重庆科技学院物理化学实验讲义.docx

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重庆科技学院物理化学实验讲义

实验一液体饱和蒸气压的测定

一预习要求

1.明确蒸气压、正常沸点、沸腾温度的含义；了解动态法测定蒸气压的基本原理。

2.了解真空泵、气压计的使用及注意事项。

3.了解如何检漏及实验操作时抽气、放气的控制。

4．了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系、克劳修斯-克拉贝龙（Clausius-Clapeyron）方程式的意义。

二实验目的

1．掌握静态法测定液体饱和蒸气压的原理及操作方法。

学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点。

2．了解真空泵、恒温槽及气压计的使用及注意事项。

三实验原理

在一定温度下，纯液体与其气相达平衡时蒸汽的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压。

蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热。

液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关。

当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为1atm（101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点。

液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示：

　　　　（4-1）

ΔvapHm：

摩尔汽化热（J·mol-1）　　　　　R：

气体常数（8.314J·mol-1·K-1）

若温度改变的区间不大，ΔvapHm：

可视为为常数（实际上ΔvapHm与温度有关）。

积分上式得：

　　　　　（4-2）

或　　　（4-3）

常数，（4-3）式表明与有线性关系。

作图可得一直线，斜率为－B。

因此可得实验温度范围内液体的平均摩尔汽化热ΔH。

　　　　　（4-4）

当外压为101.325kPa（760mmHg）时，液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为液体的正常沸点。

在图上，也可以求出液体的正常沸点。

液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种：

1.静态法：

将待测液体置于一个封闭体系中，在不同温度下，直接测定饱和蒸气压或在不同外压下测定液体相应的沸点。

静态法适用于蒸气压较大的液体.静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压，有升温法和降温法二种。

2．动态法：

在不同外部压力下测定液体的沸点。

3．饱和气流法：

在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速度，使之能被液体的蒸汽所饱和，然后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。

本次实验采用升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压，所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置。

四仪器和药品

液体饱和蒸汽测定仪1套；抽气泵1台；玻璃恒温槽一台；DP-A（YW）精密数字气压温度计。

蒸馏水。

五实验步骤

1．装置仪器

橡胶管与管路接口装置、玻璃仪器、数字压力计等相互连接时，接口与橡胶管一定要插牢，以不漏气为原则，保证实验系统的气密性。

无冷阱用橡胶管将冷阱两端短路连接。

将待测液体装入平衡管，A球约2/3体积，B和C球各1/2体积，然后按图4-1装妥各部分。

2．系统气密性检查

（1）缓冲储气罐的气密性检查：

①用橡胶管将进气阀与压力泵、装置1接口与数字压力表分别连接，装置2接口用堵头封闭。

②整体气密性检查：

a．将进气阀、平衡阀2打开，平衡阀1关闭（三阀均为顺时针关闭，逆时针开启）。

启动压力泵加压至100Kpa-200Kpa，数字压力表的显示值即为压力罐中的压力值。

b．停止压力泵工作，关闭进气阀，并检查平衡阀2是否开启，平衡阀1是否完全关闭。

观察数字压力表，若显示数字下降值在标准范围内（小于0.01Kpa/秒）,说明整体气密性良好。

否则需查找并清除漏气原因，直至合格。

c．微调部分的气密性检查：

关闭平衡阀2，用平衡阀1调整微调部分的压力，使之低于压力罐中压力的，观察数字压力表，其显示数字变化值在标准范围内（小于±0.2Kpa/分），说明气密性良好。

若显示压力值上升超过标准，说明平衡阀2泄漏；若显示压力值下降超过标准，说明平衡阀1泄漏。

（2）精密数字压力计的气密性检查

a．预压及气密性检查：

继续将缓冲储气罐装置2接口用堵头封闭，用平衡阀2缓慢加压至满量程，观察数字压力表显示值变化情况，若1分钟内显示值稳定，说明传感器及压力计本身无泄漏。

确认无泄漏后，泄压至零，并在全量程反复预压2~3次，方可正式测试。

b．采零：

泄压至零，使压力传感器与大气相通，按一下采零键，以消除仪表系统的零点漂移，此时LED显示“0000”。

注意：

尽管仪表作了精细的零点补偿，但因传感器本身固有的漂移（如时漂）是无法处理的，因此，每次测试前都必须进行采零操作，以保证所测压力值的准确度。

3．饱和蒸气压的测定

仪表采零后连接实验系统，即将缓冲储气罐装置2接口与实验系统连接，此时实验系统的压力等于大气压的值减去仪表显示值。

当空气被排除干净，且体系温度恒定后，旋转平衡阀1缓缓放入空气，直至B、C管中液面平齐，关闭平衡阀1，记录温度与压力。

然后，升高恒温槽温度3℃~5℃，当待测液体再次沸腾，体系温度恒定后，旋转平衡阀1放入空气使B、C管液面再次平齐，记录温度和压力。

依次测定，共测6个值。

关机：

先将实验系统泄压，再关掉电源开关（OFF）。

六数据记录及处理

1.自行设计实验数据记录表格，正确记录全套原始数据并填入演算结果。

2.以测得的蒸汽压对温度T作图。

3.由P－T曲线均匀读取10个点，列出相应的数据表，然后给出对的直线图，由直线斜率计算出被测液体在实验温度范围内的平均摩尔汽化热。

4.由曲线求得待测液体的正常沸点，并与文献值比较。

七实验注意事项

1．减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度。

2．抽气速度要合适，必须防止平衡管内液体沸腾过剧，致使B管内液体快速蒸发。

3．实验过程中，必须充分排除净AB弯管空间中全部空气，使B管液面上空只含液体的蒸气分子。

AB管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同。

4．测定中，打开进空气活塞时，切不可太快，以免空气倒灌入AB弯管的空间中。

如果发生倒灌，则必须重新排除空气。

5.使用真空泵时，特别是关真空泵时，一定要防止真空泵中的真空油被吸入大真空瓶中去，要保证真空泵的出口连通大气时才能关真空泵。

就本实验而言，要保证大真空瓶上的三通活塞处于“╩”状态时才能切断真空泵的电源。

6．实验中调节平衡阀1、平衡阀2时，数字压力计显示的压力值有时有跳动现象属正常，待压力值稳定后再工作。

7．平衡阀1和平衡阀2是关系实验成败的主要因素之一，因此不能有泄漏现象。

在实验时，平衡阀1既是放气开关，也是压力微调开关，因此实验时一定要仔细、缓慢地调节。

同时，平衡阀2一定要关紧，以免因该阀泄漏而影响实验的顺利进行和准确性。

八思考题：

1.由于压力和温度的测量都有随即误差，试导出DH的误差传导公式。

2.测量中为什么要将A-B管中的空气干净？

如何判断空气已经赶净？

3．正常沸点与沸腾温度有什么不同？

4．如气压计读数为bar，压差计读数为mmHg，数据如何换算？

5．本实验方法能否用于测定溶液的蒸气压，为什么？

实验二一级反应——H2O2的分解

一预习要求

1．掌握量气法测定过氧化氢催化分解反应速度系数。

2．熟悉一级反应的特点。

二实验目的

1．掌握量气法测定过氧化氢催化分解反应速度系数。

2．了解一级反应的特点及催化剂的催化作用。

三实验原理

H2O2在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，对该反应有催化作用的有铂黑、Cu、KI、MnO2等。

本实验用KI为催化剂。

过氧化氢分解反应的计量方程为：

KI为催化剂时，该反应的机理是：

第一步（慢）

第二步（快）

由于第一步的反应速率比第二步慢的多，所以整个分解反应的速率取决于第一步。

如果反应速率用单位时间内H2O2浓度的减少表示，则它与KI和H2O2的浓度成正比：

式中。

C表示各物质的浓度（mol.dm-3），t为反应时间（s），k为反应速率系数，它的大小仅取决与温度。

在反应过程中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令k1=kc（KI），则：

式中，k1为表观反应速率系数。

此式表明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。

积分上式得：

在一定温度与催化剂浓度下，k1为定值。

在催化剂分解过程在中，t时刻V∝的浓度可通过测量在相应的时间内反应放出的O2体积Vt求得。

因为分解反应中，放出O2的体积与已分解了的H2O2浓度成正比，其比例常数为定值。

另V∞表示V∝全部分解所放出的O2体积，则

将上面的关系代入上式，得到

若催化剂分解是一级反应，则以对t作图得一直线。

这种利用动力学方程的积分式来确定反应级数的方法称为积分法，从直线的斜率可求出表现反应速率系数k1。

V∝可通过如下几种方法求取：

（1）外推法

V∝以为横坐标对Vt作图，将直线外推至=0，其截距即为V∝

（2）加热法

在测定若干个Vt的数据以后，将H2O2溶液加热至50-60度（约15分钟，可认为H2O2已基本分解。

）待完全冷却后，记下量气管的读数，即为V∝

（3）分析法

V∝可由H2O2的初始浓度及体积算出，在酸性溶液中以高猛酸钾标准溶液滴H2O2定浓度。

其计算关系式为：

式中：

P——氧的分压，即大气压减去实验温度下的饱和蒸气压；

T——实验温度（K）；

R——气体常数。

四仪器与试剂

电磁搅拌器；量气管；秒表；锥形瓶；铁架台。

50mL和1mL移液管各一只；

3%H2O2、KI固体。

五实验步骤

1.用移液管吸取0.6mLH2O2溶液，50mL蒸馏水于锥形瓶。

在托架上放少量KI固体，小心塞紧橡皮塞，注意不要将催化剂从托架上震荡。

2.旋转三通活塞，使系统与外界相通，举高水准瓶，使液体充满气管。

然后旋转三通活塞，使系统与外界隔绝并把水准瓶放到最底位置，如果量气管中液面在2分钟内保持不变，即表示系统不漏气，否则应找出系统漏气的原因，并设法排除之。

读取量气管内初始气体体积V0，注意量气管读数时一定要使水准瓶和量气管内液面保持同一水平面。

3.倾斜锥形瓶使托盘上的KI落到液H2O2体里，低速开启电磁搅拌器，同时记录下反应起始时间，每隔五分钟，读取量气管读数一次，至120分钟止。

六数据记录与处理

记录反应条件（反应温度、催化剂及其浓度）并列表记录反应时间t和量气管读数Vt的对应值。

通过计算，以对t作图，从所得直线的斜率求表观反应速率系数k1。

记录

室温：

气压：

时间tmin

时间1/t

体积ml

lg（V∝-Vt）

七思考题

1．反应中KI起催化作用，它的浓度与实验测得的表观反应速率系数的关系如何？

2．实验中放出氧气的体积与已分解了的H2O2溶液浓度成正比，其比例常数是什么？

试计算0.6mL3%溶液全部分解后放出的氧气体积（25℃，101.325kPa，设氧气为理想气体，3%溶液可视为1.00）。

3．若实验在开始测定时，已经先放掉了一部分氧气，这样做对实验结果有没有影响？

为什么？

实验三电动势的测定

一预习要求

⒈明确可逆电池、可逆电极的概念。

⒉了解电位差计、标准电池和检流计的使用及注意事项。

⒊掌握对消法原理和测定电池电动势的线路和操作步骤。

⒋了解不同盐桥的使用条件。

二实验目的

1．掌握对消法测定电池电动势的原理及电位差计的使用方法。

2．学会一些电极的制备和处理方法。

3．通过电池和电极电势的测量，加深理解可逆电池的电动势及可逆电极电势的概念。

4.测定几个电池的电动势

 三实验原理

化学电池是由两个“半电池”即正负电