物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義2015

1、重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)馮霞 王存2015年3月實(shí)驗(yàn)一 用氧彈量熱計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、明確燃燒熱的定義，了解定壓燃燒熱與定容燃燒熱的差別；2、了解氧彈量熱計(jì)的主要組成及作用，掌握氧彈量熱計(jì)的操作技術(shù)；3、學(xué)會(huì)雷諾圖解法，校正體系漏熱引起的溫度改變值。二、實(shí)驗(yàn)原理 燃燒熱是指1摩爾物質(zhì)完全氧化時(shí)的反應(yīng)熱。燃燒反應(yīng)是量熱研究中最常見(jiàn)的類型之一。量熱通常包括物質(zhì)計(jì)量和熱量測(cè)定兩大部分熱量的測(cè)定一般是通過(guò)溫度測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。燃燒熱的測(cè)定，除了有其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值外，還可以用于求算化合物的生成熱、鍵能等。燃燒熱可在恒容或恒壓情況下測(cè)定。由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非膨脹功情況下

2、，恒容反應(yīng)熱QVU，恒壓反應(yīng)熱QpH。在氧彈式量熱計(jì)中所測(cè)燃燒熱為QV，而一般熱化學(xué)計(jì)算用的值為Qp，這兩者可通過(guò)下式進(jìn)行換算：QpQV nRT(1)式中：n為反應(yīng)前后生成物與反應(yīng)物中氣體的摩爾數(shù)之差；R為摩爾氣體常數(shù)；T為反應(yīng)溫度(K)。熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的量熱計(jì)有環(huán)境（外殼）恒溫式量熱計(jì)和絕熱式量熱計(jì)兩種。本實(shí)驗(yàn)采用前一種測(cè)量方法。圖1 環(huán)境恒溫式氧彈量熱計(jì) 1.氧彈；2.溫度傳感器；3.內(nèi)筒；4.空氣隔層；5.外筒；6.攪拌 圖2絕熱式氧彈量熱計(jì) 1.數(shù)字溫差測(cè)量?jī)x；2.內(nèi)桶攪拌器；3. 氧彈；4. 外筒攪拌筒；5.外筒攪拌器；6. 外桶放水龍頭；7加熱板；8.外桶；9水帽；10內(nèi)桶 下面是

3、SHR-15燃燒熱實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。 攪拌棒 外筒 內(nèi)筒 墊腳 氧彈 傳感器 點(diǎn)火按鍵 電源開(kāi)關(guān) 攪拌開(kāi)關(guān) 點(diǎn)火輸出負(fù)極 點(diǎn)火輸出正極 攪拌指示燈 電源指示燈點(diǎn)火指示燈用氧彈卡計(jì)測(cè)定物質(zhì)的燃燒熱是在恒容條件下進(jìn)行的，所以測(cè)得的為恒容燃燒熱（QVm）。當(dāng)一定量待測(cè)物質(zhì)樣品在氧彈中完全燃燒時(shí)放出的熱量使卡計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用水）的溫度升高。通過(guò)測(cè)定燃燒前后卡計(jì)（包括氧彈周圍介質(zhì)）溫度的變化值，就可以求算出該樣品的燃燒熱。其關(guān)系式如下：(2)式中：m為待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量(g)；Mr為待測(cè)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。 QVm為待測(cè)物質(zhì)的恒容燃燒熱；Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃燒熱（如果點(diǎn)火絲用鐵絲，則Q點(diǎn)火絲 =

4、6.694kJ/g）；m點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的質(zhì)量；T為樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值；W卡為量熱計(jì)的水當(dāng)量，它可以通過(guò)已知燃燒熱的標(biāo)準(zhǔn)物（如苯甲酸，它的恒容燃燒熱QV=26460kJ/g）來(lái)標(biāo)定。測(cè)得W卡后，就可以利用（2）式通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其他物質(zhì)的燃燒熱由圖可知，環(huán)境恒溫式量熱計(jì)的最外層是溫度恒定的水夾套，當(dāng)氧彈中的樣品開(kāi)始燃燒時(shí)，內(nèi)桶與外層水夾套之間有少許熱交換，因此不能直接測(cè)出初溫和最高溫度，需要由溫度時(shí)間曲線(即雷諾曲線)進(jìn)行確定。雷諾曲線： 絕熱較差時(shí)的雷諾校正圖 絕熱良好時(shí)的雷諾校正圖 三、儀器與試劑HR-15A氧彈式熱量計(jì)，HR-15B數(shù)字顯示電控器氧氣鋼瓶，氧氣減壓閥，充氧器，壓片器

5、，容量瓶（2L，1L）萘（AR）；苯甲酸（AR）；點(diǎn)火絲 四、 實(shí)驗(yàn)步驟（一）量熱計(jì)的水當(dāng)量（W卡）的測(cè)定1、苯甲酸壓片 稱取苯甲酸約0.6g，準(zhǔn)確稱取約10cm長(zhǎng)的點(diǎn)火絲，記錄下燃燒前的點(diǎn)火絲精確質(zhì)量。將燃燒絲成V型放在壓片機(jī)內(nèi)，再加入苯甲酸使絲包埋中間，絲兩端留在外，壓片成型。準(zhǔn)確稱取其質(zhì)量，記錄下苯甲酸壓片后精確質(zhì)量。2、 氧彈內(nèi)部安裝 在氧彈中加10mL去離子水，把盛有苯甲酸片的坩堝放于氧彈內(nèi)的坩堝架上，連接好點(diǎn)火絲，蓋上氧彈蓋，一定要上緊彈蓋。燃燒絲與兩電極及樣品片一定要接觸良好，而且不能有短路。燃燒絲不能接觸坩堝！ 用萬(wàn)用表檢查氧彈上導(dǎo)電的兩極是否通路，若不通，打開(kāi)彈蓋進(jìn)行檢查。3

6、、 氧彈充氧 將充氧器閥口接在氧彈頂進(jìn)氣閥上，按下充氣手柄（一定要按緊，使充氧器閥口緊緊扣住進(jìn)氣閥）。 充氧：把減壓閥關(guān)好，逆時(shí)針?lè)较蚵_(kāi)啟氧氣鋼瓶上總氣閥90度，充氧氣約30s此時(shí)分壓表指示壓力為1.5MPa。 拆除充氧：先順時(shí)針關(guān)閉氧氣鋼瓶總閥，然后快速上拉充氣手柄，使充氧器與氧彈脫離，可聽(tīng)到短促的放氣聲。 關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。 充氣后再用萬(wàn)用表檢查氧彈上導(dǎo)電的兩極是否通路，若不通，則需放出氧氣，打開(kāi)彈蓋進(jìn)行檢查。4、 量熱計(jì)組裝 先把氧彈放置于桶內(nèi)，然后向其注入3L自來(lái)水（用容量瓶量），（先注水后放氧彈，手上會(huì)待一定的水，有損失。）連接上點(diǎn)火電極，之后蓋好量熱計(jì)蓋并

7、插入熱電阻溫度計(jì)（傳感器）。5、 苯甲酸燃燒和測(cè)量工作： 開(kāi)啟攪拌器，再按時(shí)間控制半分鍵, 選擇計(jì)數(shù)時(shí)間間距為半分; 按恢復(fù)鍵,使計(jì)數(shù)時(shí)間歸零。攪拌5分鐘，使體系達(dá)溫度基本穩(wěn)定。前期測(cè)量: 待溫度變化基本穩(wěn)定后，開(kāi)始讀點(diǎn)火前最初階段的溫度，每半分讀取溫度一次，共10次之后快速按點(diǎn)火鍵。 主期測(cè)量：指示燈亮后熄滅表示著火，接上次測(cè)量，每半分讀取溫度一次，直至溫度升到最高。至溫度開(kāi)始下降后，再讀取最后階段的10次讀數(shù)，便可停止實(shí)驗(yàn)。清理工作：停止實(shí)驗(yàn)后關(guān)閉攪拌器，先取下熱電阻溫度計(jì)，再打開(kāi)量熱計(jì)蓋，取出氧彈并將其拭干，用放氣閥壓于氧彈頂上，下壓放氣。（不放氣，會(huì)發(fā)生爆炸?。┓磐隁夂螅瑪Q開(kāi)彈蓋，檢查

8、燃燒是否安全，若彈內(nèi)有炭黑或未燃燒的時(shí)，則應(yīng)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)失敗。若燃燒完全，則將燃燒后剩下的點(diǎn)火絲在分析天平上稱量，記錄下燃燒后的點(diǎn)火絲精確的質(zhì)量。最后，倒去水桶中的水，用毛巾擦干全部設(shè)備，以待進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。（二）萘的燃燒熱測(cè)定用臺(tái)稱稱取萘約0.5g，按上法進(jìn)行壓片、燃燒、測(cè)量等實(shí)驗(yàn)，反復(fù)二次。實(shí)驗(yàn)完畢后,倒去水桶中的水，用手巾擦干全部設(shè)備，以待進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、苯甲酸的溫度記錄過(guò)程苯甲酸壓片后精確質(zhì)量為 g燃燒前的點(diǎn)火絲精確質(zhì)量為 g燃燒后的點(diǎn)火絲精確質(zhì)量為 g未點(diǎn)火前的溫度測(cè)量，30s每次點(diǎn)火后的溫度測(cè)量，30s每次次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/111213121

9、222323132333414243451525356162636717273781828389192939102030402、萘的溫度記錄過(guò)程萘壓片后精確質(zhì)量為 g燃燒前的點(diǎn)火絲精確質(zhì)量為 g燃燒后的點(diǎn)火絲精確質(zhì)量為 g未點(diǎn)火前的溫度測(cè)量，30s每次點(diǎn)火后的溫度測(cè)量，30s每次次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/次數(shù)溫度/11121312122232313233341424345152535616263671727378182838919293910203040六、思考題1、說(shuō)明恒壓熱與恒容熱的區(qū)別與聯(lián)系。2、使用氧氣鋼瓶要注意哪些問(wèn)題？3、在燃燒焓測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，哪些因素容易造成誤差？如何提高實(shí)驗(yàn)的

10、準(zhǔn)確度？七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、注意壓片的緊實(shí)程度，壓片時(shí)應(yīng)不松不緊，以保證其可以完全燃燒，且不會(huì)散開(kāi)。燃燒絲需壓入片內(nèi)，若壓在浮面上，會(huì)引起樣品熔化面脫落，燃燒不完全或不燃燒。2、燃燒絲與兩電極及樣品片一定要接觸良好，而且不能有短路。燃燒絲不能接觸燃燒干堝。3、使用氧氣鋼瓶，一定要按照要求操作，注意安全。往氧彈內(nèi)充入氧氣時(shí)，一定不能超過(guò)指定的壓力（1.5MPa)，以免發(fā)生危險(xiǎn)。氧氣瓶在開(kāi)總閥前要檢查減壓閥是否關(guān)好；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要關(guān)上鋼瓶總閥，注意排凈余氣，使指針回零。4、溫度記錄是在攪拌5min后開(kāi)始的（此時(shí)體系溫度達(dá)到穩(wěn)定）。5、內(nèi)筒中加3000mL水后若有氣泡逸出，說(shuō)明氧彈漏氣，設(shè)法排除。6、

11、氧彈位置一定要與水桶內(nèi)位置吻合。如實(shí)驗(yàn)失敗需要重新再做的話，應(yīng)把氧彈從水桶中提出，用放氣器緩緩放氣，使其內(nèi)部的氧氣徹底排清，才能重新再做，否則會(huì)發(fā)生爆炸。往水桶內(nèi)添水時(shí)，應(yīng)注意避免把水濺濕氧彈的電極，使其短路。八、文獻(xiàn)參考值苯甲酸的恒容燃燒熱Qv：-26.460kJ/g(298.15K)萘的恒壓燃燒熱Qp：-5153.9 kJ/mol(298.15K)1MPa=10atm，1atm為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。實(shí)驗(yàn)二 中和熱的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解中和熱的概念。2. 了解用量熱計(jì)來(lái)直接測(cè)定反應(yīng)熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和操作技能。3. 學(xué)習(xí)用圖解法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以求得正確T的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在一定的溫

12、度、壓力和濃度下，強(qiáng)酸和強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol液態(tài)水時(shí)放出的熱量叫做中和熱。1. 必須是酸和堿的稀溶液，因?yàn)闈馑崛芤汉蜐鈮A溶液在相互稀釋時(shí)會(huì)放熱；2. 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的稀溶液反應(yīng)才能保證H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)中和熱均為57.3 kJmol-1，而弱酸或弱堿在中和反應(yīng)中由于電離吸收熱量，其反應(yīng)熱小于57.3 kJmol-1； 3以生成1 mol水為基準(zhǔn)。強(qiáng)酸和強(qiáng)堿在水溶液中幾乎完全電離，熱化學(xué)方程式可用離子方程式表示:H+ + OH H2O在足夠稀釋的情況下中和熱幾乎是相同的，在25時(shí)： H中和 = 57.3kJmol-1 值得注意的是：中和熱是以生成1 mol H2O所放

13、出的熱量來(lái)測(cè)定的，因此書寫它們的熱化學(xué)方程式時(shí)，應(yīng)以生成1 mol水為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)配平其余物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，例如：KOH(aq)+ 1/2H2SO4(aq)=1/2K2SO4(aq)+H2O(l) H=573 kJ/mol若所用的酸(或堿)只是部分電離的，當(dāng)其和強(qiáng)堿(或強(qiáng)酸)發(fā)生中和反應(yīng)時(shí)，其熱效應(yīng)是中和熱和解離熱的代數(shù)和。例如，醋酸和氫氧化鈉的反應(yīng)，則與上述強(qiáng)堿、強(qiáng)酸的中和反應(yīng)不同，因?yàn)樵谥泻头磻?yīng)之前，首先是弱酸進(jìn)行解離，然后才與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)，反應(yīng)為： 總反應(yīng)： 由此可見(jiàn)，H是弱酸與強(qiáng)堿中和反應(yīng)的總熱效應(yīng)，它包括中和熱和電離熱兩部分。根據(jù)蓋斯定律可知，如果測(cè)得這一反應(yīng)的H和H中和。就可以計(jì)算出

14、弱酸的電離熱H解離。即： HH中和H解離 H解離HH中和 （1）如果中和反應(yīng)是在絕熱良好的杜瓦瓶中進(jìn)行，讓酸和堿的起始溫度相同，同時(shí)使酸稍微過(guò)量，以使堿能被中和完全，則中和放出的熱量可以全部為溶液和量熱計(jì)所吸收，這時(shí)可寫出如下的熱平衡式： （2）式中 C堿堿的濃度（molL-1）； V堿堿的體積（mL）；H中和反應(yīng)溫度下的中和熱（Jmol-1）； K量熱計(jì)常數(shù)（J-1）；(指加熱此量熱器系統(tǒng)，使溫度升高1 度所需的熱量) T溶液真實(shí)溫差，可用雷諾圖解法求得。 測(cè)定量熱計(jì)熱容K有兩種方法：化學(xué)標(biāo)定法和電熱標(biāo)定法。前者是將已知熱效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品放在量熱計(jì)中反應(yīng)使其放出一定熱量；后者是在溶液中輸入一定

15、的電能，然后根據(jù)己知熱量和溫升，按(2)式計(jì)算出K。前一種方法可以用強(qiáng)酸(HCl)和強(qiáng)堿(NaOH)在量熱計(jì)中反應(yīng)，利用其己知的中和熱和測(cè)得的溫升，計(jì)算量熱計(jì)熱容量。測(cè)得量熱計(jì)的熱容量K后，就可以在相同條件下測(cè)定未知反應(yīng)的反應(yīng)熱了。三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑SWC-ZH中和熱（焓）測(cè)定裝置 1套；量筒（500ml ） 1個(gè)；量筒（50ml ） 3個(gè)；1mol/L NaOH溶液、1mol/L HCl溶液、1mol/L CH3COOH溶液四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 儀器準(zhǔn)備（1）打開(kāi)機(jī)箱蓋，將儀器平穩(wěn)地放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將傳感器PT100插頭接入后面版?zhèn)鞲衅髯?，用配置的加熱功率輸出線接入“I+”、“I-”“紅-紅”、“

16、蘭-蘭”，接入220V電源。（2）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，儀器處于待機(jī)狀態(tài)，待機(jī)指示燈亮，預(yù)熱十分鐘。（3）將量熱杯放在反應(yīng)器的固定架上。2. 量熱計(jì)常數(shù)K的測(cè)定1）用布擦凈量熱杯，量取500ml蒸餾水注入其中，放入攪拌磁珠，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。2）將O型圈（調(diào)節(jié)傳感器插入深度）套入傳感器并將傳感器插入量熱杯中（不要與加熱絲相碰），將功率輸入線兩端接在電熱絲兩接頭上。按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測(cè)試狀態(tài)（測(cè)試指示燈亮），調(diào)節(jié)“加熱功率”調(diào)節(jié)旋鈕，使其輸出為所需功率（一般為2.5W），再次按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到待機(jī)狀態(tài)，并取下加熱絲兩端任一夾子。3）待溫度基本穩(wěn)定后，按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測(cè)試狀態(tài)，儀器對(duì)溫差自動(dòng)采

17、零，設(shè)定“定時(shí)”30s，蜂鳴器響，記錄一次溫度。4）當(dāng)記下第十個(gè)讀數(shù)時(shí)，夾上取下的加熱絲一端的夾子，此時(shí)為加熱的開(kāi)始時(shí)刻。連續(xù)記錄溫度和計(jì)時(shí)，根據(jù)溫度變化大小可調(diào)整讀數(shù)的間隔，但必須連續(xù)計(jì)時(shí)。5）待溫度升高0.81.0時(shí)，取下加熱絲一端的夾子，并記錄通電時(shí)間t。繼續(xù)攪拌，每間隔30s記錄一次溫度，測(cè)10個(gè)點(diǎn)為止。6）用作圖法求出由于通電而引起的溫度變化T1。（用雷諾校正法確定）。按上述操作方法再重復(fù)兩次，取其平均值。3. 中和熱的測(cè)定1）將量熱杯中的水倒掉，用干布擦凈，重新用量筒取400ml蒸餾水注入其中，然后加入50ml1moldm-3的HCl溶液。再取50ml1moldm-3的NaOH溶液

18、注入堿儲(chǔ)液管中，仔細(xì)檢查是否漏液。2）適當(dāng)調(diào)節(jié)磁珠的轉(zhuǎn)速，每30s記錄一次溫度，記錄5分鐘。3）然后迅速拔出玻璃棒，加入堿溶液（不要用力過(guò)猛，以免相互碰撞而損壞儀器）。繼續(xù)每隔15s記錄一次溫度（注意整個(gè)過(guò)程時(shí)間是連續(xù)記錄的）。4）加入堿溶液后，溫度上升，待體系中溫差幾乎不變時(shí)，繼續(xù)攪拌，每間隔30s記錄一次溫度，測(cè)10個(gè)點(diǎn)為止。5） 用作圖法確定T2。按上述操作方法再重復(fù)兩次，取其平均值。4. 醋酸解離熱的測(cè)定 用1mol/L CH3COOH溶液代替HCl溶液，重復(fù)上述3操作，求出T3。5、 數(shù)據(jù)記錄與處理1、 量熱計(jì)常數(shù)的測(cè)定加熱功率P(W): 通電時(shí)間t(s):每30秒記錄一次，通電加熱

19、前的溫度（）每30秒記錄一次，通電加熱后的溫度（），從左到右記錄用雷諾校正作圖法確定T1 （分別做出3次實(shí)驗(yàn)的雷諾校正曲線）。2、 中和熱的測(cè)定每30秒記錄一次，反應(yīng)前的溫度（）每15秒記錄一次，反應(yīng)后的溫度（），待溫度變緩，再每30秒記錄一次。從左到右記錄用雷諾校正作圖法確定T2 （分別做出3次實(shí)驗(yàn)的雷諾校正曲線）。3、醋酸解離熱的測(cè)定每30秒記錄一次，反應(yīng)前的溫度（）每15秒記錄一次，反應(yīng)后的溫度（），待溫度變緩，再每30秒記錄一次。從左到右記錄用雷諾校正作圖法確定T3 （分別做出3次實(shí)驗(yàn)的雷諾校正曲線）。4、將數(shù)據(jù)處理整理填入下表：P= t=實(shí)驗(yàn)次數(shù)T值T1T2T311）量熱計(jì)常數(shù)的計(jì)算

20、由實(shí)驗(yàn)可知，通電所產(chǎn)生的熱量使量熱計(jì)溫度上升，由焦耳楞次定律可得： (3)（3）式中：Q為通電所產(chǎn)生的熱量(J)；J為電流強(qiáng)度(A)；U為電壓(V)；P為加熱功率P(W)；t為通電時(shí)間(s)；T為通電使溫度升高的數(shù)值()；K為量熱計(jì)常數(shù)，其物理意義是量熱計(jì)每升高1所需之熱量。它是由杜瓦瓶以及其中儀器和試劑的質(zhì)量和比熱所決定的。當(dāng)使用某一固定量熱計(jì)時(shí)，K為常數(shù)。由(1)式可得： (4)將T1(平均值)代入(4)式，求出量熱計(jì)常數(shù)K。2）中和熱的計(jì)算反應(yīng)的摩爾熱效應(yīng)可表示為： (5)式中：C為溶液的濃度（mol/L)；V為溶液的體積(mL)；T為體系的溫度升高值(）。利用(5)式，將K及T2(平均

21、值)代入，求出鹽酸與氫氧化鈉溶液的中和反應(yīng)的摩爾中和熱H中和。3）弱酸強(qiáng)堿解離熱的計(jì)算 利用(5)式，將K及T3(平均值)代入，求出弱酸與強(qiáng)堿中和反應(yīng)的摩爾熱效應(yīng)H。利用蓋斯定律求出弱酸分子的摩爾解離熱H解離，即：H解離HH中和 。六、思考討論題1、試分析測(cè)量中影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素有哪些？SWC-ZH中和熱（焓）測(cè)定裝置說(shuō)明書一、簡(jiǎn)介 在一定溫度和濃度下，酸和堿進(jìn)行中和反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)稱為中和熱。對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，由于它們?cè)谒型耆怆x，中和反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是H+與OH的反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)裝置抓住此實(shí)質(zhì)研制出一體化的中和熱實(shí)驗(yàn)裝置，它將溫度溫差儀、恒流源、量熱計(jì)、磁力攪拌器等集成一體。具有體積小，重量輕、便于

22、攜帶，顯示清晰直觀，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定等特點(diǎn)，是院校做中和熱實(shí)驗(yàn)的理想實(shí)驗(yàn)裝置。二、技術(shù)指標(biāo)及使用條件1、技術(shù)指標(biāo)最大加熱功率12W溫度測(cè)量范圍-50150溫度測(cè)量分辯率0.01溫差測(cè)量范圍19.999溫差測(cè)量分辯率0.001輸出信號(hào)RS-232C串行口（可選配）2、使用條件電源：220V10%，50HZ環(huán)境：溫度-550，濕度85% 無(wú)腐蝕性氣體的場(chǎng)合三、面板示意圖（一）前面板示意圖1、電源開(kāi)關(guān)。2、串行口：計(jì)算機(jī)接口。（可選配）3、增、減鍵按鈕：按增、減鍵設(shè)置所需定時(shí)時(shí)間。4、調(diào)速旋鈕：調(diào)節(jié)磁力攪拌器的速率。5、加熱功率旋鈕：根據(jù)需要調(diào)節(jié)所需輸出加熱的功率。6、狀態(tài)轉(zhuǎn)換鍵：測(cè)試功能與待機(jī)功能之間

23、的轉(zhuǎn)換。7、正極接線柱：負(fù)載的正極接入處。8、負(fù)極接線柱：負(fù)載的負(fù)極接入處。9、接地接線柱。10、溫差采零鍵：在待機(jī)狀態(tài)下，按下此鍵對(duì)溫差進(jìn)行清零。11、測(cè)試指示燈：燈亮表明儀器處于測(cè)試工作狀態(tài)。12、待機(jī)指示燈：燈亮表明儀器處于待機(jī)工作狀態(tài)。13、定時(shí)顯示窗口：顯示所設(shè)定的定時(shí)時(shí)間間隔。14、溫度顯示窗口：顯示所測(cè)物的溫度值。15、溫差顯示窗口：顯示溫差值。16、加熱功率顯示窗口：顯示輸出的加熱功率值。17、固定架：固定中和熱反應(yīng)器。（二）后面板示意圖1、 保險(xiǎn)絲：2A。2、 電源插座：與220V連接。3、 傳感器插座：將傳感器插頭插入此插座。（三）量熱杯四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、打開(kāi)機(jī)箱蓋，將

24、儀器平穩(wěn)地放在試驗(yàn)臺(tái)上，將傳感器PT100插頭接入后面板傳感器座，用配置的加熱功率輸出線接入“I+”、“I-”，“紅-紅”、“蘭-蘭”，接入220V電源。2、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，儀器處于待機(jī)狀態(tài)，待機(jī)指示燈亮，如圖所示，預(yù)熱十分鐘。3、將量熱杯放到反應(yīng)器的固定架上。（一）熱量計(jì)常數(shù)K的測(cè)定1）用布擦凈量熱杯，量取500ml蒸餾水注入其中，放入攪拌磁珠，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。2）將O型圈（調(diào)節(jié)傳感器插入深度）套入傳感器并將傳感器插入量熱杯中（不要與加熱絲相碰），將功率輸入線兩端接在電熱絲兩接頭上。按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測(cè)試狀態(tài)（測(cè)試指示燈亮），調(diào)節(jié)“加熱功率”調(diào)節(jié)旋鈕，使其輸出為所需功率（一般為2.5W），

25、再次按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到待機(jī)狀態(tài)，并取下加熱絲兩端任一夾子。3）待溫度基本穩(wěn)定后，按“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”鍵切換到測(cè)試狀態(tài)，儀器對(duì)溫差自動(dòng)采零，設(shè)定“定時(shí)”60s，蜂鳴器響，記錄一次溫差值即1分鐘記錄1次。4）當(dāng)記下第十個(gè)讀數(shù)時(shí)，夾上取下的加熱絲一端的夾子，此時(shí)為加熱的開(kāi)始時(shí)刻。連續(xù)記錄溫差和計(jì)時(shí)，根據(jù)溫度變化大小可調(diào)整讀數(shù)的間隔，但必須連續(xù)計(jì)時(shí)。5）待溫度升高0.81.0時(shí)，取下加熱絲一端的夾子，并記錄通電時(shí)間t。繼續(xù)攪拌，每間隔一分鐘記錄一次溫差，測(cè)10個(gè)點(diǎn)為止。6）用作圖法求出由于通電而引起的溫度變化T1。（用雷諾校正法確定）。（二）中和熱的測(cè)定1）將量熱杯中的水倒掉，用干布擦凈，重新用量筒取4

26、00ml蒸餾水注入其中，然后加入50ml 1moldm-3的HCl溶液。再取50ml 1moldm-3的NaOH溶液注入堿儲(chǔ)液管中，仔細(xì)檢查是否漏液。2）適當(dāng)調(diào)節(jié)磁珠的轉(zhuǎn)速，每分鐘記錄一次溫差，記錄10分鐘。3）然后迅速拔出玻璃棒，加入堿溶液（不要用力過(guò)猛，以免相互碰撞而損壞儀器）。繼續(xù)每隔一分鐘記錄一次溫差（注意整個(gè)過(guò)程時(shí)間是連續(xù)記錄的，如溫度上升很快可改為30s記錄一次溫差）。4）加入堿溶液后，溫度上升，待體系中溫差幾乎不變并維持一段時(shí)間即可停止測(cè)量。5） 用作圖法確定T2。（三）醋酸解離熱的測(cè)定用1moldm-3CH3COOH溶液代替HCl溶液，重復(fù)上述2操作，求出T3。（四）將作圖法求

27、得的T1、加熱功率P和通電時(shí)間t代入下式中，計(jì)算出熱量計(jì)常數(shù)K。1）將熱量計(jì)常數(shù)K及作圖法求得的T2、T3分別代入下式中（式中C=1moldm-3，V=50ml），計(jì)算出rH中和和rHm。 2）將rH中和和rHm代入下式中，計(jì)算出醋酸摩爾解離熱rH解離。rH解離=rHmrH中和五、注意事項(xiàng)1、在三次測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)盡量保持測(cè)定條件的一致。如水和酸堿溶液體積的量取，攪拌速度的控制，初始狀態(tài)的水溫等。2、實(shí)驗(yàn)所用的1moldm-3NaOH、HCl和Hac溶液應(yīng)準(zhǔn)確配制，必要時(shí)可進(jìn)行標(biāo)定。3、實(shí)驗(yàn)所求的rH中和和rHm均為一摩爾反應(yīng)的中和熱，因此當(dāng)HCl和Hac溶液濃度非常準(zhǔn)確時(shí)，NaOH溶液的用量可

28、稍稍過(guò)量，以保證酸完全被中和。反之，當(dāng)NaOH溶液濃度準(zhǔn)確時(shí)，酸可稍稍過(guò)量。4、在電加熱測(cè)定溫差T1過(guò)程中，要經(jīng)常察看功率是否保持恒定，此外，若溫度上升較快，可改為每半分鐘記錄一次。5、在測(cè)定中和反應(yīng)時(shí)，當(dāng)加入堿液后，溫度上升很快，要讀取溫差上升所達(dá)的最高點(diǎn)，若溫度是一直上升而不下降，應(yīng)記錄上升變緩慢的開(kāi)始溫度及時(shí)間，只有這樣才能保證作圖法求得T的準(zhǔn)確性。六、雷諾校正用雷諾圖（溫度時(shí)間曲線），確定試驗(yàn)中的T。如下圖所示。圖中ab段表示實(shí)驗(yàn)前期，b點(diǎn)相當(dāng)于開(kāi)始加熱點(diǎn)；bc段相當(dāng)于反應(yīng)期；cd段則為后期。由于量熱計(jì)與周圍環(huán)境有熱量交換，所以曲線ab和索 cd常常發(fā)生傾斜，在實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的溫度變化值

29、T實(shí)際上是按如下方法確定：取b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度T1，c點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度為T2，其平均溫度（T1+ T2）/2為T，經(jīng)過(guò)T點(diǎn)作橫作標(biāo)的平行線TO與曲線abcd相交于O點(diǎn)，然后通過(guò)O點(diǎn)作垂線AB，垂線與ab線和cd線的延長(zhǎng)線分別交于E、F兩點(diǎn)，則E、F兩點(diǎn)所表示的溫度差即為所求的溫度變化值T。圖中EE表示環(huán)境輻射進(jìn)來(lái)的熱量所造成的溫度升高，這部分并分應(yīng)當(dāng)扣除的；而FF/表示量熱計(jì)向環(huán)境輻射出的熱量所造成的溫度降低，這部分是應(yīng)當(dāng)加入的。經(jīng)過(guò)上述溫度校正所得的溫度差EF表示了由于樣品發(fā)生反應(yīng)，使量熱計(jì)溫度升高的數(shù)值。如果量熱計(jì)絕熱性較好，則反應(yīng)期的溫度并不下降，在這種情況下的T仍然按著上述方法進(jìn)行校正如圖

30、（2）所示。實(shí)驗(yàn)三 環(huán)己烷乙醇雙液系氣液平衡相圖一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定常壓下環(huán)己烷乙醇二元系統(tǒng)的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪制沸點(diǎn)組成相圖。2掌握雙組分沸點(diǎn)的測(cè)定方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解分餾原理。3掌握阿貝折射儀的使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理 兩種液體物質(zhì)混合而成的兩組分體系稱為雙液系。根據(jù)兩組分間溶解度的不同，可分為完全互溶、部分互溶和完全不互溶三種情況。兩種揮發(fā)性液體混合形成完全互溶體系時(shí)，如果該兩組分的蒸氣壓不同，則混合物的組成與平衡時(shí)氣相的組成不同。當(dāng)壓力保持一定，混合物沸點(diǎn)與兩組分的相對(duì)含量有關(guān)。 恒定壓力下，真實(shí)的完全互溶雙液系的氣液平衡相圖（Tx），根據(jù)體系對(duì)拉烏爾定律的偏差情況，可分為3類：（1）一般偏

31、差：混合物的沸點(diǎn)介于兩種純組分之間，如甲苯苯體系，如圖2.7(a)所示。（2）最大負(fù)偏差：存在一個(gè)最小蒸汽壓值，比兩個(gè)純液體的蒸汽壓都小，混合物存在著最高沸點(diǎn)，如鹽酸水體系，如圖2.7(b)所示。（3）最大正偏差：存在一個(gè)最大蒸汽壓值，比兩個(gè)純液體的蒸汽壓都大，混合物存在著最低沸點(diǎn)如圖2.7(c)）所示。圖2.7 二組分真實(shí)液態(tài)混合物氣液平衡相圖（T-x圖） 后兩種情況為具有恒沸點(diǎn)的雙液系相圖。它們?cè)谧畹突蜃罡吆惴悬c(diǎn)時(shí)的氣相和液相組成相同，因而不能象第一類那樣通過(guò)反復(fù)蒸餾的方法而使雙液系的兩個(gè)組分相互分離，而只能采取精餾等方法分離出一種純物質(zhì)和另一種恒沸混合物。 為了測(cè)定雙液系的Tx相圖，需在

32、氣液平衡后，同時(shí)測(cè)定雙液系的沸點(diǎn)和液相、氣相的平衡組成。本實(shí)驗(yàn)以環(huán)己烷乙醇為體系，該體系屬于上述第三種類型，在沸點(diǎn)儀（如圖2.8）中蒸餾不同組成的混合物，測(cè)定其沸點(diǎn)及相應(yīng)的氣、液二相的組成，即可作出Tx相圖。 本實(shí)驗(yàn)中兩相的成分分析均采用折光率法測(cè)定。 折光率是物質(zhì)的一個(gè)特征數(shù)值，它與物質(zhì)的濃度及溫度有關(guān)，因此在測(cè)量物質(zhì)的折光率時(shí)要求溫度恒定。溶液的濃度不同、組成不同，折光率也不同。因此可先配制一系列已知組成的溶液，在恒定溫度下測(cè)其折光率，作出折光率組成工作曲線，便可通過(guò)測(cè)折光率的大小在工作曲線上找出未知溶液的組成。三儀器與試劑沸點(diǎn)儀、調(diào)壓器、阿貝折射儀、移液管(1ml、10ml、25ml)、

33、吸液管等；環(huán)己烷（A.R.）、無(wú)水乙醇（A.R.）、體積分?jǐn)?shù)分別為0.2、0.4、0.6、 0.8的環(huán)己烷乙醇混合溶液。4 實(shí)驗(yàn)步驟：1環(huán)己烷乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測(cè)定取環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)分別0、0.2、0.4、0.6、 0.8、1六種組成的環(huán)己烷乙醇溶液，在25下 ，逐次用阿貝折射計(jì)測(cè)定其折射率。繪制組成-折射率的關(guān)系曲線。2環(huán)己烷乙醇溶液沸點(diǎn)及氣、液相組成的測(cè)定 （1）取25ml乙醇置于沸點(diǎn)測(cè)定儀的蒸餾瓶?jī)?nèi)。按圖連接好線路，打開(kāi)回流冷凝水，通電并調(diào)節(jié)變壓器使液體加熱至沸騰，回流并觀察溫度計(jì)的變化，待溫度恒定記下沸騰溫度。然后將調(diào)壓變壓器調(diào)至零處。停止加熱，充分冷卻后，用吸液管分別從冷凝

34、管上端的分餾液取樣口及加液口取樣，用阿貝折射計(jì)分別測(cè)定氣相冷凝液和液相的折射率。按上述操作步驟分別測(cè)定加入環(huán)已烷為1ml、4ml、5ml時(shí)各液體的沸點(diǎn)及氣相冷凝液和液相折射率。（數(shù)據(jù)填入表2：混和液編號(hào)1-4）（2）將蒸餾瓶?jī)?nèi)的溶液倒入回收瓶中，并用環(huán)已烷清洗蒸餾瓶。然后取25ml環(huán)己烷注入蒸餾瓶?jī)?nèi)，按（1）的操作步驟進(jìn)行。以后分別加人乙醇1ml、4ml、5ml，測(cè)定其沸點(diǎn)及氣相冷凝液和液相折射率。（數(shù)據(jù)填入表2：混和液編號(hào)5-8）五數(shù)據(jù)記錄及處理1、環(huán)己烷乙醇溶液折光率與組成工作曲線的測(cè)定表1 環(huán)己烷乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率環(huán)己烷00.20.40.60.81x環(huán)己烷折光率 根據(jù)表1，作出環(huán)己烷乙

35、醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率組成x環(huán)己烷關(guān)系曲線。2、環(huán)己烷乙醇溶液沸點(diǎn)及氣、液相組成的測(cè)定 表2 環(huán)己烷乙醇混和液測(cè)定數(shù)據(jù)混和液編號(hào)沸點(diǎn)/液相分析氣相冷凝液分析折光率x環(huán)己烷折光率y環(huán)己烷12345678 （1）根據(jù)折光率組成關(guān)系曲線求出各待測(cè)溶液的氣相和液相平衡組成，填入表2中。以組成為橫軸，沸點(diǎn)為縱軸，繪出氣相與液相的沸點(diǎn)組成(T-x)平衡相圖。 （2）由沸點(diǎn)組成(T-x)平衡相圖找出其恒沸點(diǎn)及恒沸組成。五注意事項(xiàng)1. 測(cè)定折光率時(shí)，動(dòng)作要迅速，以避免樣品中易揮發(fā)組分損失，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。2. 電熱絲一定要被溶液浸沒(méi)后方可通電加熱，否則電熱絲易燒斷，還可能會(huì)引起有機(jī)物燃燒，所以電壓不能太大，加熱絲上

36、有小氣泡逸出即可。3. 注意一定要先加溶液，再加熱，取樣時(shí)，應(yīng)注意切斷加熱絲電源。4每次取樣量不宜過(guò)多，取樣管一定要干燥，不能留有上次的殘液，氣相部分的樣品要取干凈。5阿貝折射儀的棱鏡不能用硬物觸及（如滴管），擦拭棱鏡需用擦鏡紙。六思考討論題1、操作步驟中，在加入不同數(shù)量的各組分時(shí)，如發(fā)生了微小的偏差，對(duì)相圖的繪制有無(wú)影響？為什么？ 2、折射率的測(cè)定為什么要在恒溫下進(jìn)行？ 3、對(duì)應(yīng)某一組成測(cè)定沸點(diǎn)及氣相冷凝液和液相折射率，如因某種原因缺少其中某一個(gè)數(shù)據(jù)， 應(yīng)如何處理？它對(duì)相圖的繪制有無(wú)影響？ 4、如何判斷氣液已達(dá)到平衡狀態(tài)？七文獻(xiàn)值在101.325kPa下，純環(huán)己烷的沸點(diǎn)為80.1，乙醇的沸點(diǎn)

37、為78.4。25時(shí)，純環(huán)己烷的折光率為1.4264，乙醇的折光率為1.3593。實(shí)驗(yàn)四 離子選擇性電極性能的測(cè)試及應(yīng)用氯離子選擇性電極性能的測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解離子選擇性電極的主要特征。2、 掌握離子選擇性電極測(cè)定電位選擇性系數(shù)的原理、方法及操作技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理離子選擇性電極是一種電化學(xué)傳感器，它對(duì)特定的離子有電位響應(yīng)。但是任何離子選擇性電極不可能只對(duì)溶液中的某一特定離子有響應(yīng)，對(duì)其他離子也可能會(huì)有響應(yīng)。比如把氯離子選擇性電極浸入含有Br-溶液時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生膜電位，當(dāng)Cl-和Br-共存于溶液中時(shí)，由于Br-存在必然會(huì)對(duì)Cl-的測(cè)定產(chǎn)生干擾。為了表明共存離子對(duì)電位的“貢獻(xiàn)”，可用一個(gè)擴(kuò)展

38、的能斯特公式來(lái)描述： 式中：i為被測(cè)離子；j為干擾離子；n和b分別為被測(cè)離子和干擾離子的電荷數(shù)；Kij為電位選擇系數(shù)。從上式可以看出，電位選擇系數(shù)愈小，電極對(duì)被測(cè)離子的選擇性愈好。測(cè)定Kij的方法有分別溶液法和混合溶液法，本實(shí)驗(yàn)采用混合溶液法測(cè)定Kij?；旌先芤悍ㄊ菍、j離子共存于溶液中，配制一系列含有固定活度的干擾離子（j）和不同活度的被測(cè)離子（i）的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測(cè)量其電位值，繪成曲線，如圖所示。曲線中的斜線部分（aiaj）的能斯特方程為： 在曲線的水平部分（ajai），電極對(duì)i離子的響應(yīng)可以忽略，電位值完全由j離子決定，則：假定K1=K2，且兩斜率相同，在兩直線的交點(diǎn)處E1=E2，可以

39、得出下述公式：因此可以求得Kij值。這一方法也稱為固定干擾法，本實(shí)驗(yàn)以Br-為干擾離子，測(cè)定氯離子選擇性電極的電位選擇系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)器材與試劑pHS-2C型酸度計(jì)； 217型飽和甘汞電極；氯離子選擇性電極；容量瓶（50mL，5個(gè)）；移液管（1mL，5mL，10mL）。 0.010 mol/L NaBr標(biāo)準(zhǔn)溶液；1.0 mol/L KNO3溶液pH約2.5左右；飽和KCl溶液。(試劑均為分析純)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、儀器的準(zhǔn)備按酸度計(jì)操作步驟調(diào)試儀器，選擇mV鍵，檢查232型甘汞電極是否充滿KCl溶液，若未充滿，應(yīng)補(bǔ)充飽和KCl溶液，并用皮筋將套管連接在甘汞電極上。2、離子選擇性電極的準(zhǔn)備接通電源，預(yù)

40、熱20 min，校正儀器，調(diào)儀器零點(diǎn)。氯離子選擇電極接儀器負(fù)接線柱，飽和甘汞電極接儀器正接線柱。氯離子選擇電極在使用前，應(yīng)先在0.001 mol/L的NaCl溶液中活化1 h，然后在蒸餾水中充分浸泡。3、氯標(biāo)準(zhǔn)溶液稱取預(yù)先在在500 600 灼燒40 50 min的優(yōu)級(jí)純氯化鈉0.2922 g溶解，移入50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。 此溶液氯含量為0.1 mol/L。分別吸取0.1 mol/L NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10、0.25、0.50、2.50、5.00mL于50mL容量瓶中(編號(hào)1-5)，各加入5 mL 0.01 mol/L的Br-標(biāo)準(zhǔn)溶液和15 mL 1.0 mol/L K

41、NO3溶液，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。4、電位測(cè)定將準(zhǔn)備好的五個(gè)溶液轉(zhuǎn)移到玻璃燒杯中(編號(hào)1-5)，由低濃度到高濃度分別測(cè)定電位值，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、標(biāo)準(zhǔn)溶液電位值的測(cè)定 編 號(hào)12345NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液（mL）0.100.250.502.505.00氯離子溶液濃度mol/L電位值E(mV)2、電位選擇性系數(shù)Kij的計(jì)算以電位值E為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，作圖。延長(zhǎng)曲線中兩段直線部分，得一交點(diǎn)，根據(jù)公式計(jì)算氯離子選擇性電極對(duì)溴離子的電位選擇性系數(shù)KCl-,Br-。六、思考討論題1、離子選擇性電極測(cè)試工作中，為什么要調(diào)節(jié)溶液離子強(qiáng)度？怎樣調(diào)節(jié)？2、本實(shí)驗(yàn)中為什么要選用雙鹽橋飽和

42、甘汞電極？標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定自來(lái)水中的氟含量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解氟離子選擇性電極的構(gòu)造。2、掌握用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定自來(lái)水中氟含量的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理離子選擇電極的分析方法較多，基本的方法是工作曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法。用氟離子選擇電極測(cè)定F濃度的方法與氫離子電極測(cè)pH值的方法相似。以氟離子選擇電極為指示電極，甘汞電極為參比電極，插入溶液中組成測(cè)量電池，電池的電動(dòng)勢(shì)E在一定條件下與F離子的活度的對(duì)數(shù)值成線性關(guān)系：式中K為包括內(nèi)外參比電極的電位，液接電位等常數(shù)。通過(guò)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)可以測(cè)得F離子的活度。當(dāng)溶液的總離子強(qiáng)度不變時(shí)，離子的活度系數(shù)為定值，所以把溶液的離子強(qiáng)度系數(shù)也合并于K中，而得：可見(jiàn)，E與F離子的

43、濃度CF的對(duì)數(shù)值成線性關(guān)系。因此，為了測(cè)定F離子的濃度，常在標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣溶液中同時(shí)加入相等的足夠量的惰性電解質(zhì)作總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液（TISAB），使它們的總離子強(qiáng)度相同。氟離子選擇電極適用的測(cè)定濃度范圍很寬，當(dāng)F離子的濃度在1106 molL-1范圍內(nèi)時(shí)，氟電極電位與pF（F離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)）成線性關(guān)系。因此可用標(biāo)準(zhǔn)曲線法或標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行測(cè)定。應(yīng)該注意的是，因?yàn)橹苯与娢环y(cè)得的是該體系平衡時(shí)的F，因而氟電極只對(duì)游離F離子有響應(yīng)。在酸性溶液中，H離子與部分F離子形成HF或HF2，會(huì)降低F離子的濃度。在堿性溶液中LaF3薄膜與OH離子發(fā)生交換作用而使溶液中F離子濃度增加。因此溶液的酸度對(duì)測(cè)定

44、有影響，氟電極適宜測(cè)定的pH范圍為57。三、實(shí)驗(yàn)器材與試劑1、儀器： pHS-2C型酸度計(jì)； 232型飽和甘汞電極；氟離子選擇性電極；容量瓶（100mL10個(gè)、1000 mL一個(gè)）；移液管（1.0、5.0、10、20、50mL各一支）；燒杯（1 L一個(gè)）；塑料燒杯（50 mL八個(gè)）；10 mL量筒一支。2、試劑：(試劑均為分析純) 固體：NaF；檸檬酸鈉Na3C6H5O72H2O；KNO3，溴甲酚綠 溶液：1mol/L HCl3、配制溶液0.1 mol/L F-的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液： 稱取分析純?cè)噭㎞aF（烘干12 h，溫度110左右，放在干燥器中冷卻至室溫）0.4199 g于燒杯中，用去離子水溶解，

45、定量轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，儲(chǔ)存于聚乙烯瓶中，備用。在冰箱內(nèi)保存，臨用時(shí)放至室溫再用。0.001 mol/L NaF標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：取1.0 mL的NaF（標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用二次蒸餾水稀釋成100 mL。1mg/mL溴甲酚綠指示劑：稱取100 mg溴甲酚綠指示劑于研缽中，加入1+4（V/V）乙醇研細(xì)，移入100 mL容量瓶中，用1+4（V/V）乙醇定容至標(biāo)線?？傠x子強(qiáng)度緩沖液（TISAB）：稱取59.0 g檸檬酸鈉（Na3C6H5O72H2O），20 g硝酸鉀（KNO3），置于1 L燒杯中，加300 mL去離子水溶解，加溴甲酚綠指示劑 1 mL，用1mol/L HCl調(diào)節(jié)至溶液顏色

46、剛剛轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，此時(shí)pH約為5.5，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、離子選擇性電極的準(zhǔn)備接通電源，預(yù)熱20 min，校正儀器，調(diào)儀器零點(diǎn)。氟電極接儀器負(fù)接線柱，飽和甘汞電極接儀器正接線柱。氟離子選擇電極在使用前，應(yīng)先在0.001 mol/L的NaF溶液中活化1h，然后在蒸餾水中充分浸泡。2、氟離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作分別吸取0.001 mol/L F-的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10、0.50、1.00、3.00、5.00mL于50mL容量瓶中(編號(hào)1-5)，加入10mL TISAB溶液，加入2滴溴甲酚綠指示劑，用2mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH，使溶液剛剛變?yōu)樗{(lán)綠色為止（此時(shí)溶液的pH約

47、為5.5）用去離子水稀釋至刻度。將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液由低濃度到高濃度依次轉(zhuǎn)入干的塑料燒杯中(編號(hào)1-5)，從低到高濃度測(cè)定，讀取平衡電位。3、水樣的測(cè)定吸取被測(cè)水樣25 mL 于50mL容量瓶中，加入10mL TISAB溶液，加入2滴溴甲酚綠指示劑，用2mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH，使溶液剛剛變?yōu)樗{(lán)綠色為止（此時(shí)溶液的pH約為5.5），用去離子水稀釋至刻度。吸取適量配制好的水樣于聚乙烯燒杯中，測(cè)定電位值，準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（測(cè)定水樣之前，也需用去離子水洗電極洗至空白電位約320mV）。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、氟離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作編號(hào)12345F-的標(biāo)準(zhǔn)溶液（mL）CF-(10-3mol/L)logCF-(1

48、0-3mol/L)電位(mV)以電位E（mV）對(duì)logCF-作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖。2、水樣的測(cè)定水樣的電位(mV)=根據(jù)所測(cè)水樣的E值從標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上查出logCF-，計(jì)算原水樣中氟的濃度CF-（molL-1）。六、思考討論題1、測(cè)定F-離子時(shí)，為什么要控制酸度，pH值過(guò)高或過(guò)低有何影響？2、為什么測(cè)定氟離子溶液前以及測(cè)定水樣前要把氟電極洗至的空白電位？實(shí)驗(yàn)五 蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1根據(jù)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測(cè)定其反應(yīng)速度常數(shù)。2了解旋光儀的基本原理、掌握使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 蔗糖在水中水解成葡萄糖與果糖的反應(yīng)為：為使水解反應(yīng)加速，反應(yīng)常常以H3O+作催化劑，故在酸性

49、介質(zhì)中進(jìn)行。水解反應(yīng)中水是大量的，反應(yīng)達(dá)終點(diǎn)時(shí)雖有部分水分子參加反應(yīng)，但與溶質(zhì)濃度相比可認(rèn)為它的濃度沒(méi)有改變，故此反應(yīng)可視為一級(jí)反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)方程式為： （1）或 （2）式中：為反應(yīng)開(kāi)始時(shí)蔗糖的濃度，為時(shí)間時(shí)蔗糖的濃度。當(dāng)時(shí)，可用表示，即為反應(yīng)的半衰期。 （3）上式說(shuō)明一級(jí)反應(yīng)的半衰期只決定于反應(yīng)速度常數(shù)而與反應(yīng)物起始濃度無(wú)關(guān)，這是一級(jí)反應(yīng)的一個(gè)特點(diǎn)。蔗糖及其水解產(chǎn)物均為旋光物質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，如以一束偏振光通過(guò)溶液則可觀察到偏振面的轉(zhuǎn)移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振面將由右邊旋向左邊。偏振面的轉(zhuǎn)移角度稱之為旋光度，以表示。因此可利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的改變來(lái)量度反應(yīng)的進(jìn)

50、程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、液層厚度、光源的波長(zhǎng)以及反應(yīng)時(shí)的溫度等因素有關(guān)。為了比較各種物質(zhì)的旋光能力引入比旋光度這一概念并以下式表示 （4）式中,為實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度；為所用光源的波長(zhǎng)，為旋光度,為液層厚度（常以10為單位）；為濃度（常用100溶液中溶有克物質(zhì)來(lái)表示），式可寫成： 或 （5）由（5）式可以看出，當(dāng)其他條件不變時(shí)，旋光度與反應(yīng)物濃度成正比，即 （6）式中是與物質(zhì)的旋光能力、溶液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源的波長(zhǎng)、反應(yīng)時(shí)的溫度等有關(guān)系的常數(shù)。蔗糖是右旋性物質(zhì)（比旋光度，產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)（比旋光度）果糖是左旋性物質(zhì)（比旋光度），因此當(dāng)水解反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，右旋角不斷減小，當(dāng)反應(yīng)終了時(shí)體系變成左旋。因?yàn)樯鲜稣崽撬夥磻?yīng)中，反應(yīng)物與生成物都具有旋光性。旋光度與濃度成正比且溶液的旋光度為各組成旋光度之和（加合性）。若反應(yīng)時(shí)間為0、時(shí)溶液的旋光度各為，則可導(dǎo)出： （7）可改寫為 （8）由（8）式可以看出如以對(duì)t作圖可得一直線，由直線的斜率即可求得反應(yīng)速度常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)就是用旋光