東北師范大學(xué)物理化學(xué)實驗報告

1、東北師范大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院（網(wǎng)絡(luò)教育）實 驗 報 告學(xué)習(xí)中心： 句容奧鵬教育 專業(yè)名稱： 化學(xué) 課程名稱： 物理化學(xué) 學(xué) 號： 12035104906001 姓 名： 滕忠正 2 013年 12 月12 日報告正文課程名稱：物理化學(xué)實驗日期： 2013年 11 月 18 日 編號no： 1 開始時間： 9 時30 分； 結(jié)束時間：11 時30 分；實驗題目：金屬的腐蝕同 組 者：陳三寶 一、實驗?zāi)康暮鸵?) 掌握動電位掃描法測定陽極鈍化曲線的方法； 2) 測量金屬在0.5mol/l h2so4中的陽極極化曲線，確定有關(guān)特征電位和電流密度； 3) 測量金屬在0.5mol/l h2so4+0

2、.5mol/lnacl中的陽極極化曲線并考察氯離子對金屬鈍化行為的影響。二、 實驗原理與方法陽極極化曲線一般可分為四個區(qū)：1） 活性溶解區(qū)：從腐蝕電位（）開始，金屬溶解按活性溶解的規(guī)律進行；2） 過渡區(qū)：金屬表面開始發(fā)生突變，由活態(tài)向鈍態(tài)轉(zhuǎn)化。此時，電流隨電位的正移而急劇下降；3） 鈍化區(qū)：金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，表面生成一層鈍化膜，此時陽極溶解電流密度（，稱為維鈍電流密度）很小，并且基本與電位無關(guān)；4） 過鈍化區(qū)：電流密度又開始隨電位的正移而增大；當(dāng)介質(zhì)中存在氯離子時，不銹鋼等耐蝕金屬材料表面的鈍化膜容易被破壞，存在點蝕電位，此時，當(dāng)時，材料表面開始發(fā)生點蝕，電流迅速增大；當(dāng)電流密度增大到一定值

3、時（如1ma/cm2），改變掃描方向，開始向陰極方向掃描，可能形成一個滯后環(huán)。當(dāng) s14rp時，鈍化膜重新愈合，金屬恢復(fù)完全鈍化狀態(tài)；而當(dāng)s14rp b，時已形成的點蝕繼續(xù)進行，但不會產(chǎn)生新的點蝕。 三、 主要儀器設(shè)備、材料和試劑1） 主要儀器設(shè)備 corrtest腐蝕電化學(xué)測試系統(tǒng)；電解池；玻璃活栓鹽橋；洗耳球、金相砂紙、鑷子、丙酮棉球（處理電極表面）；量筒；濾紙（保護電極表面不被腐蝕）。2） 三電極種類、材料和有效工作面積 工作電極（電極材料為鎳、鈦或耐蝕合金）、飽和甘汞電極（sce）、大面積鉑輔助電極（有效截面積為1cm2）；3） 測試溫度及其控制方法 測試在室溫下進行四、 實驗操作步驟

4、1）啟動corrtest腐蝕測試系統(tǒng)軟件，打開恒電位儀的電源開關(guān)，開始預(yù)熱；2）將玻璃活栓鹽橋洗凈、烘干后，把玻璃活塞插入鹽橋，并使活塞孔對準(zhǔn)鹽橋的測試溶液端；將活栓插緊后，向鹽橋的參比電極室注入適量的過飽和kcl溶液。洗凈電解池，安裝輔助電極、鹽橋和參比電極；3） 處理電極，將處理好的工作電極置于電解池中使鹽橋毛細(xì)管尖端對準(zhǔn)工作電極的中心，并且它到電極表面的距離為毛細(xì)管尖端外徑的1倍。然后將三個電極連接到恒電位儀；4） 打開“自腐蝕電位測量”窗口（快捷鍵f2 ），輸入數(shù)據(jù)文件名和注釋，設(shè)置測量時間：15分鐘，采樣速率：1hz，其他參數(shù)保持默認(rèn)值。然后，向電解池內(nèi)注入0.5mol/lh2so4

5、溶液約200ml后，立即開始計時，并接通鹽橋，點擊窗口中的“開始”按鈕，開始開路電位的測量； 5） 當(dāng)開路電位測量到所設(shè)置的測量時間后將自動停止。此時，打開“動電位掃描”窗口（快捷鍵f4 ），輸入數(shù)據(jù)文件名和注釋，設(shè)置初始電位：0.05v（相對于開路電位），終止電位：1.5v（相對于開路電位），掃描速率：1mv/s，采樣速率：1hz，其他參數(shù)保持默認(rèn)值。然后，立即點擊窗口中的“確定”按鈕，開始極化曲線的測量；6) 測量結(jié)束后，取下電極接線夾頭，取出工作電極和參比電極，清洗電解池和鹽橋（測試溶液端內(nèi)、外側(cè)），將工作電極按上述方法進行處理，更換0.5mol/l+h2so40.5mol/l nacl

6、溶液而上述步驟進行下一次實驗。注意：此時，在設(shè)置“動電位掃描”控制參數(shù)時，應(yīng)設(shè)置回掃電流密度：1ma/cm2。在測量中，當(dāng)回掃曲線與正掃曲線；7) 待實驗結(jié)束后，取下電極接線夾頭，取出工作電極和參比電極，觀察工作電極表面腐蝕形態(tài)。然后，清洗電解池和鹽橋（測試溶液端內(nèi)、外側(cè)），將工作電極按上述方法進行處理，放入干燥器備用。5 實驗結(jié)果與討論5.1 實驗結(jié)果 圖1-1金屬在0.5mol/l h2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的開路電位圖1-2金屬在0.5mol/lh2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的陽極極化曲線表1-1 工作電極在

7、0.5mol/l h2so4及0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl中的開路電位和特征值開路電位jcpicpipjpjtp0.5mol/l h2so4-0.44283-0.348241.69644e-31.02569e-50.438370.854270.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl-0.49962-0.328582.09853e-36.04628e-50.125040.266985.2 分析與討論 5.2.1 i曲線圖分析 當(dāng)工作電極在0.5mol/l h2so4溶液中時，由圖1-2及表1-1的特征值可知，從腐蝕電位開始，金屬的溶解規(guī)律呈現(xiàn)活性溶解規(guī)律，當(dāng)

8、電位達(dá)到-0.44283時電流隨電位的增大而增大，基本符合tafel方程；當(dāng)電極電位正移到鈍化電位jcp =-0.34824時，金屬表面開始發(fā)生突變，由活態(tài)向鈍態(tài)變化，此時電流隨電位正移而急劇下降直至電位達(dá)到穩(wěn)定鈍化電位即jp =0.43837，與鈍化電位jcp相對應(yīng)的陽極電流密度稱為鈍化電流密度icp =1.69644e-3；當(dāng)電位正移到穩(wěn)定鈍化電位jp =0.43837時，金屬處于穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，表面生成一層鈍化膜，此時陽極溶解電流密度ip =1.02569e-5（即維電流密度）很小且基本不隨電位變化；當(dāng)電位達(dá)到過鈍化電位jtp =0.8527時，由于金屬表面鈍化膜遭到破壞，腐蝕再次加劇，

9、電流隨電位的正移而增大。當(dāng)工作電極在0.5mol/l h2so4+0.5mol/lnacl溶液中時，圖1-1以及表1-1中特征值可知，活性溶解區(qū)基本不發(fā)生變化，而當(dāng)電位正移到j(luò)cp之后電位先正移至穩(wěn)定鈍化電位jp =0.12504，而后迅速達(dá)到過鈍化電位jtp =0.26698，達(dá)到過鈍化電位后由于點蝕的存在電流密度隨電位的正移而再次增大；5.2.2 氯離子對鈍化過程的影響分析由以上分析可知，在溶液中不含氯離子時，由穩(wěn)定鈍化電位正移至過鈍化電位經(jīng)歷的時間遠(yuǎn)大于含有氯離子時的時間，可見，當(dāng)溶液中存在氯離子時金屬表面的鈍化膜溶液破壞從而過早進入過鈍化區(qū)，這是由于鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動平

10、衡狀態(tài)當(dāng)介質(zhì)中含有活性陰離子（常見的如氯離子）時，氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，使平衡便受到破壞，金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。5.3 結(jié)論1）金屬的陽極極化隨著電位的正移金屬表面會發(fā)生鈍化，但是隨著電位的繼續(xù)正移金屬表面的鈍化膜會發(fā)生破壞從而使腐蝕從新加??；2）氯離子能時金屬表面的鈍化膜發(fā)生破壞從而加劇腐蝕；六、 意見和建議可以取含不同氯離子濃度的溶液進行實驗從而驗證氯離子濃度對鈍化膜破壞的影響；可以取不同電極及鈍化劑進行實驗從而驗證鈍化介質(zhì)對鈍化的影響； 指導(dǎo)教師：楊孝林 報告正文課程名稱：物理化學(xué)實驗日期： 2013年11 月2

11、2 日 編號no： 2 開始時間： 14時 30 分； 結(jié)束時間：16 時30 分；實驗題目：電鍍同 組 者：陳三寶一、實驗?zāi)康?. 了解梯形槽的使用方法；2. 了解電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰?、電流效率的測定方法；3. 了解電鍍?nèi)芤褐刑砑觿┑淖饔煤碗s質(zhì)對鍍層的影響。二、實驗原理把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程稱為電解。電鍍屬于電解，是一種電化學(xué)沉積過程，是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，陰極鍍件表面上沉積出金屬，獲得牢固的金屬膜的過程。（一）梯形槽實驗原理 梯形槽也叫赫爾槽，其形狀如圖所示。槽的容積有三種，即l l、267 ml和250 ml。由于

12、槽中陰陽極放置不平行，故陰極上各部分電流分布是不均勻的，在離陽極近的近陰極端，電流密度較高，在另一端電流密度較低。通過大量實驗，對267 ml的梯形槽而言，得到一個在陰極各部分電流密度分布的經(jīng)驗公式（），即 （） 式中：dk為陰極上某點的電流密度(a/dm2)；i為實驗時的電流強度(a)；l為陰極上該點距近陰極端的距離(cm)。圖 梯形槽（二）鍍液分散能力的測定原理 鍍液的分散能力是指電解液所具有的使鍍層厚度均勻分布的能力。測定的方法有多種，方法不同用來表達(dá)分散能力的公式也不同。因此，為了比較不同鍍液分散能力的大小，必須采用同一種方法測量才有意義。本實驗采用遠(yuǎn)陰極和近陰極的方法(圖)，遠(yuǎn)陰極和

13、近陰極與陽極的距離比為l2/l1等于k，用這種方法所測得的分散能力可用下式（）表達(dá)： （）式中為分散能力(%)；k為遠(yuǎn)陰極和近陰極與陽極距離之比；、為近陰極上和遠(yuǎn)陰極上金屬的增重。圖 測定分散能力的電鍍槽（三）電鍍效率的測定原理根據(jù)法拉弟定律，在電鍍鎳時，通過電鍍槽的電量若為l f（96500 c），則應(yīng)得鎳鍍層0.5 mol（58.69/2 g）。而實際上沉積的鎳不到0.5 mol，這是由于在電鍍過程中，陰極上進行的反應(yīng)不只是ni2+2e= ni，還有2h+2e= h2副反應(yīng)的存在，使得用于沉積金屬的電流只是通過總電流的一部分，而其余部分消耗在副反應(yīng)上，所以電流效率達(dá)不到100%。電流效率計

14、算公式（）如下： 圖 測量電流效率線路圖在實際測定鍍液的電流效率時，與被測鍍槽串聯(lián)一個銅庫侖計(見圖)。因為銅庫侖計上銅陰極的電流效率為100%，所以根據(jù)銅陰極上鍍層重量可以得到理論上的金屬鍍層的重量或通過電極的總電量。當(dāng)采用銅庫侖計時，電流效率的計算公式（）可表達(dá)為： 式中w為被測金屬鍍層的重量；m為被測金屬的摩爾質(zhì)量；wcu為庫侖計陰極上銅鍍層質(zhì)量；mcu為銅的摩爾質(zhì)量（注：被測金屬和銅的摩爾質(zhì)量的值均隨所取的基本單元而定。）三、實驗儀器和試劑直流穩(wěn)壓電源；塑料鍍槽；導(dǎo)線；普通鎳鍍液；庫侖鍍液 四、實驗步驟 （一）具體操作方法1. 配制電鍍?nèi)芤海ㄒ雅浜茫?. 梯形槽實驗將銅陰極和鎳陽極均用

15、金相砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈。在267 ml梯形槽中注入一定量的普通鍍鎳溶液，裝上陽極、陰極試片，接通電源，控制電流在1a，電鍍5 min后,取出陰極片用水沖洗，觀察其外觀，并將試片各區(qū)域的鍍層外觀按下述符號記錄下來。光亮 半光亮 灰暗 燒焦 無鍍層3. 鍍液分散能力的測定取兩片銅片，用金相砂紙打磨光亮。用水沖洗，做好近、遠(yuǎn)陰極標(biāo)記，吹干后分別準(zhǔn)確稱重。將鎳陽極和兩片銅陰極放在長方槽中，并使l2/l1 = 2。將普通鍍鎳溶液注入長方槽中，接通電源，電流密度控制在1a/dm2。電鍍30 min后，取出陰極用水沖洗、吹干，用分析天平分別稱出遠(yuǎn)、近陰極重量。4. 電流效率的測定 將被測鍍液和銅庫侖

16、計的陰、陽極（被測鍍液為銅陰極、鎳陽極，銅庫侖計陰、陽極均為純銅）用金相砂紙打磨，沖洗干凈。兩陰極吹干后分別準(zhǔn)確稱重。接好線路，鍍槽中注入鍍液，接通電源，電流密度控制在1a/dm2，電鍍30 min后，取出兩陰極洗凈、吹干，分別準(zhǔn)確稱取重量。（二）注意事項1. 電解液化學(xué)品有一定的腐蝕和污染，實驗和觀察過程中應(yīng)避免手、皮膚直接接觸。2. 鍍液分散能力和電流效率測定中不是電流為1a，而是電流密度控制在1a/dm2（應(yīng)該根據(jù)實驗中試片浸入到鍍液中的實際面積進行計算）。3. 實驗完成后，鍍液必須倒回原瓶中重復(fù)使用。4. 兩溶液不可互相污染。（三）提問1. 由梯形槽實驗中所觀察的現(xiàn)象說明什么問題？2.

17、 鍍液分散能力和電流效率測定中為什么不是電流為1a，而是要控制電流密度為1a/dm2 ？3. 銅庫侖計在實驗中的作用是什么？五、實驗總結(jié)（一）數(shù)據(jù)處理1. 用規(guī)定的符號繪制和標(biāo)明梯形槽的陰極鍍層外觀圖，并分析所觀察現(xiàn)象的原因。2. 將實驗數(shù)據(jù)列表如下，計算鍍液的分散能力，并說明鍍液分散能力的優(yōu)劣。電極種類鍍前質(zhì)量/g鍍后質(zhì)量/g增重/g分散能力遠(yuǎn)陰極近陰極3. 將實驗數(shù)據(jù)列表如下，計算電流效率。寫出普通鍍液電解池陰、陽電極所發(fā)生的半反應(yīng)，并分析電流效率不為100%的原因。電流密度/(a/dm2)庫侖計陰極質(zhì)量/g被測鍍液陰極質(zhì)量/g電流效率鍍前鍍后增重鍍前鍍后增重（二）實驗討論電鍍前要對金屬片

18、進行打磨，其目的是為了處理、清潔被鍍金屬的表面，從而得到結(jié)合力好的鍍層。鍍層質(zhì)量的好壞要考慮的因素有很多，主要有：被鍍金屬的特性、鍍層特性、合適的前處理、合適的電鍍?nèi)芤骸⒑线m的操作條件（電流密度、鍍液濃度和各組分比例、鍍液溫度、時間、后處理）、合適的電鍍設(shè)備和器具、環(huán)境條件等。1添加劑對電鍍效果的影響 在電鍍?nèi)芤褐屑犹砑觿禾蔷?,4-丁炔二醇、香豆素等可以明顯的提高鍍層的光亮度。加入光亮劑的鍍鎳溶液稱光亮鍍液，其中一個配方如下：試劑名稱 試劑用量niso47h2o 250300g/l h3bo3 3040g/l nicl2 6h2o 2030 g/l 糖精 0.61g/l 1,4-丁炔二醇

19、 0.10.2g/l 香豆素 0.20.5g/l 十二烷基硫酸鈉 0.050.1g/l ph 44.52雜質(zhì)對鍍層質(zhì)量的影響 在電鍍液中如果含有一定量的金屬雜質(zhì)，會影響渡層的質(zhì)量，如鍍鎳溶液中含有fe離子就會使鍍層的質(zhì)量下降。3. 鍍液深度能力的測定 在實際應(yīng)用中電鍍的對象很復(fù)雜，好多是管件和帶凹槽的工件，因此就要求電鍍液有深度能力。也就是說電鍍液在陰極鍍件深凹（或孔內(nèi)）部分鍍上金屬層的能力。測定電鍍液深度能力的方法很多，方法不同，深度能力的表示方式也不同（與分散能力的測定類似），所以為了比較不同種鍍液的深度能力，必須用同一種方法測定。4. 鍍件的表面狀態(tài)對鍍層的影響 鍍件的表面狀態(tài)對鍍層的光

20、潔度，亮度，鍍層的附著力等都有很大的影響。所以為了得到合格的鍍層，鍍件的表面必須經(jīng)過合格的酸洗除銹、堿洗（或有機溶劑清洗）除油，機械或電化學(xué)拋光等。 指導(dǎo)教師：楊孝林 報告正文課程名稱：物理化學(xué)實驗日期： 2013年11 月25 日 編號no： 3 開始時間： 9時30 分； 結(jié)束時間：11 時30 分；實驗題目：過氧化氫分解反應(yīng)同 組 者：陳三寶一、實驗?zāi)康?1用測壓法測定h2o2分解反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期；2熟悉一級反應(yīng)的特點，了解反應(yīng)濃度、溫度和催化劑等因素對一級反應(yīng)速率的影響。二、實驗原理 1凡是反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反應(yīng)為一級反應(yīng)。h2o2的分解反應(yīng)即屬一級反應(yīng)： h2

21、o2=1/2 o2+h2o其反應(yīng)速率方程可寫為：式中k為反應(yīng)速率常數(shù)，ca,t為時間t時的反應(yīng)物濃度，積分得式中ca,0為反應(yīng)開始時的初濃度。以lnca,t 對時間t作圖，可得一直線，其斜率為反應(yīng)速率常數(shù)的負(fù)值-k，截距為ln ca,0。當(dāng)ca,t=0.5 ca,0 時，則t可用t1/2表示，即反應(yīng)的半衰期。t1/2 = ln2/k可見，在溫度一定時，一級反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)速率常數(shù)成正比，而與反應(yīng)物的起始濃度無關(guān)。圖1 測壓法實驗裝置（1）微壓差測定儀；（2）導(dǎo)氣管；（3）外循環(huán)恒溫水浴槽；（4）反應(yīng)液；（5）磁力攪拌器2. 化學(xué)反應(yīng)速率取決于許多因素，例如反應(yīng)物濃度和壓力、溫度、催化劑、溶劑

22、、酸堿度、光化反應(yīng)的光強度、多相反應(yīng)的分散度以及攪拌強度、微波、超聲波、磁場等都可能對反應(yīng)產(chǎn)生影響。某些催化劑可以明顯地加快反應(yīng)速率，能加速分解h2o2的催化劑有pt、ag、mno2、cuo(多相催化劑)、cu2+、fe3+、mn2+、i- (均相催化劑)等。3動力學(xué)研究常通過間接測定與反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度呈一定數(shù)學(xué)關(guān)系的物理量隨反應(yīng)時間的變化來考察反應(yīng)的速率和機理。本實驗采用測壓法進行研究1，裝置如圖1。（本次實驗測定室溫下的速率，未配套外循環(huán)恒溫水浴裝置）。使h2o2分解反應(yīng)在一個體積固定的體系內(nèi)進行，反應(yīng)過程放出的o2將使系統(tǒng)內(nèi)壓強增加，通過與反應(yīng)瓶相連的微壓差測定儀跟蹤壓強增值隨時間的變化

23、研究反應(yīng)的進程。若p表示h2o2全部分解時體系的最終壓強增加值；pt表示表示經(jīng)反應(yīng)時間t后體系的壓強增加值，由于恒溫條件下有（ca,0- ca,t）pt，ca,0 p，則速率方程的積分式亦可表示為：以ln(p-pt)/pa對作圖，由直線的斜率也可求得速率常數(shù)k。p可以采用以下兩種方法求?。海?）外推法，以1/t 為橫坐標(biāo)對pt作圖，將直線段外推至1/t =0（即t為 ），截距即為p。該法須使反應(yīng)接近完全方可相對準(zhǔn)確的推出截距。（2）加熱法，即在測定若干pt后，將反應(yīng)瓶置于50-60下約15min，促進h2o2快速完全分解，再冷卻回原反應(yīng)溫度，記下的壓強即為p。 也可以不測p，而用guggenh

24、eim法數(shù)據(jù)法處理。公式推導(dǎo)如下：以ln(pt+-pt)/pa對作圖，由直線的斜率也可求得速率常數(shù)k。應(yīng)取半衰期的23倍，因此應(yīng)用該法的前提是反應(yīng)須進行到接近完全。為了便于數(shù)據(jù)處理，一般取相同間隔的整數(shù)時間讀數(shù)。4實驗內(nèi)容的設(shè)計o2是一種價廉的、強氧化性的綠色氧化劑，在紙漿氧漂、有機污水的濕法催化氧化處理(wao，catalytic wet oxidation)等領(lǐng)域中的應(yīng)用2，3日益引起人們的重視。但常溫附近o2起氧化作用的速率太慢，制約了它的實際應(yīng)用。從催化原理來說，能顯著促進h2o2分解的催化劑同樣能促進逆反應(yīng)o2生成h2o2速率的提高，繼而提高o2的氧化作用速率。本實驗任選一個實驗條件

25、，測定cu2+、fe3+對h2o2分解的催化活性及溶液的酸堿性對分解的影響，作為其應(yīng)用的前期探索。三、儀器和試劑 1儀器：微壓差測定儀，磁力攪拌器，250 ml錐形瓶（配單孔橡皮塞），50 ml量筒，1 ml吸量管5根，吸耳球，鐵架臺，鐵夾，計時器（自備）。 2試劑：0.5 mol/l 的cu(no3)2、0.5 mol/l fe(no3)3、3% h2o2、0.1mol/l的naoh 、0.1 mol/l hcl。四、實驗步驟 取50 ml蒸餾水于潔凈的錐形瓶中，加入1ml的催化劑（二選一），放入潔凈的攪拌磁子，開啟攪拌。加入0.5 ml酸或堿或不加（三選一）混勻。關(guān)閉磁力攪拌！移取1 ml

26、3% h2o2溶液，注入裝有催化劑的錐形瓶中，塞緊瓶塞。將微壓差測定儀置零，開啟磁力攪拌器同時開始計時。過氧化氫分解放出的氧氣使系統(tǒng)壓力增高。每隔1min記錄一次微壓差測定儀顯示的系統(tǒng)壓力增加值，直至反應(yīng)接近完全為止。五、數(shù)據(jù)處理 實驗數(shù)據(jù)處理與記錄表25ct/s198.55390.12650.77724.02993.771121.77v/l0.01570 0.01260 0.01105 0.00966 0.00988 0.00631 lnv-4.154-4.374-4.505-4.64-4.617-5.066實驗數(shù)據(jù)處理與記錄表30ct/s114.70 311.05 475.33 606.0

27、5 831.58 925.70 v/l0.01620 0.01195 0.00905 0.00810 0.00660 0.00560 lnv-4.123-4.427-4.705-4.816-5.021-5.185六、注意事項 1實驗過程必須保證反應(yīng)體系的密閉性；2實驗過程必須避免外界氣溫的波動引起壓強誤差；3反應(yīng)前的一系列操作 注入h2o2、加塞、微壓差測定儀置零、啟動磁力攪拌器、按下秒表計時，要迅速而有條理。 指導(dǎo)教師：楊孝林： 報告正文課程名稱：物理化學(xué)實驗日期： 2013年 11 月27 日 編號no： 4 開始時間：14 時30 分； 結(jié)束時間：15 時30 分；實驗題目：復(fù)相催化甲醇

28、分解同 組 者：陳三寶一、實驗?zāi)康?. 測量甲醇分解反應(yīng)中zno催化劑的催化活性，了解反應(yīng)溫度對催化活性的影響。2. 熟悉動力學(xué)實驗中流動法的特點；掌握流動法測定催化劑活性的實驗方法。 二、實驗原理催化劑的活性是催化劑催化能力的量度，通常用單位質(zhì)量或單位體積催化劑對反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化百分率來表示。復(fù)相催化時，反應(yīng)在催化劑表面進行，所以催化劑比表面(單位質(zhì)量催化劑所具有的表面積)的大小對活性起主要作用。評價測定催化劑活性的方法大致可分為靜態(tài)法和流動法兩種。靜態(tài)法是指反應(yīng)物不連續(xù)加入反應(yīng)器，產(chǎn)物也不連續(xù)移去的實驗方法；流動法則相反，反應(yīng)物不斷穩(wěn)定地進入反應(yīng)器發(fā)生催化反應(yīng)，離開反應(yīng)器后再分析其產(chǎn)物的組成。

29、使用流動法時，當(dāng)流動的體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，反應(yīng)物的濃度就不隨時間而變化。流動法操作難度較大，計算也比靜態(tài)法麻煩，保持體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)是其成功的關(guān)鍵，因此各種實驗條件(溫度、壓力、流量等)必須恒定，另外，應(yīng)選擇合理的流速，流速太大時反應(yīng)物與催化劑接觸時間不夠，反應(yīng)不完全，流速太小則氣流的擴散影響顯著，有時會引起副反應(yīng)。本實驗采用流動法測量zno催化劑在不同溫度下對甲醇分解反應(yīng)的催化活性。近似認(rèn)為該反應(yīng)無副反應(yīng)發(fā)生(即有單一的選擇性)，反應(yīng)式為： ch3oh(氣) co(氣)+2h2(氣)反應(yīng)在圖2-23-1所示的實驗裝置中進行。氮氣的流量由毛細(xì)管流速計監(jiān)控，氮氣流經(jīng)預(yù)飽和器、飽和器，在飽和器溫度

30、下達(dá)到甲醇蒸氣的吸收平衡?；旌蠚膺M入管式爐中的反應(yīng)管與催化劑接觸而發(fā)生反應(yīng)，流出反應(yīng)器的混合物中有氮氣、未分解的甲醇、產(chǎn)物一氧化碳及氫氣。流出氣前進時為冰鹽冷卻劑致冷，甲醇蒸氣被冷凝截留在捕集器中，最后由濕式氣體流量計測得的是氮氣、一氧化碳、氫氣的流量。如若反應(yīng)管中無催化劑 則測得的是氮氣的流量。根據(jù)這兩個流量便可計算出反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳及氫氣的體積，據(jù)此，可獲得催化劑的活性大小。圖2-23-1 氧化鋅活性測量裝置 1-氮氣鋼瓶；2-穩(wěn)流閥；3-毛細(xì)管流速計；4-緩沖瓶；5-預(yù)飽和器；6-飽和器；7-反應(yīng)管；8-管式爐；9-熱電偶；10-控溫儀；11-捕集器；12-冰鹽冷劑；13-杜瓦瓶；14-

31、濕式流量計 指定條件下催化劑的催化活性以每克催化劑使100g甲醇分解掉的克數(shù)表示。催化活性 (1)nch3oh 和nch3oh分別為進入反應(yīng)管及分解掉的甲醇的摩爾數(shù)近似認(rèn)為體系的壓力為實驗時的大氣壓， 因此p體系p大氣壓pch3oh p n2 (2)式中，pch3oh為40時的甲醇的飽和蒸氣壓；p n2為體系中n2分壓。根據(jù)道爾頓分壓定律： (3)可得30min內(nèi)進入反應(yīng)管的甲醇摩爾數(shù) nch3oh ，式中，nn2為30min內(nèi)進入反應(yīng)管的n2的摩爾數(shù)。由理想氣體狀態(tài)方程 p大氣壓vch3oh nch3ohrt可得分解掉甲醇的摩爾數(shù)nch3oh。其中；t為濕式流量計上指示的溫度。三、儀器試劑實

32、驗裝置(管式爐，控溫儀，飽和器，濕式流量計，氮氣鋼瓶等)1套。甲醇(a.r.)；zno催化劑(實驗室自制)。四、實驗步驟1. 檢查裝置各部件是否接妥，預(yù)飽和器溫度為(43.00.1)；飽和器溫度為(40.0 0.1). 杜瓦瓶中放入冰鹽水。2. 將空反應(yīng)管放入爐中，按第一篇第二章氣體壓力及流量的測量中的說明開啟氮氣鋼瓶，通過穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)氣體流量(觀察濕式流量計)在(1005)mlmin-1內(nèi)，記下毛細(xì)管流速計的壓差。開啟控溫儀使?fàn)t子升溫到350。在爐溫恒定、毛細(xì)管流速計壓差不變的情況下，每5min記錄濕式流量計讀數(shù)一次，連續(xù)記錄30min。3. 用粗天平稱取4g催化劑，取少量玻璃棉置于反應(yīng)管中，

33、為使裝填均勻，一邊向管內(nèi)裝催化劑，一邊輕輕轉(zhuǎn)動管子，裝完后再于上部復(fù)蓋少量玻璃棉以防松散，催化劑的位置應(yīng)處于反應(yīng)管的中部。4. 將裝有催化劑的反應(yīng)管裝入爐中，熱電偶剛好處于催化劑的中部，控制毛細(xì)管流速計的壓差與空管時完全相同，待其不變及爐溫恒定后，每5min記錄濕式流量計讀數(shù)一次，連續(xù)記錄30min。5. 調(diào)節(jié)控溫儀使?fàn)t溫升至420，不換管，重復(fù)步驟4的測量。經(jīng)教師檢查數(shù)據(jù)后停止實驗。五、注意事項 實驗中應(yīng)確保毛細(xì)管流速計的壓差在有無催化劑時均相同。 系統(tǒng)必須不漏氣。 實驗前需檢查濕式流量計的水平和水位，并預(yù)先運轉(zhuǎn)數(shù)圈，使水與氣體飽和后方可進行計量。六、數(shù)據(jù)處理1. 以空管及裝入催化劑后不同爐

34、溫時的流量對時間作圖，得三條直線，并由三條直線分別求出30min內(nèi)通入n2的體積v n2和分解反應(yīng)所增加的體積v n2co。2. 計算30min內(nèi)進入反應(yīng)管的甲醇質(zhì)量 wch3oh。3. 計算30min內(nèi)不同溫度下，催化反應(yīng)中分解掉甲醇的質(zhì)量wch3oh。4. 計算不同溫度下zno催化劑的活性。 指導(dǎo)教師：楊孝林 報告正文課程名稱：物理化學(xué)實驗日期： 2013年 12月 2 日 編號no： 5 開始時間： 9時 30 分； 結(jié)束時間：11時00分；實驗題目：實驗室制取氧氣及其性質(zhì)同 組 者：陳三寶一、 實驗?zāi)康模?、掌握實驗室制取氧氣的方法 2、掌握氧氣的性質(zhì)二、 實驗器材：導(dǎo)氣管，試管，集氣瓶，酒精燈，水槽，燃燒匙三、 實驗藥品