物理化学实验报告

物理化学实验报告

实验人：

学号： *********

班级：

实验日期：2012/3/17

实验一 计算机联用测定无机盐溶解热

一、 实验目的

（1） 用量热计测定KNO 3的积分溶解热。

（2） 掌握量热实验中温差校正方法以及与计算机联用测量溶解过程动态曲

线的方法。 二、 实验原理

盐类的溶解过程通常包含着两个同时进行的过程：晶格的破坏和离子的溶剂化。前者为吸热过程，后者为放热过程。溶解热是这两种热效应的总和。因此，盐溶解过程最终是吸热或放热，是由这两个热效应的相对大小决定的。在恒压条件下，由于量热计为绝热系统，溶解过程所吸收的热或放出的热全部由系统温度的变化放映出来。如下图 ：

由图可知，恒压下焓变△H 为△H 1和△H 2之和，即：△H=△H 1+△H 2 绝热系统，Q p =△H 1所以，在t 1温度下溶解的恒压热效应△H 为：△H=△H 2=K（t 1-t 2）=-K(t2-t 1) 式中K 是量热计与KNO 3水溶液所组成的系统的总热容量，（t 2-t 1）为KNO 3溶解前后系统温度的变化值△t 溶解。

设将质量为m 的KNO 3溶解于一定体积的水中，KNO 3的摩尔质量为M ，则在此浓度下KNO 3的积分溶

解热为：△sol H m =△HM/m=-KM/m·△t 溶解 K 值可由电热法求取。K ·△t 加热=Q。若加热电压为U ，通过电热丝的电流强度为I ，通电时间为τ则：K ·△t 加热=IUτ 所以K =IUτ/△t 加热

真实的△t 加热应为H 与G 两点所对应的温度t H 与t G 之差。 三、 试剂与仪器

试剂：干燥过的分析纯KNO 3。

仪器：量热计，磁力搅拌器，直流稳压电源，半导体温度计，信号处理器，电脑，天平。 四、 实验步骤

1用量筒量取100mL 去离子水，倒入量热计中并测量水温。2称取2.7~2.9gKNO3（精确到±0.01g ）。3先打开信号处理器、直流稳压器，再打开电脑。自动进入实验测试软件，在“项目管理”中点击“打开项目”，选择“溶解热测定”，再点击“打开项目”，输入自己学号和称取的样品重量。4系统提示装入试样的后，立即装入待测试样；5等待测试结果，注意数据变化。测试完毕，系统自动保存。读取 五、数据处理 （1）作盐溶解过程和电加热过程温度一时间图，外推法求△t 溶解与△t 加热。

答：△t 溶解 =2.091 △t 加热=1.893

（2）总热容量K=610.7 （3）积分溶解热△sol H m =46105.5 六、思考题 （1）溶解热与哪些因素有关？本实验求得的KNO 3溶解热所对应的温度如 何确定？是否为溶解前后系统温度的平均值？

答：温度 压强 由外推法求得 不是

（2）为什么要用作图法求得△t 溶解与△t 加热？如何求得？ 答：实验存在较大的误差，便于校正。 外推法作直线求得 （3）本实验如何测定系统的总热容量K ？若用先加热后加盐的方法是否可以？

答：K ·△t 加热=IUτ K ·△t 加热=Q。 K =IUτ/△t 加热 不可以，有较大误差 （4）在标定系统热容过程中，如果加热电压过大或加热时间过长，是否会影响实验结果的准确性？为什么？

答：会 因为是由 K ·△t 加热=IUτ K ·△t 加热=Q。 K =IUτ/△t 加热

实验二 有机物燃烧热测定

一、实验目的

（1）用氧弹式量热计测定奈的恒容燃烧热。

（2）掌握氧弹式量热计的构造、原理和使用方法。

（3）掌握有关热化学实验中总热容量标定与温差校正的方法。 二、实验原理

物质的燃烧热是指1摩尔物质在氧气中完全燃烧时释放出的热量。若燃烧在恒容下进行称恒容燃烧热（Q v ），在恒压下进行称恒压燃烧热（Q p ）。用氧弹式量热计测得的燃烧热是恒容燃烧热，Q v = -CM△t/m，式中，△t=t2-t 1是燃烧前后系统温度的变化；m 、M 分别是被测物质的质量与摩尔质量，C 是系统的总热容。实际使用中更多的是恒压燃烧热Q p ，Q p 可用式Q p =Qv +△nRT 方便地求得。式中△n 为燃烧前后气体物质的量的变化。 三、试剂与仪器

试剂：苯甲酸、萘、镍铬丝、氧气等；仪器：HR-15数显氧弹式量热计。 如下两图分别是氧弹式量热计和氧弹的结构简图。

四、实验步骤

1．用标准苯甲酸标定量热计的热容量C （1）截取10cm 镍铬丝；

（2）将预先压成片状干燥的苯甲酸样品(1g左右) 放人坩埚内，然后将坩埚放在氧弹金属支架的环上，切不可触及坩埚；

（3）拧紧氧弹盖及放气孔，接上充氧气往氧弹中缓缓充人氧气； （4）往内筒中加人4000ml 去离子水，调节内筒水温； （5）把氧弹放人内筒的固定座上；

(6)打开电脑，HR-15型氧弹式量热计测试软件，进行测试内容设置。 （7）然后点击“开始”键进行实验测量。实验分三个阶段：初期、主期、末期。注意记录温度的变化，值得注意的是，点火成功，主期温度明显升高，否则，点火不成功。

（8）测量完毕，停止搅拌，取出温度传感器插人外简内，打开筒盖，拔下点火电极插头，取出氧弹，用放气帽按下放气阀，使气体缓缓放出至常压。

（9）实验完毕，氧弹筒体及所有的内件必须冲洗干净。 2．测定萘的恒容燃烧热

（1）将预先压好片的试样品放入坩埚，按上述热容量C 的测定完成实验步骤（1）～（8）。

（2）键盘操作： 五、数据处理

恒容燃烧热Q v = -CM△t/m。但精确的计算应用下式：Q v =[-C（t n -t 0+△t ’）

--gb-(-5.98)VOH ]×M/m

（1）已知苯甲酸的恒容燃烧热为-26446 J·g -1，计算本实验量热计的总热容量C=13261J/C

（2）计算萘的恒容燃烧热Qv=323.4J/mol和恒压燃烧热

Qp=498.73J/mol

六、思 考 题

（1）为什么量热计中内筒的水温应调节得略低于外筒的水温？

答：根据称样量范围，升温变化应在1.5~2度之间，所以选择起始水温低于环境1度左右，以减少因未采用绝热式热量计而引起的热辐射误差。 （2）在标定热容量和测定条燃烧热时，量热计内筒的水量是否可以改变？为什么？

答：不可以 控制变量，减少误差，具有可比性

(3）为什么在数据处理时要计算温度校正值上△t ’？怎样计算？

答：系统与环境热交换引起 △t ’=-0.5(r+r1)n- r1n 1 r 为初期温度变化

率 r1为末期温度变化率n 为主期内每半分钟温度上升不小于0.3℃的时间间隔数（点火后的第一个时间间隔不管温度升高多少，都计入n 中），n l 为主期内每半分钟温度升高小于0.3℃的时间间隔数。

实验三 差热分析

一、 实验目的

了解热分析的基本原理及差热曲线的分析方法，测定CuSO 4·5H 2O 脱水过程的差热曲线及各特征温度；测定KNO 3的晶型转变过程的热效应。 二、 实验原理

（1）热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。差热分析（D.T.A ）是热分析方法的一种。其根据是当物质发生化学变化或物理变化（如脱水、晶型转变、热分解等）时，都有其特征的温度，并往往伴随着热效应，从而造成研究物质与周围环境的温差。此温差及相应的特征温度，可用以鉴定物质或研究其有关的物理化学性质。

K t 2K

差热峰的面积与过程的热效应成正比，即：∆H =⎰∆Tdt =A

m t 1m 式中m 为样品的质量；△T 为温差；t 1,t 2为峰的起始时刻与终止时刻；⎰∆Tdt

t 1t 2

为差热峰的面积A 。K 为仪器参数，与仪器特征及测定条件有关。

（2）温差△T 的测量，是用两对相同型号的热电偶同极串联组成一个温差热电偶，如图2-16所示，其中A 、B 表示组成热电偶的两种不同金属材料。 (3）在实际测量时，由于样品与参比物的比热容、导热系数、粒度、装填情况等不可能完全相同，因而差热曲线的基线不一定与时间轴平行，峰前后基线也不一定在同一条直线上。

三、 试剂与仪器

试剂：CuSO 4·5H 2O ，参考物Al 2O 3，标准物Sn 。

仪器：热分析电炉，CKW-1000系列温度控制仪，XWT 系列台式自动平衡双笔记录仪。 四、 实验步骤

(1)熟悉综合热分析仪的基本结构和操作使用方法，熟悉操作软件的使用方法。

（2）根据教师指定的实验样品，设计控温程序，包括开始温度、升温速率、终止温度、保温时间、气体流速等。

（3）按照设计的控温程序运行控温程序，对样品进行热分析操作，实时采集数据。在微机上观察有关参数及绘出的曲线。

（4）控温程序结束后，让加热炉降温。处理数据，打印图谱和有关数据。

图像分析：

1. 在AB 段，∆T =0,样品没有发生热效应，等于参考物的温度； 2. 在BD 段，∆T ≠0，峰向下凸起，样品吸热； 3. 在EG 段，∆T ≠0，锋向上凸起，样品放热； 4. 在HJ 段，∆T ≠0，峰向下凸起，样品吸热。

实验四 热重分析实验

一、 实验目的

了解热重分析的基本原理及热重曲线的分析方法，测绘NaHCO 3、BaCl 2·2H 2O 的脱水热谱图并予以定量解释。 二、 实验原理

热重法（TG ）是在程序控制温度的条件下测量物质的质量与温度的关系的一种技术。当样品在程序升温过程中发生脱水、氧化或分解时，其质量就会发生相应的变化。将对应关系绘制成图，即得到热重谱线图（图4-1）。

图4-1 热重谱线示意图

图中t i 应该是样品的质量变化达到天平开始感应的最初温度．同样t f 是样品质量变化达到最大值时的温度。图线的形状、t i 和t f 的值主要由物质的性质所决定．但也与设备及操作条件(如升温速率等）有关。t i 、t f 往往不易确定．故采用如图2-29所示外排法得到。

本实验分别测试NaHCO 3、BaCl 2·2H 2O 在加热过程中发生分解反应时质量的变化，测求其分解反应温度和两个脱水温度并验证如下反应步骤：

NaHCO 3

2CO

3+ CO2+ H2O

BaCl 2·2H 22·H 2O+ H2O BaCl 2·H 22+H2O 三、 试剂与仪器

试剂：BaCl 2·2H 2O （AR ），NaHCO 3（AR ）。仪器：电子天平（精度0.1mg ），热分析炉，CKW-1000系列温度控制仪。 四、 实验步骤

(1)装好设备，在天平右臂挂好坩埚，调节天平到平衡位置，并记下读数。 (2)取下空坩埚，称取0.15g 左右的NaHCO 3放在其中，轻轻振动，使之自然堆积。然后将坩埚仍挂回天平右臂上，使其垂直地置于电炉的恒温区域之中。 (3)把测温热电偶插入电炉，热电偶的热端尽量接近坩埚，并接好温度控制仪。 (4)设置好控制程序，控制温度升高速度为每分钟3度。 (5)每隔1度记录天平的读数与相应温度，直到200度为止。 (6)按上述步骤测量BaCl 2·2H 2O 的两次脱水温度与失重量。 五、 数据处理

(1)记录实验条件，列表记录测定数据（测得的温度应考虑用标准物质草酸分

解温度118度进行标定后的温度校正值）。

(2)以天平读数为纵坐标、温度为横坐标分别作NaHCO 3、BaCl 2·2H 2O 的失重热谱图。

(3)用外推法求出NaHCO 3的分解反应以及BaCl 2·2H 2O 的两次脱水的起始温度t i 和结束温度t f .

(4)试将BaCl 2·2H 2O 两次失重的量与化学反应式中的计量关系相验证。 六、 思考题

（1） 热重分析中升温速率过快或过慢对实验有什么影响？

答：升温速率越大，测试测得的温度滞后现象越严重，起始失重温度和终止

温度测定值变得越高，分解温度范围也会变得更宽。对于分解失重不太敏感的样品的TG 测试，如果升温速率太快，样品来不及作出充分响应，失重台阶就会测不准或测不出。

（2） 简述热重分析的特点及局限性。

答：特点是使样品处于程序控温下，观察样品的质量随温度变化的函数，从而得出物质在一定温度区间的反应特性以及热稳定等信息。实验受浮力，实验盘、挥发物的冷凝、升温速率、气氛、试样质量等因素的影响。

1、分析草酸钙的TG 曲线： （1）在AB 段, A 点为样品的质量变化达到天平的开始感应的最初温度。起始温度为147，初始的质量为8.42毫克，草酸钙发生分解反应，分解成CaCO3和CO2，质量也随着反应的进行而减少，到达B 点时，初步反应结束，终止温

度为219，此时质量减少到7.58毫克，温度变化为72，由于草酸钙分解，质量减少1.22。

（2）CD 段刚开始未分解的部分草酸钙继续反应，同时反应（2）也开始，由

于中途会产生气体，所以质量进一步减少。 （3）EF 段，温度达到673度，为分解CaCO3的分解，CaCO3分解为CaO 和CO2。 2、分析草酸钙的DTG 曲线：

DTG表示重力对时间的导数，即反应在在一段时间内质量减少的速度从而

反应出反应的效率及反应种类。

（1） 在GH 段，由于反应温度不是很高，反应进行的相对缓慢，质量减少

的速度也比较小，所以曲线也相对来说比较平缓。

（2） 在IJ 段，温度升高了，反应速率加快，所以在单位时间内的质量减

少的更快一些，曲线也更陡峭一些。 （3） 在KL 段，进行反应（2），由于已有一部分的CaCO3已经分解，碳酸

钙的浓度减少，相对反应速率会慢一些。

实验五 溶液表面张力测定

一、 实验目的

（1） 掌握气泡的最大压力法测定溶液表面张力原理和技术。

（2） 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量。 二、 实验原理

处于液体表面的分子由于受到液体内部分子与表面层外介质分子的不平衡的作用，具有表面张力。气泡的最大压力法（或最大泡压法）是测定液体表面张力的方法之一。基本原理如下：当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液体的毛细管口处形成气泡。设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差Δp （即施加于气泡的附加压力）与气泡的半径r 、液体表面张力δ之间的关系可由拉普拉斯（Laplace ）公式表示，即△p=2δ/r。而压力差Δp 则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径r 等于毛细管半径R 时，压力差达到最大值Δp max ，因此Δp max =2δ/R。由此可见，通过测定R 和Δp max ，即可求得液体的表面张力。 三、仪器与试剂

仪器：表面张力测定实验装置。 试剂：正丁醇溶液（0.20mol ·L -1、0.40 mol.L -1、0.60 mol·L -1、0.80 mol·L -1）。 四、实验步骤

（1）通过活塞调节水滴滴入增压瓶中的速度，使气泡从毛细管口逸出，速度控制在每分钟5～15个。记录微压差仪读数，得Δp max 。（要求至少测定三次，然后取平均值。）

（3）同上测定0mol ，0.02mol.L -1，0.04 mol.L -1，0.06 mol.L -1与0.08 mol.L -1正丁醇溶液的Δp max 。

注意 在每次调换溶液时，测定管和毛细管均须用待测液淋洗。 五、数据记录与处理

（1）计算不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力。

六、思考题

（1）实验时，为什么毛细管口处于刚好接触溶液表面的位置？如果插入一定浓度将对实验带来什么影响？

答：保持气泡为球形。无法测得实验结果

（2）在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小？ 答：气泡半径r 等于毛细管半径R 时

（3）为什么要求从毛细管中逸出的气泡必须均匀而间断？如何控制出泡速度？

答：有利于表面活性物质在表面达到吸附平衡，并可减少气体分子及气体与器壁之间的摩擦力，才能获得平衡的表面张力。控制出泡速度依靠调节分液漏斗来实现。若出泡速度过快，将使表面张力测定值偏高

实验八 电导法测量弱电解质的电离常数

一、实验目的

1. 学会电导(率) 仪的使用方法。 2. 掌握溶液电导的测定。 二、实验原理

1. 弱电解质电离常数的测定

AB 型弱电解质在溶液中电离达到平衡时，电离平衡常数K C 与原始浓度C 和电离度α有以下关系(1):

，在一定温度下K C 是常数，醋酸溶液

的电离度可用电导法来测定。（2）： ,式中

为电导池常数，以

可由强电解

K cell 表示; κ为电导率。(2)式求出其电导率。弱电解质HAc 的

质HCl 、NaAc 和NaCl 的

的代数和求得：

，因此有

或

，以C Λm 对

直线的斜率为

，如知道

值，就可算出K C 。 三、仪器药品

电导率仪1台; 恒温槽1套; 电导池1只; 电导电极1只; 容量瓶5只; 移液管(25、50mL) 各1只; 洗瓶1只; 洗耳球1只。不同浓度的醋酸溶液。 四、实验步骤

(1)将恒温槽温度调至(25.0±0.1) ℃或(30.0±0.1) ℃； (2)测定电导池常数K cell (3)测定电导水的电导(率) (4)测定HAc 溶液的电导(率) 五、数据处理 1. 电导池常数K cell

-3作图，其

2. 醋酸溶液的电离常数

3. 按公式(6)以C Λm 对

求得K C ，并与上述结果进行比较。

作图应得一直线，直线的斜率为

，由此

【思考问题】

1. 为什么要测电导池常数? 如何得到该常数? 答：醋酸溶液的电离度可用电导法来测定 用一种已知电导率值的溶液先求出电导池常数K cell

2. 测电导时为什么要恒温? 实验中测电导池常数和溶液电导，温度是否要一致?

答：减少误差，控制变量 不需要