物理化學實驗報告

1、 物理化學實驗報告實驗人：* 學號： * 班級： * 實驗日期：2012/3/17實驗一 計算機聯(lián)用測定無機鹽溶解熱一、 實驗目的（1） 用量熱計測定KNO3的積分溶解熱。（2） 掌握量熱實驗中溫差校正方法以及與計算機聯(lián)用測量溶解過程動態(tài)曲線的方法。二、 實驗原理鹽類的溶解過程通常包含著兩個同時進行的過程：晶格的破壞和離子的溶劑化。前者為吸熱過程，后者為放熱過程。溶解熱是這兩種熱效應的總和。因此，鹽溶解過程最終是吸熱或放熱，是由這兩個熱效應的相對大小決定的。在恒壓條件下，由于量熱計為絕熱系統(tǒng)，溶解過程所吸收的熱或放出的熱全部由系統(tǒng)溫度的變化放映出來。如下圖 ：量熱器+ KNO3水溶液t1,p量

2、熱器+水+ KNO3t1,p H量熱器+ KNO3水溶液t2,p H1=0 絕熱由圖可知，恒壓下焓變H為H1和H2之和，即：H=H1+H2 絕熱系統(tǒng)，Qp=H1所以，在t1溫度下溶解的恒壓熱效應H為：H=H2=K（t1-t2）=-K(t2-t1) 式中K是量熱計與KNO3水溶液所組成的系統(tǒng)的總熱容量，（t2-t1）為KNO3溶解前后系統(tǒng)溫度的變化值t溶解。設將質(zhì)量為m的KNO3溶解于一定體積的水中，KNO3的摩爾質(zhì)量為M，則在此濃度下KNO3的積分溶解熱為：solHm=HM/m=-KM/m·t溶解 K值可由電熱法求取。K·t加熱=Q。若加熱電壓為U，通過電熱絲的電流強度為I

3、，通電時間為則：K·t加熱=IU 所以K =IU/t加熱 真實的t加熱應為H與G兩點所對應的溫度tH與tG之差。 三、 試劑與儀器 試劑：干燥過的分析純KNO3。 儀器：量熱計，磁力攪拌器，直流穩(wěn)壓電源，半導體溫度計，信號處理器，電腦，天平。四、 實驗步驟1用量筒量取100mL去離子水，倒入量熱計中并測量水溫。2稱取2.72.9gKNO3（精確到±0.01g）。3先打開信號處理器、直流穩(wěn)壓器，再打開電腦。自動進入實驗測試軟件，在“項目管理”中點擊“打開項目”，選擇“溶解熱測定”，再點擊“打開項目”，輸入自己學號和稱取的樣品重量。4系統(tǒng)提示裝入試樣的后，立即裝入待測試樣；5等

4、待測試結果，注意數(shù)據(jù)變化。測試完畢，系統(tǒng)自動保存。讀取五、數(shù)據(jù)處理 （1）作鹽溶解過程和電加熱過程溫度一時間圖，外推法求t溶解與t加熱。 答：t溶解 =2.091 t加熱=1.893（2）總熱容量K=610.7 （3）積分溶解熱solHm=46105.5 六、思考題 （1）溶解熱與哪些因素有關？本實驗求得的KNO3溶解熱所對應的溫度如 何確定？是否為溶解前后系統(tǒng)溫度的平均值？ 答：溫度 壓強 由外推法求得 不是 （2）為什么要用作圖法求得t溶解與t加熱？如何求得？答：實驗存在較大的誤差，便于校正。 外推法作直線求得 （3）本實驗如何測定系統(tǒng)的總熱容量K？若用先加熱后加鹽的方法是否可以？ 答：K

5、·t加熱=IU K·t加熱=Q。 K =IU/t加熱 不可以，有較大誤差 （4）在標定系統(tǒng)熱容過程中，如果加熱電壓過大或加熱時間過長，是否會影響實驗結果的準確性？為什么？ 答：會 因為是由 K·t加熱=IU K·t加熱=Q。 K =IU/t加熱 實驗二 有機物燃燒熱測定一、實驗目的 （1）用氧彈式量熱計測定奈的恒容燃燒熱。 （2）掌握氧彈式量熱計的構造、原理和使用方法。 （3）掌握有關熱化學實驗中總熱容量標定與溫差校正的方法。二、實驗原理物質(zhì)的燃燒熱是指1摩爾物質(zhì)在氧氣中完全燃燒時釋放出的熱量。若燃燒在恒容下進行稱恒容燃燒熱（Qv），在恒壓下進行稱恒壓燃

6、燒熱（Qp）。用氧彈式量熱計測得的燃燒熱是恒容燃燒熱，Qv= -CMt/m，式中，t=t2-t1是燃燒前后系統(tǒng)溫度的變化；m、M分別是被測物質(zhì)的質(zhì)量與摩爾質(zhì)量，C是系統(tǒng)的總熱容。實際使用中更多的是恒壓燃燒熱Qp，Qp可用式Qp=Qv+nRT方便地求得。式中n為燃燒前后氣體物質(zhì)的量的變化。三、試劑與儀器試劑：苯甲酸、萘、鎳鉻絲、氧氣等；儀器：HR-15數(shù)顯氧彈式量熱計。如下兩圖分別是氧彈式量熱計和氧彈的結構簡圖。四、實驗步驟1用標準苯甲酸標定量熱計的熱容量C（1）截取10cm鎳鉻絲；（2）將預先壓成片狀干燥的苯甲酸樣品(1g左右)放人坩堝內(nèi)，然后將坩堝放在氧彈金屬支架的環(huán)上，切不可觸及坩堝；（3

7、）擰緊氧彈蓋及放氣孔，接上充氧氣往氧彈中緩緩充人氧氣；（4）往內(nèi)筒中加人4000ml去離子水，調(diào)節(jié)內(nèi)筒水溫；（5）把氧彈放人內(nèi)筒的固定座上； (6)打開電腦，HR-15型氧彈式量熱計測試軟件，進行測試內(nèi)容設置。（7）然后點擊“開始”鍵進行實驗測量。實驗分三個階段：初期、主期、末期。注意記錄溫度的變化，值得注意的是，點火成功，主期溫度明顯升高，否則，點火不成功。（8）測量完畢，停止攪拌，取出溫度傳感器插人外簡內(nèi)，打開筒蓋，拔下點火電極插頭，取出氧彈，用放氣帽按下放氣閥，使氣體緩緩放出至常壓。（9）實驗完畢，氧彈筒體及所有的內(nèi)件必須沖洗干凈。2測定萘的恒容燃燒熱（1）將預先壓好片的試樣品放入坩堝，

8、按上述熱容量C的測定完成實驗步驟（1）（8）。（2）鍵盤操作：五、數(shù)據(jù)處理恒容燃燒熱Qv= -CMt/m。但精確的計算應用下式：Qv=-C（tn-t0+t）-gb-(-5.98)VOH-×M/m （1）已知苯甲酸的恒容燃燒熱為-26446 J·g-1，計算本實驗量熱計的總熱容量C=13261J/C （2）計算萘的恒容燃燒熱Qv=323.4J/mol和恒壓燃燒熱Qp=498.73J/mol 六、思 考 題 （1）為什么量熱計中內(nèi)筒的水溫應調(diào)節(jié)得略低于外筒的水溫？ 答：根據(jù)稱樣量范圍，升溫變化應在1.52度之間，所以選擇起始水溫低于環(huán)境1度左右，以減少因未采用絕熱式熱量計而引起

9、的熱輻射誤差。 （2）在標定熱容量和測定條燃燒熱時，量熱計內(nèi)筒的水量是否可以改變？為什么？ 答：不可以 控制變量，減少誤差，具有可比性(3） 為什么在數(shù)據(jù)處理時要計算溫度校正值上t？怎樣計算？ 答：系統(tǒng)與環(huán)境熱交換引起 t=-0.5(r+r1)n- r1n1 r為初期溫度變化率 r1為末期溫度變化率n為主期內(nèi)每半分鐘溫度上升不小于0.3的時間間隔數(shù)（點火后的第一個時間間隔不管溫度升高多少，都計入n中），nl為主期內(nèi)每半分鐘溫度升高小于0.3的時間間隔數(shù)。實驗三 差熱分析一、 實驗目的了解熱分析的基本原理及差熱曲線的分析方法，測定CuSO4·5H2O脫水過程的差熱曲線及各特征溫度；測定

10、KNO3的晶型轉變過程的熱效應。二、 實驗原理（1）熱分析是在程序控制溫度下測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度的關系的一類技術。差熱分析（D.T.A）是熱分析方法的一種。其根據(jù)是當物質(zhì)發(fā)生化學變化或物理變化（如脫水、晶型轉變、熱分解等）時，都有其特征的溫度，并往往伴隨著熱效應，從而造成研究物質(zhì)與周圍環(huán)境的溫差。此溫差及相應的特征溫度，可用以鑒定物質(zhì)或研究其有關的物理化學性質(zhì)。差熱峰的面積與過程的熱效應成正比，即：式中m為樣品的質(zhì)量；T為溫差；t1,t2為峰的起始時刻與終止時刻；為差熱峰的面積A。K為儀器參數(shù)，與儀器特征及測定條件有關。（2） 溫差T的測量，是用兩對相同型號的熱電偶同極串聯(lián)組成一個溫差熱電

11、偶，如圖2-16所示，其中A、B表示組成熱電偶的兩種不同金屬材料。 (3）在實際測量時，由于樣品與參比物的比熱容、導熱系數(shù)、粒度、裝填情況等不可能完全相同，因而差熱曲線的基線不一定與時間軸平行，峰前后基線也不一定在同一條直線上。 三、 試劑與儀器試劑：CuSO4·5H2O，參考物Al2O3，標準物Sn。 儀器：熱分析電爐，CKW-1000系列溫度控制儀，XWT系列臺式自動平衡雙筆記錄儀。四、 實驗步驟(1)熟悉綜合熱分析儀的基本結構和操作使用方法，熟悉操作軟件的使用方法。（2）根據(jù)教師指定的實驗樣品，設計控溫程序，包括開始溫度、升溫速率、終止溫度、保溫時間、氣體流速等。（3）按照設計

12、的控溫程序運行控溫程序，對樣品進行熱分析操作，實時采集數(shù)據(jù)。在微機上觀察有關參數(shù)及繪出的曲線。（4）控溫程序結束后，讓加熱爐降溫。處理數(shù)據(jù)，打印圖譜和有關數(shù)據(jù)。圖像分析：1. 在AB段，=0,樣品沒有發(fā)生熱效應，等于參考物的溫度；2. 在BD段，峰向下凸起，樣品吸熱；3. 在EG段，鋒向上凸起，樣品放熱；4. 在HJ段，峰向下凸起，樣品吸熱。實驗四 熱重分析實驗一、 實驗目的了解熱重分析的基本原理及熱重曲線的分析方法，測繪NaHCO3、BaCl2·2H2O的脫水熱譜圖并予以定量解釋。二、 實驗原理熱重法（TG）是在程序控制溫度的條件下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度的關系的一種技術。當樣品在程序

13、升溫過程中發(fā)生脫水、氧化或分解時，其質(zhì)量就會發(fā)生相應的變化。將對應關系繪制成圖，即得到熱重譜線圖（圖4-1）。圖4-1 熱重譜線示意圖圖中ti應該是樣品的質(zhì)量變化達到天平開始感應的最初溫度同樣tf是樣品質(zhì)量變化達到最大值時的溫度。圖線的形狀、ti和tf的值主要由物質(zhì)的性質(zhì)所決定但也與設備及操作條件(如升溫速率等）有關。ti、tf往往不易確定故采用如圖2-29所示外排法得到。本實驗分別測試NaHCO3、BaCl2·2H2O在加熱過程中發(fā)生分解反應時質(zhì)量的變化，測求其分解反應溫度和兩個脫水溫度并驗證如下反應步驟：NaHCO3 Na2CO3+ CO2+ H2OBaCl2·2H2O

14、 BaCl2·H2O+ H2OBaCl2·H2O BaCl2+H2O三、 試劑與儀器試劑：BaCl2·2H2O（AR），NaHCO3（AR）。儀器：電子天平（精度0.1mg），熱分析爐，CKW-1000系列溫度控制儀。四、 實驗步驟(1)裝好設備，在天平右臂掛好坩堝，調(diào)節(jié)天平到平衡位置，并記下讀數(shù)。(2)取下空坩堝，稱取0.15g左右的NaHCO3放在其中，輕輕振動，使之自然堆積。然后將坩堝仍掛回天平右臂上，使其垂直地置于電爐的恒溫區(qū)域之中。(3)把測溫熱電偶插入電爐，熱電偶的熱端盡量接近坩堝，并接好溫度控制儀。(4)設置好控制程序，控制溫度升高速度為每分鐘3度。

15、(5)每隔1度記錄天平的讀數(shù)與相應溫度，直到200度為止。(6)按上述步驟測量BaCl2·2H2O的兩次脫水溫度與失重量。五、 數(shù)據(jù)處理(1)記錄實驗條件，列表記錄測定數(shù)據(jù)（測得的溫度應考慮用標準物質(zhì)草酸分解溫度118度進行標定后的溫度校正值）。(2)以天平讀數(shù)為縱坐標、溫度為橫坐標分別作NaHCO3、BaCl2·2H2O的失重熱譜圖。(3)用外推法求出NaHCO3的分解反應以及BaCl2·2H2O的兩次脫水的起始溫度ti和結束溫度tf.(4)試將BaCl2·2H2O兩次失重的量與化學反應式中的計量關系相驗證。六、 思考題（1） 熱重分析中升溫速率過快或

16、過慢對實驗有什么影響？ 答：升溫速率越大，測試測得的溫度滯后現(xiàn)象越嚴重，起始失重溫度和終止溫度測定值變得越高，分解溫度范圍也會變得更寬。對于分解失重不太敏感的樣品的TG測試，如果升溫速率太快，樣品來不及作出充分響應，失重臺階就會測不準或測不出。（2） 簡述熱重分析的特點及局限性。 答：特點是使樣品處于程序控溫下，觀察樣品的質(zhì)量隨溫度變化的函數(shù)，從而得出物質(zhì)在一定溫度區(qū)間的反應特性以及熱穩(wěn)定等信息。實驗受浮力，實驗盤、揮發(fā)物的冷凝、升溫速率、氣氛、試樣質(zhì)量等因素的影響。1、 分析草酸鈣的TG曲線：（1）在AB段, A點為樣品的質(zhì)量變化達到天平的開始感應的最初溫度。起始溫度為147，初始的質(zhì)量為8

17、.42毫克，草酸鈣發(fā)生分解反應，分解成CaCO3和CO2，質(zhì)量也隨著反應的進行而減少，到達B點時，初步反應結束，終止溫度為219，此時質(zhì)量減少到7.58毫克，溫度變化為72，由于草酸鈣分解，質(zhì)量減少1.22。（2）CD段剛開始未分解的部分草酸鈣繼續(xù)反應，同時反應（2）也開始，由于中途會產(chǎn)生氣體，所以質(zhì)量進一步減少。（3）EF段，溫度達到673度，為分解CaCO3的分解，CaCO3分解為CaO和CO2。2、分析草酸鈣的DTG曲線： DTG表示重力對時間的導數(shù)，即反應在在一段時間內(nèi)質(zhì)量減少的速度從而反應出反應的效率及反應種類。（1） 在GH段，由于反應溫度不是很高，反應進行的相對緩慢，質(zhì)量減少的速

18、度也比較小，所以曲線也相對來說比較平緩。（2） 在IJ段，溫度升高了，反應速率加快，所以在單位時間內(nèi)的質(zhì)量減少的更快一些，曲線也更陡峭一些。（3） 在KL段，進行反應（2），由于已有一部分的CaCO3已經(jīng)分解，碳酸鈣的濃度減少，相對反應速率會慢一些。實驗五 溶液表面張力測定一、 實驗目的（1） 掌握氣泡的最大壓力法測定溶液表面張力原理和技術。（2） 測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計算表面吸附量。二、 實驗原理處于液體表面的分子由于受到液體內(nèi)部分子與表面層外介質(zhì)分子的不平衡的作用，具有表面張力。氣泡的最大壓力法（或最大泡壓法）是測定液體表面張力的方法之一?；驹砣缦拢寒敳Ａ毠芤欢伺c液

19、體接觸，并往毛細管內(nèi)加壓時，可以在液體的毛細管口處形成氣泡。設氣泡在形成過程中始終保持球形，則氣泡內(nèi)外的壓力差p（即施加于氣泡的附加壓力）與氣泡的半徑r、液體表面張力之間的關系可由拉普拉斯（Laplace）公式表示，即p=2/r。而壓力差p則由小變大，然后再由大變小。當氣泡半徑r等于毛細管半徑R時，壓力差達到最大值pmax，因此pmax=2/R。由此可見，通過測定R和pmax，即可求得液體的表面張力。三、儀器與試劑儀器：表面張力測定實驗裝置。 試劑：正丁醇溶液（0.20mol·L-1、0.40 mol.L-1、0.60 mol·L-1、0.80 mol·L-1）。

20、四、實驗步驟（1）通過活塞調(diào)節(jié)水滴滴入增壓瓶中的速度，使氣泡從毛細管口逸出，速度控制在每分鐘515個。記錄微壓差儀讀數(shù)，得pmax。（要求至少測定三次，然后取平均值。）（3）同上測定0mol，0.02mol.L-1，0.04 mol.L-1，0.06 mol.L-1與0.08 mol.L-1正丁醇溶液的pmax。注意 在每次調(diào)換溶液時，測定管和毛細管均須用待測液淋洗。五、數(shù)據(jù)記錄與處理（1）計算不同濃度的正丁醇水溶液的表面張力。濃度0.00mol/l0.02mol/l0.04mol/l0.06mol/l0.08mol/l表面張力4.283.873.653.002.95（2）繪出-c曲線圖，在-

21、c曲線圖上求出各濃度值的相應斜率，即d/dc.濃度0.00mol/l0.02mol/l0.04mol/l0.06mol/l0.08mol/ld/dc13.32-13.2543-14.556-10.3213-6.2319（3）計算溶液各濃度所對應的單位表面吸附量。濃度0.02mol/l0.04mol/l0.06mol/l0.08mol/l表面吸附量1.31.62.30.5六、思考題（1）實驗時，為什么毛細管口處于剛好接觸溶液表面的位置？如果插入一定濃度將對實驗帶來什么影響？ 答：保持氣泡為球形。無法測得實驗結果 （2）在毛細管口所形成的氣泡什么時候其半徑最小？ 答：氣泡半徑r等于毛細管半徑R時（

22、3）為什么要求從毛細管中逸出的氣泡必須均勻而間斷？如何控制出泡速度？ 答：有利于表面活性物質(zhì)在表面達到吸附平衡，并可減少氣體分子及氣體與器壁之間的摩擦力，才能獲得平衡的表面張力。控制出泡速度依靠調(diào)節(jié)分液漏斗來實現(xiàn)。若出泡速度過快，將使表面張力測定值偏高實驗八 電導法測量弱電解質(zhì)的電離常數(shù)一、實驗目的 1.學會電導(率)儀的使用方法。 2.掌握溶液電導的測定。 二、實驗原理1.弱電解質(zhì)電離常數(shù)的測定 AB型弱電解質(zhì)在溶液中電離達到平衡時，電離平衡常數(shù)KC與原始濃度C和電離度有以下關系(1):，在一定溫度下KC是常數(shù)，醋酸溶液的電離度可用電導法來測定。（2）： ,式中 為電導池常數(shù)，以Kcell表示;為電導率。(2)式求出其電導率。弱電解質(zhì)HAc的 可由強電解質(zhì)HCl、NaAc和NaCl的 的代數(shù)和求得：，因此有 或，以Cm對