物理化学研究方法思考题.docx

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物理化学研究方法思考题

物理化学研究方法思考题

1.热化学实验研究方法

（1）如何用苯甲酸的燃烧热数据来计算苯甲酸的标准生成热？

C6H5COOH（s）+7.5O2（g）====7CO2（g）+3H2O（l）

（2）影响“溶解热的测定”实验精确度的主要因素有哪些？

（3）在“表观摩尔体积和偏摩尔体积的测定”实验中可否用容量瓶代替比重瓶，为什么？

参考答案或提示：

（1）∵ΔcHmΘ[C6H5COOH（s）]=3ΔfHmΘ[H2O（l）]+7ΔfHmΘ[CO2（g）]–ΔfHmΘ[C6H5COOH（s）]

∴ΔfHmΘ[C6H5COOH（s）]=3ΔfHmΘ[H2O（l）]+7ΔfHmΘ[CO2（g）]–ΔcHmΘ[C6H5COOH（s）]

（2）1）试样：

称样精度，试样粒度、纯度等；

2）测温：

温度计的位置、读数精度等及温差校正；

3）操作：

搅拌，加样等。

（3）不可用容量瓶代替比重瓶。

因为两者的功能不同，对本实验而言，由于容量瓶瓶颈溶液上方存在空间，将导致溶液密度测定误差。

2.平衡实验研究方法

（1）采用沸点法测定液-气平衡体系的温度时，温度计的温泡（或测温元件的测温点）应该置于什么位置？

为什么？

（2）在“双液系气液平衡沸点-组成相图”实验中，若沸点测定时出现过热和再分馏现象，会对测量结果产生什么影响？

（3）“差热分析”实验中，对所采用的参比物质有何要求？

（4）在“二元合金相图”实验中，样品的步冷曲线在转折点附近时常出现最低点，为什么？

这种现象对相变温度的确定有何影响？

（5）“CaCO3分解压与分解热测定”实验中，为什么要进行两次抽真空操作？

测量的温度范围为什么定在620~800℃之间？

参考答案或提示：

（1）应该位置液-气两相界面处；因为这样可以平衡液体加热和液体汽化吸热对测温的影响。

（2）如果出现过热现象，将导致沸点测定值偏高；出现再分馏现象，将会导致沸点测定值不确定，因为液相组成会因再分馏而发生改变。

（3）1）要求参比物质的比热、导热系数、粒度等性质尽量与试样接近；

2）要求参比物质在测量温度范围内具有较好的热稳定性；

3）在实验时，试样与参比物质的填装疏密程度尽量一致。

（4）样品的步冷曲线在转折点附近出现的最低点的原因是“新相难成”所造成的熔体在相变温度下出现过冷现象；轻微的过冷有利于准确测定相变温度，但严重的过冷现象将导致相变温度的确定产生困难。

（5）第二次抽真空的目的是，利用在550℃下少量CaCO3分解所产生的CO2气体，尽量地将第一次抽真空所残留的其他气体排出体系，以提高实验测量的精度。

测量的温度低于620℃时，CaCO3分解量太少，导致体系压力测量困难；而当测量的温度高于800℃时，CaCO3分解量太大，导致体系长时间难以达到平衡，从而影响测量。

3.化学动力学实验研究方法

（1）在“一级反应——H2O2分解反应速率测定”实验中，催化剂KI的浓度对反应的半衰期是否有影响？

为什么？

（2）“二级反应——乙酸乙脂的皂化反应动力学”实验需要在不同温度下进行相关数据的测定，那么对实验温度的设定是否有要求？

为什么？

（3）为保证“金属氧化速率的测定”实验顺利进行，在实验过程中要注意些什么问题？

（4）为什么“B-Z化学振荡反应动力学”实验中要采用双液接饱和甘汞电极？

参考答案或提示：

（1）KI的浓度对反应的半衰期有影响，因为在有催化剂存在的条件下所进行的H2O2分解反应速率方程为r=kcKIcH2O2，因为催化剂在反应前后的浓度和性质不发生改变，所以应速率方程可写成r=k1cH2O2，即速率常数k1中包含了催化剂KI的浓度（k1=kcKI），而反应的半衰期t1/2=（ln2）/k1。

所以，当催化剂KI的浓度发生改变时，反应的半衰期也随之发生改变。

（2）有要求的，温度太低，反应速度太慢，不利于实验测量；但温度太高（>40℃）又会引起脂的挥发，导致反应物浓度的改变，从而影响测定结果。

（3）主要有1）试样表面的抛光，在试样放入炉膛前，要尽量保证其表面无氧化物；

2）吊样的深度和位置，试样应处于炉膛的中部，吊链要处于自由悬垂状，不能靠到任何物体；

3）尽量少做在吊链附近引起扰动气流的举动；

4）观察增重规律，及时解决异常现象。

（4）是为了避免Cl-对反应体系产生干扰。

因为一般饱和甘汞电极中含有Cl-，而Cl-也很容易于“B-Z化学振荡反应动力学”实验体系中的HBrO2发生反应。

4.电化学实验研究方法

（1）为什么测定溶液的电导一般采用交流电源？

（2）盐桥的选择原则和作用是什么？

（3）在“分解电压的测定”实验中，可以观察到如下现象：

（1）槽电压很低（远未达到H2O的分解电压）时，通过电解槽的电流并不为零；

（2）在相同的槽电压情况下，以H2SO4为电解质时通过电解槽的电流远大于以NaOH为电解质时通过电解槽的电流。

试解释这些现象出现的原因。

（4）在“阴极极化曲线的测定”实验中，三个电极各有什么作用？

参考答案或提示：

（1）因为测定过程会产生电极极化，一般电极的可逆程度不高，所以，如采用直流电源将会因电极持续不断地单方向极化而使电极被破坏，而采用交流电源就可以避免电极的极化。

（2）原则是构成盐桥的电解质的阴、阳离子的迁移数尽量相等，即t+≈t-；其作用是消除液体接界电势。

（3）1）这是因为H2O电解产生了H2和O2，而H2和O2在电解质存在的条件下构成电势与外加槽电压相反的原电池，为了使电解能够继续，就必须克服该反电势，即必须保证在槽电压和反电势之间存在一定的电势差（很小），该电势差就可保证电解质按电解过程所需方向移动，形成一定的电流，该电流称为残余电流，所以通过电解槽的电流并不为零；2）因为以H2SO4为电解质时，参与电荷传导的离子是H+和SO4=，而以NaOH为电解质时，参与电荷传导的离子是Na+和OH-，其中H+的导电能力最强（摩尔电导率最大），所以在同浓度、同电势梯度的条件下，H+可以传导更多的电荷，即电流更大。

（4）有两个电极与电解质溶液构成电解槽的两极——阴极和阳极，称为工作电极；第三个电极为参比电极（电极电势已知），与待研究电极（阴极）构成原电池，以便通过测定该原电池的电势E=|E待测–E参比|求出待研究电极的电势E待测。

5.表面化学与胶体化学实验研究方法

（1）实验时，温度和压强的变化对“溶液表面张力测定——最大气泡压力法”的实验测定结果有何影响？

（2）在进行“Fe（OH）3溶胶的制备及聚沉值测定”实验时，为什么一定要用去离子水制备溶胶？

溶胶制备为什么要先将去离子水（分散介质）加热至沸腾，同时又要对加热时间进行限制？

（3）决定溶胶粒子电泳速率的因素是什么？

用于“电泳实验”的电解质溶液的选择依据有哪些？

（4）对“沉降分析”实验而言，粒子浓度太大，颗粒半径太大，粒子密度太大对实验测定结果会有何影响？

参考答案或提示：

（1）最大气泡压力法测定溶液表面张力所依据的基本关系式是：

Δpmax=2σ/rm，其中是σ溶液的表面张力，rm是所用毛细管的半径。

温度升高，σ下降，而rm增加，则会使测定的Δpmax偏低；因为Δpmax=p内–p外，当p外增加时，必然导致Δpmax减小，也会使测定的Δpmax偏低。

（2）因为电解质会对溶胶产生聚沉作用，所以用于制备溶胶的水不能含有离子；先将去离子水加热至沸腾是为了加快Fe3+的水解，以便形成Fe（OH）3溶胶，而过久加热会促使溶胶聚沉，所以要对加热时间进行限制。

（3）决定溶胶粒子电泳速率的因素有：

（1）溶胶粒子的带电量（ζ电位）；

（2）电场的电位梯度（E/L）；（3）分散介质的粘度（η）；（4）分散介质的介电常数（ε）；（5）溶胶粒子的形状。

用于“电泳实验”的电解质溶液应该满足：

低浓度，低密度，低电荷，与溶胶体系有明显的色差等条件。

（4）粒子浓度太大易出现沉降时重量变化太快的现象，从而导致测定困难；颗粒半径太大则易出现沉降时重量变化不均衡的现象，使得在测定时，开始导致重量变化太快，而后难以观察到重量变化，从而使数据处理困难且不准确；粒子密度太大也会出现沉降时重量变化不均衡的现象，即开始导致重量变化太快，而后难以观察到重量变化

中南大学考试试卷（A-D卷）

2008--2009学年一学期

物理化学实验研究方法课程24学时1学分考试形式：

闭卷

专业年级：

冶金、环境类07级总分100分，占总评成绩50%

注：

此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上

考试内容分为笔试（30分钟）和操作考试（2.5小时），备有8套试题，学生抽签选择。

此处列举4套示例。

A卷试题和参考答案

一、单项选择（每小题2分，共20分）

1.“阴极极化曲线的测定”实验所测的是哪一种超电势？

（A）氢电极的电阻超电势（B）氢电极的浓差超电势

（C）氢电极的活化超电势（D）氧电极的活化超电势

2.在乙酸乙酯皂化反应实验中,若CH3COOC2H5和NaOH溶液的浓度均为0.010mol·dm-3,等体积混合后,则反应终止时体系的电导率可用下列哪种溶液的电导值代替

（A）0.010mol·dm-3NaOH（B）0.005mol·dm-3NaOH

（C）0.005mol·dm-3CH3COOH（D）0.005mol·dm-3CH3COONa

3.在Fe（OH）3溶胶的纯化过程中,不能透过半透膜的物质是：

（A）Fe3+（B）Cl-（C）Fe（OH）3（D）H2O

4.福庭式气压计的读数校正不包含以下哪一种校正

（A）温度校正（B）重力加速度校正（C）仪器校正（D）露茎校正

5.电导率仪在用来测量电导率之前,必须进行：

（A）零点校正（B）满刻度校正（C）定电导池常数（D）以上三种都需要

6.在氧弹实验中,若测得∆cHm=-5140.7kJ·mol-1,∆|∆H|最大=25.47kJ·mol-1,则实验结果

的正确表示应为：

（A）∆cHm=-5140.7kJ·mol-1（B）∆cHm=-5140.7±25.47kJ·mol-1

（C）∆cHm=-（5.1407±0.02547）×103kJ·mol-1（D）∆cHm=-5140.7±25.5kJ·mol-1

7.在测定纯水的饱和蒸气压的实验中,我们是通过测定不同外压下纯水的沸点来进行的,这种测定饱和蒸气压的方法是属于：

（A）静态法（B）饱和气流法（C）动态法（D）流动法

8.用差热分析仪测定固体样品的相变温度，选用哪种物质做基准物较合适：

（A）无水氯化钙（B）三氧化二铝（C）苯甲酸（D）水杨酸

9.测量溶液的电导时,应使用：

（A）甘汞电极（B）铂黑电极（C）银—氯化银电极（D）玻璃电极

10.溶解热测定实验中，若试样吸潮和颗粒偏大，则将分别导致实验结果

（A）偏大和偏小（B）都偏大（C）都偏小（D）偏大和偏小

二、判断题（每小题3分，共15分）

1.B-Z振荡反应实验中所采用的参比电极是饱和甘汞电极。

（×）

2.用沉降分析法确定颗粒分布不适用于典型的胶体体系，而用激光粒度仪确定颗粒分布不受该限制。

（√）

3.在用氧弹式量热计测定苯甲酸燃烧热的实验中，时间安排要紧凑，主期时间越短越好，以减少体系与周围介质发生的热交换。

（×）

4.阿贝折光仪可以直接用于测定未知混合物的组成。

（×）

5.通过分解电压实验的实验数据处理，可以分别获得H2SO4和NaOH水溶液的分解电压。

（×）

以下现场操作抽签进行，试题和答案略。

下同。

三、实验操作（共40分）

四、数据记录（共10分）

五、数据处理（共15分）

B卷试题和参考答案

一、单项选择（每小题2分，共20分）

1.实验室电闸上及仪器上用的保险丝，要求用：

（A）其安培数与规定的最大电流强度相一致的保险丝（B）安培数尽量大一些的保险丝

（C）安培数尽量小一些的保险丝（D）导电性能好的金属丝作保险丝

2.在最大气泡法测溶液表面张力实验中,正丁醇的浓度可用下列哪种仪器准确测定?

（A）分光光度计（B）旋光仪（C）电导率仪（D）阿贝折光仪

3.在测定H2O2在KI水溶液中均相催化分解速率常数时,加入

（1）H2O2,

（2）KI溶液的方法

是：

（A）

（1）,

（2）同时一起加入（B）先

（1）,后

（2）

（C）先

（2）,后

（1）（D）不必注意加入的方法

4在测定Ag│AgNO3（m）的电极电势时，在盐桥中哪一种电解质是可以采用的？

（A）KCl（饱和）（B）NH4Cl（C）NH4NO3（D）NaCl

5.在电导实验测定中，需用交流电源而不用直流电源其原因是：

（A）防止在电极附近溶液浓度发生变化（B）能准确测定电流的平衡点

（C）简化测量电阻的线路（D）保持溶液不致升温

6.在差热分析中,都需选择符合一定条件的参比物,对参比物的要求中哪一点应该除外?

（A）在整个实验温度范围是热稳定的（B）其导热系数与比热尽可能与试样接近

（C）使用前不能在实验温度下预灼烧（D）其颗粒度与装填时的松紧度尽量与试样一致

7.在双液系气液平衡实验中,常选择测定物系的折光率来测定物系的组成。

下列哪种选择的根据是不对的?

（A）测定折光率操作简单（B）对任何双液系都能适用

（C）测定所需的试样量少（D）测量所需时间少,速度快

8.溶解热测定使用采用以下哪种方法标定测量体系的水当量？

（A）标准物质法（B）电能标定法（C）滴定法（D）电导法

9.为测定物质在600～1000℃间的高温热容,首先要精确测量物系的温度。

此时测温元件宜选用：

（A）贝克曼温度计（B）精密水银温度计（C）铂-铑热电偶（D）热敏电阻

10.在燃烧热实验中，需用奔特公式或作图法求取反应前后真实的温度改变值△T，主要是因为：

（A）温度变化太快，无法准确读取（B）消除由于略去有酸形成放出的热而引入的误差

（C）校正体系和环境热交换的影响（D）氧弹计绝热，必须校正所测温度值

二、判断题（每小题3分，共15分）

1.采用不同的溶胶制备方法，获得的Fe（OH）3溶胶带电性可能不一样。

（×）

2.在实验过程中，数字压力计是否采零对实验结果无影响。

（×）

3.在阴极极化实验装置中的鲁金毛细管的主要作用是减少活化超电势。

（×）

4.差热分析实验升温速率过大会导致所测出的相变平衡温度偏低。

（√）

5.氧弹式量热计是一种绝热式量热计。

（×）

以下现场操作抽签进行，试题和答案略。

三、实验操作（共40分）

四、数据记录（共10分）

五、数据处理（共15分）

C卷试题和参考答案

一、单项选择（每小题2分，共20分）

1.用电泳实验可测量胶体的哪种电位?

（A）接界电位（B）Zeta电位（C）双电层电位（D）浓差电位

2.欲获得高真空，需要使用

（A）高效机械泵（B）扩散泵（C）吸附泵（D）机械泵与扩散泵联用

3.某同学通过“沉降分析”实验绘制出分布函数的直方图如下图所示，该图形表明在该同学的实验中可能存在的问题是（　　）

（A）动物胶浓度偏大（B）动物胶浓度偏小

（C）固体样品研磨不足（D）固体样品研磨过度

4.在测定乙酸乙酯皂化反应的动力学常数实验中,下列哪一组数据之间为线性关系?

（A）Rt～1/t（B）Rt～t（C）ln[Rt－R∞]～t（D）ln[Rt]～t

5.若“分解电压的测定”实验所采用的电极不是铂电极，而是铜电极，则所测出的分解电压比用铂电极测出的分解电压

（A）大（B）小（C）不变（D）无法确定

6.有A，B二组分溶液，已知与溶液平衡的气相中B组分增加使总蒸气压升高，则：

（A）B组分的气相浓度大于液相浓度（B）B组分的液相浓度大于气相浓度

（C）溶液中B的浓度大于A的浓度（D）气相中B的浓度小于A的浓度

7.在二元合金相图绘制的实验中,选择了具有低共熔点的铅锡体系,该实验所选5种组分体系的步冷曲线的特点是：

（A）2条步冷曲线只含1个平台，其余3条步冷曲线是含1个转折和1个平台

（B）3条步冷曲线只含1个平台，其余2条步冷曲线是含1个转折和1个平台

（C）2条步冷曲线只含1个平台，其余3条步冷曲线是含1个转折和2个平台

（D）3条步冷曲线只含1个平台，其余2条步冷曲线是含2个转折和1个平台

8.若用电化学方法测定反应2Ag++Sn2+=2Ag+Sn4+的热效应，应选用电池

（A）Ag-AgCl│KCl（a1）‖AgNO3（a2）│Ag（s）（B）Ag（s）│AgNO3（a1）‖Sn4+（a2）,Sn（a3）│Pt（s）

（C）Pt（s）│Sn4+（a1）,Sn2+（a2）‖Ag+（a3）│Ag（s）（D）Ag（s）│Ag+（a1）‖Sn4+（a2）,Sn2+（a3）│Sn（s）

9.在偏摩尔体积测定实验中，若盛有某浓度溶液的比重瓶恒温时间不足，则会导致测出的该浓度溶液密度和浓度

（A）密度偏大，浓度偏小（B）密度偏小，浓度偏大

（C）密度和浓度均偏大（D）密度和浓度均偏小

10.用最大气泡压力法测定溶液表面张力的实验中,对实验实际操作的如下规定中哪一条是不正确的?

（A）毛细管壁必须严格清洗保证干净（B）毛细管应垂直放置并刚好与液面相切

（C）毛细管口必须平整（D）毛细管垂直插入液体内部,每次浸入深度尽量保持不变

二、判断题（每小题4分，共20分）

1.在使用恒温水浴槽时，初始设定温度应该低于需要达到的温度值。

（　√　）

2.用最大气泡压力法测定溶液表面张力的实验中，数字压力计是否采零对实验结果无影响。

（　×　）

3.燃烧热测定实验中将固体样品压成片状，目的是便于连接燃烧丝。

（×）

4.在二组元气液平衡相图测绘实验中，实验完毕要将蒸馏瓶中液体回收，以免污染环境。

（　×　）

5.在分解电压测定实验中，当电解过程显著进行之后，随电压增加H2SO4水溶液电流增加值明显大于NaOH水溶液电流增加值，这是因为的H2SO4浓度大于NaOH的浓度。

（　×　）

三、实验操作（共40分）

四、数据记录（共10分）

五、数据处理（共15分）

D卷试题和参考答案

一、单项选择（每小题2分，共20分）

1.当实验测定80~140℃范围内反应速率常数时,必须配置性能良好的恒温槽,为满足恒温要求,下列恒温介质中最适宜的是：

（）

（A）甘油（B）水（C）液体石蜡（D）熔盐

2.“B-Z化学振荡反应动力学”实验中所测定的是不同反应时间下的（）

（A）溶液电阻（B）Ce3+/Ce4+电极与参比电极间电势差

（C）溶液电导（D）Br-浓度

3.在“分解电压的测定”实验所测定的是（）

（A）H2SO4水溶液的分解电压（B）NaOH水溶液的分解电压

（C）水的分解电压（D）H2SO4和NaOH水溶液的分解电压

4.若“分解电压的测定”实验所采用的电极不是铂电极，而是铜电极，则所测出的分解电压比用铂电极测出的分解电压（）

（A）大（B）小（C）不变（D）无法确定

5.由“金属氧化速率的测定”实验数据所绘制的金属氧化曲线表明金属氧化反应的表观反应级数随反应进行而变化，是（）

（A）由1级变化到2级（B）由1级变化到0级

（C）由0级变化到-1级（D）由2级变化到1级

6．氧弹量热实验中，对于测量温度下列说法正确的是（）

（A）只能用热电堆（B）只能用贝克曼温度计

（C）只能用热敏元件（D）三种都可以使用

7.在“电泳实验”中，若不对Fe（OH）3溶胶进行纯化处理，由实验所获得的Fe（OH）3溶胶的Zeta电势值相对于经过纯化处理的Fe（OH）3溶胶的Zeta电势值（）

（A）偏大（B）偏小（C）无影响（D）无法判断

8.在测定水的饱和蒸气压实验中,用缓冲瓶稳定体系的压力,则调节体系压力的活塞的正确安装位置是：

（）

（A）体系与缓冲瓶之间（B）体系与压力计之间

（C）缓冲瓶与抽气泵之间（C）以上三种位置均不对

9.贝克曼温度计是用来：

（）

（A）测定绝对温度（B）测定相对温度

（C）用于控制恒温槽温度（D）测定5℃以内的温度差

10.在“碳酸钙分解压与分解热测定”实验中，首先要对反应体系进行抽真空操作。

在抽真空之前要关闭两通活塞和三通活塞，抽真空操作包括①开启两通活塞；②开启三通活塞和③开启真空泵等3个步骤，则正确的操作顺序是（）

（A）①→②→③（B）①→③→②（C）③→①→②（D）③→②→①

二、判断题（每小题3分，共15分），正确的画√，错误的画×

1.在乙酸乙酯皂化反应的动力学实验中，分别测定了两个不同温度（T1，T2）条件下反应体系的Rt～t值，实验温度T1和T2相差越大越好。

（×）

2.观察时间的长短对聚沉值的测定准确性没有影响。

（×）

3.溶解热测定KNO3实验中采用电加热方法校正体系的水当量，其中电加热提高的温度值△T的大小一般没有限制。

（×）

4.DTA测温度和温差用的两支热电偶的联接方式是正向串接。

（×）

5.对于浓度确定的电解质溶液而言，其电导值随温度升高而增加。

（√）

三、实验操作（共40分）

四、数据记录（共10分）

五、数据处理（共15分）