt-αt+⊿）对t作图所得直线的斜率即可求得k.
本实验可取⊿=30min，每隔5min取一次读数。
三.实验步骤
1.开动旋光仪预热半小时。
2.用自来水洗旋光管（3次），再用蒸馏水洗（3次），然后装满蒸馏水，放入旋光仪暗室中调零点。
3.用移液管取25ml的蔗糖水溶液于100ml锥形瓶中，再用另一支移液管吸取25ml4mol/l盐酸，注入已装满蔗糖水溶液的锥形瓶中，同时记录时间（25ml移液管滴入一半时开始计时），把溶液摇匀。
4.用此溶液洗旋光管（测零点用过的）3次（注意5ml移液管吸取5ml液体放入旋光管中）然后装满此液，放入旋光仪暗室测定旋光度。
（旋光管方向与前相同）从溶液混合开始第5分钟记第一个数据。
然后每隔5分钟记录数据。
1小时后停止实验。
注意事项：
1、溶液混匀后马上记时。
2、管内最好不能有气泡，气泡绝对不能存在于光路中，小气泡要让其处于球体的上部。
3、读数方法要正确（位于视场均匀处，一侧调节时中间出现亮条带，另一侧调节时中间出现暗条带）。
4、采用Guggenheim法时，读数的时间间隔要准。
四.记录和数据处理
室温__________大气压_________
t/min
αt
（t+⊿）/min
αt+⊿
αt-αt+⊿
ln（αt-αt+⊿）
5
35
10
40
15
45
20
50
25
55
30
60
以ln（αt-αt+⊿）对t作图,从所得直线的求速度常数K。
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