物理化学实验指导书新.docx
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物理化学实验指导书新
液体粘度和密度的测定
一、实验目的
测量乙醇的粘度和密度
二、实验原理及方法
1粘度的测定
液体粘度的大小，一般用粘度系数η来表示，当用毛细管法测量液体的粘度时，则可通过泊肃叶公式计算粘度系数（简称粘度）。
η=πPtr4/8VL
V—在时间t内流过毛细管的液体体积
P—毛细管两端的压力差
r—管半径
L—管长
在CGS制中，粘度的单位为泊（P），1P=1drn.s.cm-1,在国际单位制中,粘度为（PaS）,1P=0.1PaS,如果按照上式测定液体绝对粘度是一件困难的工作,但测定液体对某种液体（已知粘度）的相对粘度则是简单易行的.因此在已知某种液体的绝对粘度时,即可计算出被测液体的绝对粘度.
设两种液体在本身重力下,分别流经同一毛细管,且流出体积相等,则
η1=πP1t1r4/8VL；η2=πP2t2r4/8VL式中P=hgρ
h—推动液体流动的液位差
ρ—液体密度
g—重力加速度
如果每次取用式样的体积一定,则可保持h在试验中的情况相同,因此η1/η2=ρ1t1/ρ2t2已知标准液体的粘度和它们的密度,则被测液体的粘度可按上式算得.
2.密度的测定
单位体积内所含物质的质量,称为物质的密度。
利用比重瓶法可以精确测定液体的密度，
计算公式为：
ρ={ρ水t.（g3—g1）}/（g2—g1）
其中ρ—待测液体的密度
ρ水t—指定温度时水的密度
g1—比重瓶的重量
g2—比重瓶的重量与装入水的重量之和
g3—比重瓶的重量与装入乙醇的重量之和
三、实验仪器及试剂
乌式粘度计比重瓶分析天平秒表移液管洗耳球乙醇蒸馏水
四、实验步骤
⒈粘度的测定:
（1）在实验前将粘度计和比重瓶分别清洗干净并烘干.
（2）往粘度计里倒入乙醇（不超过容积的1/3）,将粘度计垂直装好,待内外温度一致后,用橡皮管连接粘度计,用洗耳球吸起液体,使其超过上刻度,然后放开洗耳球,用秒表记录液面从上刻度降到下刻度所经历的时间.重复测定5次,用最接近的四次数据平均值.
（3）再把粘度计里的乙醇到出,用水淌洗粘度计三次,再用同样方法测量水的流经时间.
（4）与此同时即可进行密度的测定。
2密度的测量:
（1）将烘干的比重瓶放在分析天平上称重g1
（2）用移液管将乙醇加入到比重瓶内,塞上瓶塞.
（3）待内外温度一致后,用滤纸将超过刻线的液体吸去,并控制液面刚好在刻线处。
注意这时不要因手的温度高而使瓶中液体溢出造成误差,再称重g3
（4）倒出乙醇,用水淌洗3次,再用同样方法称出装满水的比重瓶的重量g2
五、分析整理实验数据，写出实验报告
1计算乙醇的密度
2计算乙醇的粘度
实验记录表
室温:
平均值:
液体粘度的测定
密度的测定
名称
乙醇
水
g1（g）
流经毛细管时间（（s）
1
2
3
1
2
3
g3（g）
g2（g）
4
5
4
5
平均值
水（g/cm3）
粘度Pas
乙醇（g/cm3）
二元液系相图
一实验目的
1.测定常压下环己烷—乙醇二元液系的气-液平衡数据，绘制出101.325kPa下该体系的沸点-组成图，并确定其恒沸点及恒沸组成。
2.掌握阿贝折射仪的原理和使用方法。
二实验原理
二元液系的沸点—组成图可以分三类：
（1）理想双液系，其溶液沸点介于纯物质沸点之间；
（2）各组分对拉乌尔定律都有负偏差，其溶液有最高沸点；（3）各组分对拉乌尔定律发生正偏差，其溶液有最低沸点。
本实验测第（3）类二元液系沸点—组成图。
为测定二元液系沸点—组成图，需在气、液相达平衡后，同时测定气相组成、液相组成和溶液沸点。
本实验采用简单蒸馏瓶，将电热丝直接放入溶液中加热，以减少过热暴沸现象，蒸馏瓶上的冷凝器使平衡蒸气凝聚在小玻璃槽中，然后从中取样分析气相组成。
从蒸馏瓶中取样分析液相组成。
分析所用的仪器是折光仪，先用它测定已知组成混合物的折光率，作折光率-组成工作曲线，用此曲线即可从测得样品的折光率查出相应的组成。
沸点可以直接读出，从而可以绘制沸点—组成图。
三.仪器与药品
仪器：
蒸馏瓶一个；温度计（50—100℃）1支；阿贝折光仪一台；长，短取样管各若干；调压器一个；加热装置一套；镜头纸若干。
药品：
环己烷；无水乙醇。
四.实验步骤
1.用阿贝折光仪测定系列标准混合物的折光率。
2、安装沸点仪，在蒸馏瓶中（洗净烘干）加入100%环己烷,打开冷却水，调压器调至约8—10V（已调好），打开电源开关使液体加热至沸，待温度恒定后用长取样管将小槽中的液体吹回蒸馏瓶中2-3次，观察温度是否变化，待温度稳定后记下沸点温度并停止加热。
快速将小槽中的液体取出测定气相冷凝液的折光率，再在蒸馏瓶中取样测液相的折光率。
每个样品测三次取平均值。
每次测折光率前都要用镜头纸将棱镜擦干。
测量完毕后，回收蒸馏瓶中液体混合物。
3.重复步骤2，依次测定环己烷含量为97%、92%、80%、60%、50%、30%、15%、3%和0%的样品达气液平衡时的沸点温度，气相冷凝液的折光率和液相液的折光率。
注意事项
1测定折光率时，动作应迅速，以避免样品中易挥发组分损失，确保数据准确；
2电热丝一定要被液体浸没后方可通电加热，否则电热丝易烧断或燃烧着火；
3注意一定要先加液体，再加热；取样及回收时，应注意切断电热丝电源；
4每种浓度样品其沸腾状态应尽量一致。
即气泡“连续”、“均匀”、冒出为好，不要过于激烈也不要过于缓慢。
测定纯环己烷、纯乙醇沸点时必须保证沸点管内干燥；
5先开通冷却水，然后开始加热,系统真正达到平衡后，停止加热，稍冷却后方可取样分析。
五.记录与数据处理
室温____________大气压_______________
表1
环己烷mol%
100
80
60
40
20
0
折光率nD
表2
溶液组成/mol%
沸点温度/℃
气相分析
液相分析
折光率
y乙
折光率
x乙
环己烷
乙醇
100
0
97
3
92
8
80
20
60
40
50
50
30
70
15
85
3
97
0
100
1、用标准溶液的组成-折光率作图，得到标准工作曲线。
2、由上述曲线查出馏出液（气相）和蒸馏液（液相）的组成。
3、利用坐标画出t-x图，求出环己烷—乙醇体系的最低恒沸混合物的组成及温度。
最低恒沸组成__________最低恒沸点的温度________
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。
溶液表面张力的测定
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。
铈（Ⅳ）-乙醇络合物组成及生成常数
一、实验目的
用分光光度计测定铈（Ⅳ）-乙醇络合物组成及生成常数
二、实验原理
Ce（Ⅳ）的水溶液显橙黄色，加入醇类则颜色立即加深，根据溶液最大光吸收向更长的波长位移，可以推测Ce（Ⅳ）与醇类形成络合物，且络合平衡建立很快。
同时还可见到颜色逐渐减退，直到无色。
由此可推测络合物中发生电子转移，Ce（Ⅳ）使醇氧化变成无色的Ce（Ⅲ）。
设有金属离子M和配体L，其中只有M显色，反应后生成另一种颜色更深的络合物MLn，则混合溶液的吸光度是：
（1）
A混——混合液吸光度（
）
ε络,εM——络合物和物质M的吸光系数
c——物质M的总浓度
x——物质M转变为络合物的分数
l——光程
如果配体L大大过量，且只进行
这一反应，则可用加入配体L的浓度代替其平衡浓度，即：
（2）
将
（2）代入
（1）得：
（3）
因此，保持物质M的总浓度c不变，在未加入配体L时测得AM；改变L浓度，测得相应的A混，以
对
作图，如果是一直线，则证明n=1，按（3）从直线的斜率和截距可求得
如果所得不是直线，则需另设n值重新作图验证。
三、仪器和试剂
仪器：
72型或721型分光光度计1台；锥形瓶；容量瓶；移液管等
试剂：
浓硝酸；无水乙醇；Ce（NH4）2（NO3）6溶液
四、实验步骤
1.用硝酸铵铈溶液和浓硝酸配置含0.025mol·L-1硝酸铵铈和1.25mol·L-1硝酸的溶液50ml。
配置含0.2mol·L-1乙醇的溶液50ml。
2.用移液管取0.025mol·L-1硝酸铵铈溶液2ml放入干净的50ml锥形瓶中，加8ml水充分混合。
用水做参考液在450nm波长测定吸光度AM。
3.取0.025mol·L-1硝酸铵铈溶液2ml放入另一干净的50ml锥形瓶中，加7ml水，1ml0.2mol·L-1乙醇，记录时间，充分混合，在相同波长下测吸光度A混。
经过1、2、3min分别记下吸光度，如发现吸光度下降，可用作图外推法得起混时间的吸光度。
4.保持硝酸铵铈用量不变，乙醇溶液则分别为1.5、2.0、3.0、4.0、5.0ml，而加水量则做相应减少以保持总体积为10ml，测定A混。
五、记录和数据处理
1.实验数据记录
AM________
硝酸铵铈用量
乙醇溶液用量
起混时间
A混
（外推）
A混（经过不同时间）
0.025mol·L-1
0.2mol·L-1
1min
2min
3min
2ml
1.0ml
2ml
1.5ml
2ml
2.0ml
2ml
3.0ml
2ml
4.0ml
2ml
5.0ml
AM
A混—AM
1/（A混—AM）
[L]
1/[L]2
1/[L]3
1/[L]4
1/[L]5
……
2.以
对
作图，验证是否为直线。
如不为直线，则用
对
，
……作图再行验证，直到得出直线即可确定n值。
3.计算络合物生成常数
2.以
对
作图，验证是否为直线。
如不为直线，则用
对
，
……作图再行验证，直到得出直线即可确定n值。
3.计算络合物生成常数
凝固点降低法测定摩尔质量
一、实验目的
用凝固点降低法测定萘的摩尔质量
二、实验原理
当溶质与溶剂不生成固溶体，而且浓度很稀时，溶液的凝固点降低与溶质的质量摩尔浓度成正比：
——凝固点降低，K
m——溶质的质量摩尔浓度，mol·kg-1
——凝固点降低常数，K·kg·mol-1
环己烷
=20.2K·kg·mol-1
纯溶剂的凝固点是其液-固共存的平衡温度。
将纯溶剂逐步冷却时，在未凝固之前温度将随时间均匀下降。
开始凝固后由于放出凝固热而补偿了热损失，体系将保持液固两相共存的平衡温度不变，直到全部凝固，再继续均匀下降。
溶液的凝固点是溶液与溶剂的固相共存的平衡温度。
当有溶剂凝固析出时，剩下溶液的浓度逐渐增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降，故可用外推法求
。
三、仪器和试剂
仪器：
热敏电阻温度计；精密数字温度温差仪，凝固点测定装置；
试剂：
分析纯萘丸；分析纯环己烷
四、实验步骤
1.将冰敲成2-4cm碎块，按一定冰水比例将冰与水加入到凝固点测定装置中，调节并保持冰水浴3℃左右，可随时加减冰和水调节。
2.将热敏电阻温度计、精密数字温度温差仪等连接好。
3.用移液管取30ml环己烷加入干净干燥的冷冻管中，安装好热敏电阻温度计和玻璃搅拌器，温度计居下，下段距管底约1cm。
用木塞塞好管口。
4.先把冷冻管直接放入冰浴中，匀速上下抽动搅拌器，不要使搅拌器触及热敏电阻和管壁。
打开温差仪的电源开关，当温度达到7.5℃（较环己烷凝固点略高,低于10℃）时，按下“采零”键，温差显示窗口显示“0.000”。
然后按下“锁定”键，锁定基温。
按下定时“上”、“下”键，设定报时间隔为15s。
当温度达到7℃时,按“测量/保持”键，使仪器处于测量状态，即可进行测量，需要记录读数时，再按“测量/保持”键，转换至保持状态读数，读数完毕再按下“测量/保持”键，转回测量状态，继续跟踪测量。
每隔15s读一个数。
利用温度对时间作图，可以得到一条曲线，曲线水平段对应的温度可作为纯溶剂凝固点的参考温度。
停止实验，取出冷冻管用手心温热至环己烷晶体全部熔化，重复上述操作测定凝固点二次，取平均值。
5.用分析天平称取0.15-0.20g纯萘丸加入到环己烷已融化的冷冻管中，立即塞好管口，搅拌使萘完全溶解，然后套上外管，放入到冷却浴中，温度降到6.5℃左右时开始读数,按上述方法测定溶液凝固点二次，取其平均值。
五、记录和数据处理
室温：
大气压：
湿度：
纯溶剂（环己烷）
溶液（环己烷+萘）
时间
（min）
温度（℃）
温差（℃）
时间
（min）
温度（℃）
温差（℃）
1次
2次
1次
2次
1次
2次
1次
2次
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
4.00
4.25
4.50
4.75
5.00
5.25
5.50
5.75
6.00
6.25
6.50
6.75
7.00
7.25
7.50
8.75
9.00
9.25
9.50
9.75
10.00
10.25
10.50
10.75
11.00
11.25
11.50
……..
分别用温度（或温差）对时间作图，确定环己烷凝固点T0和溶液凝固点T
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