《物理化学实验B》教案 教学对象：试验03级，生物03级，资环03级 环工03级 学时数：32 中国农业大学理学院 物理化学教研室 2005年2月
《物理化学实验 B》教案 教学对象：试验 03 级，生物 03 级，资环 03 级， 环工 03 级 学时数： 32 中国农业大学理学院 物理化学教研室 2005 年 2 月
第一章 绪论 第一节物理化学实验的目的和要求 物理化学是一门实验科学，它通过对实验现象的观察和测量，通过实验数据的综合和分 析，深入化学现象的本质，从而揭示化学反应的规律。化学科学发展的历史，就是在实验的 基础上发展化学理论，又在理论的指导下进行新的化学实验探索的过程。实验是化学研究的 基本手段，是化学工作者必需的最基本技能。 物理化学实验课是化学的基础实验课程之一，也是物理化学课程的重要组成部分。通过 一些典型的和具有实用性的物理化学实验，使学生能够掌握物理化学实验的基本方法和技 能，学会重要的物理化学性能的测定，强化学习效果，巩固和加强对物理化学原理的理解 提高学生灵活运用物理化学知识的能力。训练学生观察实验现象，正确记录数据，正确处理 数据、分析和归纳实验结果的能力，培养严速的科学态度和实事求是的工作作风。 为了达到上述目的，要求学生以严肃认真的态度，按照实验的要求做好每一个实验。培 养一个良好的习惯是培养优秀的科学工作者的开始。 L.实验预习 实验前要仔细阅读实验教材及教科书中的实验知识和实验仪器等有关内容，了解本实验 的目的、基本理论和方法原理。简要草拟所用仪器的操作方法、实验安排和记录要测量的数 据简表，写于专用的实验本或预习报告中。 2.实验过程 (1)进入实验室后先按仪器使用登记表核对仪器，如有短缺或损坏，应立即提出，以便 补充或修理。 (2)仪器装置和线路安装好后，须经教师检查无误后，方能接通电源进行实验，不得擅 自试验或拆卸。 (3)严格按仪器操作规程进行实验，不得随意改动。实验过程中如遇仪器损坏，应立即 报告，检查原因，并登记损坏情况。 (4)在实验过程中，要认真观察实验现象，记录数据，分析和思考问题。遇有异常现象， 应和教师一起分析原因。保持实验室的整齐、清洁：注意安全，节约药品与实验用水：遵 守秩序，禁止喧哗：尊重教师及实验室工作人员的指导。 (5)实验完毕，应将原始数据交教师审查认可。合格后再拆卸实验装置，不合格者需补 做或重做。实验结束后切断电源，整理仪器归位，清洁实验台，方可离开实验室。 (6)课代表要安排值日生，实验后打扫实验室，倒废液缸，拉电侗，关闭门窗。 3.实验报告 实验报告是整个物理化学实验中重要的环节。书写实验报告要注意研讨问题，认真计算， 仔细填写各项数据：字迹清楚，文字通顺，条理分明。处理数据应独立进行，不得两人写 份报告。报告要真实反映实验结果，反对伪造数据的不良行为。 物理化学实验报告一般应包括：
第一章 绪论 第一节 物理化学实验的目的和要求 物理化学是一门实验科学，它通过对实验现象的观察和测量，通过实验数据的综合和分 析，深入化学现象的本质，从而揭示化学反应的规律。化学科学发展的历史，就是在实验的 基础上发展化学理论，又在理论的指导下进行新的化学实验探索的过程。实验是化学研究的 基本手段，是化学工作者必需的最基本技能。 物理化学实验课是化学的基础实验课程之一,也是物理化学课程的重要组成部分。通过 一些典型的和具有实用性的物理化学实验,使学生能够掌握物理化学实验的基本方法和技 能，学会重要的物理化学性能的测定，强化学习效果，巩固和加强对物理化学原理的理解， 提高学生灵活运用物理化学知识的能力。训练学生观察实验现象，正确记录数据，正确处理 数据、分析和归纳实验结果的能力，培养严谨的科学态度和实事求是的工作作风。 为了达到上述目的，要求学生以严肃认真的态度，按照实验的要求做好每一个实验。培 养一个良好的习惯是培养优秀的科学工作者的开始。 1. 实验预习 实验前要仔细阅读实验教材及教科书中的实验知识和实验仪器等有关内容，了解本实验 的目的、基本理论和方法原理。简要草拟所用仪器的操作方法、实验安排和记录要测量的数 据简表，写于专用的实验本或预习报告中。 ２. 实验过程 （１）进入实验室后先按仪器使用登记表核对仪器，如有短缺或损坏，应立即提出，以便 补充或修理。 （２）仪器装置和线路安装好后，须经教师检查无误后，方能接通电源进行实验，不得擅 自试验或拆卸。 （３）严格按仪器操作规程进行实验，不得随意改动。实验过程中如遇仪器损坏，应立即 报告，检查原因，并登记损坏情况。 （４）在实验过程中，要认真观察实验现象，记录数据，分析和思考问题。遇有异常现象， 应和教师一起分析原因。保持实验室的整齐、 清洁；注意安全，节约药品与实验用水；遵 守秩序，禁止喧哗；尊重教师及实验室工作人员的指导。 （５）实验完毕，应将原始数据交教师审查认可。合格后再拆卸实验装置，不合格者需补 做或重做。实验结束后切断电源，整理仪器归位，清洁实验台，方可离开实验室。 （６）课代表要安排值日生，实验后打扫实验室，倒废液缸，拉电闸，关闭门窗。 3. 实验报告 实验报告是整个物理化学实验中重要的环节。书写实验报告要注意研讨问题，认真计算， 仔细填写各项数据；字迹清楚，文字通顺，条理分明。处理数据应独立进行，不得两人写一 份报告。报告要真实反映实验结果，反对伪造数据的不良行为。 物理化学实验报告一般应包括：
(1)实验题目、日期、室温、大气压，实验者和同组实验者的姓名。 (②)实验目的及原理。简要地说明实验原理、方法及研究对象。 ③)实验仪器装置和试剂。用简图表示，并注明各部分的名称和仪器型号，列出主要的试 剂。 (4)实验步骤的要点。写出与指导书上不同之处或自已设计的步骤，若与指导书上完全相 同，则写出摘要。 (5)实验数根及数据处理。实验数据尽可能采用表格形式麦示：作图必须用坐标图纸，并 标明坐标及图名：绘制曲线要用曲线板 数据处理和作图应按 理化学实验的实验数据处 理”中的规定进行。实验结果处理部分必须写出必要的计算公式及公式中已知常数的数值 注意各数值所用的单位。 (⑥)问题及讨论。一般包括实验结果的误差分析：实验过程中异常现象的分析：以及对实 验方法、操作步骤、仪器装置的改进意见等。 实验报告一律采用统一的实验报告纸，图纸应贴在报告纸上。并附上原始记录的数据， 第二节物理化学实验的实验数据处理 一、实验误差分析简介 在实验的测量过程中难免产生误差，为了正确估计误差的程度，以及消除误差的起因， 有必要对误差理论作简单介绍。 1.误差的来源 在物理化学实验中，重复实验的结果各不相同，一般是由于仪器的不完善，观察者的不 同特点以及不能完全使实验条件保持不变等原因所致，即存在实验误差。实验误差可分为系 统误差和随机误差。 (1)系统误兼， 这种误差是由 一定原因引起的，它使测量结果恒偏大或恒偏小，其数值或是基本不变 或是按一定规律而变化 系统误差并不因实验重复次数的增多而减小，它总是以相仿的数值、同一符号（正值或 负值)出现的，根据产生误差的原因，采取适当措施，系统误差产生的不准确程度可以得到 改善 系统误差主要由下列原因引起的 1)仪器误差：由于仪器结构上的缺限而产生误差。 2)试剂误差：在化学实验中，试剂中杂质的存在有时会给结果带来严重影响。因此注意 试剂的纯度是很重要的。 3)个人误差：实验者往往在读数时，习惯性地偏高或偏低：鉴别颜色时偏深或偏浅。这 种误差需要实验者经过一段时间的训练后，可逐渐减小 4方法误差 :由于实验方法的基本理论在实验中难以完全实现，或者理论依据的不完都 或引用近似公式等所造成的误差。这类误差仅能随着理论和技术的发展而减小和消除。 (2)随机误差（或称偶然误差） 即使系统误差产生的各种原因己被校正，但在同一条件下，以同等仔细程度对某一个量 进行重复观察时，仍会发现测定值间存在或大或小的差异 生偶然误差的情况或原因很多，譬如在估计仪器分度时读数的偶然偏大或偏小、控制 商定终点的指示剂颜色精有不同、各种实验仪器的稳定性和重现性的扰动等等
(1) 实验题目、日期、室温、大气压，实验者和同组实验者的姓名。 (2) 实验目的及原理。 简要地说明实验原理、方法及研究对象。 (3) 实验仪器装置和试剂。 用简图表示，并注明各部分的名称和仪器型号，列出主要的试 剂。 (4) 实验步骤的要点。写出与指导书上不同之处或自己设计的步骤，若与指导书上完全相 同，则写出摘要。 (5) 实验数据及数据处理。实验数据尽可能采用表格形式表示；作图必须用坐标图纸，并 标明坐标及图名；绘制曲线要用曲线板。数据处理和作图应按“物理化学实验的实验数据处 理”中的规定进行。实验结果处理部分必须写出必要的计算公式及公式中已知常数的数值， 注意各数值所用的单位。 (6) 问题及讨论。一般包括实验结果的误差分析；实验过程中异常现象的分析；以及对实 验方法、操作步骤、仪器装置的改进意见等。 实验报告一律采用统一的实验报告纸，图纸应贴在报告纸上。并附上原始记录的数据。 第二节 物理化学实验的实验数据处理 一、实验误差分析简介 在实验的测量过程中难免产生误差，为了正确估计误差的程度，以及消除误差的起因， 有必要对误差理论作简单介绍。 1.误差的来源 在物理化学实验中，重复实验的结果各不相同，一般是由于仪器的不完善，观察者的不 同特点以及不能完全使实验条件保持不变等原因所致，即存在实验误差。实验误差可分为系 统误差和随机误差。 （1）系统误差： 这种误差是由一定原因引起的，它使测量结果恒偏大或恒偏小，其数值或是基本不变， 或是按一定规律而变化。 系统误差并不因实验重复次数的增多而减小，它总是以相仿的数值、同一符号（正值或 负值）出现的，根据产生误差的原因，采取适当措施，系统误差产生的不准确程度可以得到 改善。 系统误差主要由下列原因引起的。 1）仪器误差：由于仪器结构上的缺限而产生误差。 2）试剂误差：在化学实验中，试剂中杂质的存在有时会给结果带来严重影响。因此注意 试剂的纯度是很重要的。 3）个人误差：实验者往往在读数时，习惯性地偏高或偏低；鉴别颜色时偏深或偏浅。这 种误差需要实验者经过一段时间的训练后，可逐渐减小。 4) 方法误差：由于实验方法的基本理论在实验中难以完全实现，或者理论依据的不完整 或引用近似公式等所造成的误差。这类误差仅能随着理论和技术的发展而减小和消除。 （2) 随机误差（或称偶然误差） 即使系统误差产生的各种原因已被校正，但在同一条件下，以同等仔细程度对某一个量 进行重复观察时，仍会发现测定值间存在或大或小的差异。 产生偶然误差的情况或原因很多，譬如在估计仪器分度时读数的偶然偏大或偏小、控制 滴定终点的指示剂颜色稍有不同、各种实验仪器的稳定性和重现性的扰动等等
随机误差是不可避免的。但对每个实验者来说，偶然产生的误差是在变动的，数值可大 可小，符号可正可负，它服从概率定律，即正误差（实验数据大于真值）与负误差（实验数 据小于真值)出现的概率相同 因此偶然误差可随着实验次数的增多而使其平均值逐渐趋于零。 除去系统误差与偶然误差外，有时还可能由于某些意外的原因产生误差，例如测量数据 时数值读错或记录错误，外界条件突然改变（如电源电压的变动，空气流动）等。如果在实 验中发现这些误差，便应及时进行纠正，否则应该在对所得数据进行正确的实验数据处理过 程中弃去。 2.绝对误差与相对误差的理论意义和实际意义 如重复测量某一量值得： 1；a:.a:.:a。,若其实际真值为不，则显然 每一次测量中都含有单独测量的误差△a,有 △a,=a,-X；△az=a2-x:“ 其一般通式形式则可写为△a:=a,一x. 由于x(实际)值并非已知，所以不能求出△a:实际值。在n次测量的情况下将各误差量 相加得 ∑Aa,-∑a,-m (1-1) n 显然，从理论上分析，在正误差和负误差几率相等的情况下，当增加时，等式右边第 项趋近于零，因此可以把几次测量的算术平均值看作实际值x亦即： (1-2) 于是单独测量误差的计算公式写为： Na,a,-a (1-3) 称为绝对误差。 其绝对误差计算值可以为正，也可以为负，但它不能使我们看出整个实验的准确程度， 实验中很少用绝对误差来表示测量结果的好坏 绝对误差的平均值可以用下式表示： (1-4 其中△，是表示误差的绝对值，而前面的士表示正或负误差的出现几率相等。 相对误差是绝对误差的平均值与所测量的真值（即其算术平均值）之商，即 (1-5)
随机误差是不可避免的。但对每个实验者来说，偶然产生的误差是在变动的，数值可大 可小，符号可正可负，它服从概率定律，即正误差（实验数据大于真值）与负误差（实验数 据小于真值）出现的概率相同。 因此偶然误差可随着实验次数的增多而使其平均值逐渐趋于零。 除去系统误差与偶然误差外，有时还可能由于某些意外的原因产生误差，例如测量数据 时数值读错或记录错误，外界条件突然改变（如电源电压的变动，空气流动）等。如果在实 验中发现这些误差，便应及时进行纠正，否则应该在对所得数据进行正确的实验数据处理过 程中弃去。 2. 绝对误差与相对误差的理论意义和实际意义 如重复测量某一量值得： a 1 ； a 2 ；. a i ；.； a n ,若其实际真值为 x，则显然 每一次测量中都含有单独测量的误差△a ,有 △ a 1＝ a 1－x ；△ a 2＝ a 2－x ；.△ a i＝a i－x ；.；△ a n＝a n－x , 其一般通式形式则可写为 △ a i＝ a i－x 。 由于 x(实际)值并非已知,所以不能求出△ a i 实际值。在ｎ次测量的情况下将各误差量 相加得 = n i ai 1 ＝ = n i i a 1 - nx x ＝ = n i ai n 1 1 － = n i ai n 1 1 （1-1） 显然,从理论上分析，在正误差和负误差几率相等的情况下,当 n 增加时,等式右边第二 项趋近于零,因此可以把几次测量的算术平均值看作实际值 x,亦即： x ＝ n= lim ( = n i ai n 1 1 － = n i ai n 1 1 )＝ = n i ai n 1 1 ＝ a (1-2) 于是单独测量误差的计算公式写为： ai ＝ ai − a （1-3） 称为绝对误差。 其绝对误差计算值可以为正,也可以为负，但它不能使我们看出整个实验的准确程度， 实验中很少用绝对误差来表示测量结果的好坏。 绝对误差的平均值可以用下式表示： a ＝ = n i ai n 1 1 （1-4） 其中 ai 是表示误差的绝对值,而前面的±表示正或负误差的出现几率相等。 相对误差是绝对误差的平均值与所测量的真值（即其算术平均值）之商，即 a a ＝ = n i ai n a 1 1 (1-5)
例如，在测量50cm长度时的绝对误差平均值为±0.01cm,相当于0.01/50=±0.0002 即0.02%的相对误差。同样的测量精度下还是±0.01cm的绝对误差，在测量1.00Cm米 的长度时，相对误差将为士0.01(1% ,为第一种情况的50 由此看出，相对误差更能反映测量结果的可靠性，相对误差则较绝对误差更能鉴别 实验的准确度。 一、实验数据处理与表示方法 1.有效数据运算规则 物理化学实验中有效数字子运算可遵循的方法如下： (1)舍去多余无用的有效数字时可以采用四舍五入的原则。 (2)求几个数的和或差时，根据位数做比较，将所有有效数字中的可疑数字位数最大的 作为标准，其他数值则在这一位数以后的数字全部四舍五入法取出，再进行加减 例如：13.65+0.0082+1.632， 中13.65中5的位 0.01,是所有可疑数字位数 最大的，故应以13.65为标准计算，即0.0082取0.01,1.632取1.63。结果为13.65+0.01 +1.63=15.29 (3)在乘除计算中，可先按四舍五入法将各有效数字位数高的改为与运算的各数值中有 效数字位数最少的一位相同，然后进行运算，结果的有效数字的位数也与此保留相同的位数。 (有时可多保留一位，按情况而定例如：13.65×0.0082×1.635=14X0.0082X1.6 0.183 (4)在用对数进行运算时，所用对数表的位数至少应与各数中有效数字最少的位数相等 成多一位。 (5)在复杂的计算中，在未得到最后数据之前，在中间各步应保留比原来有效数字多 位的保留方法，以免结果的累积误差太大，但最终结果应仍保持最少有效数字的位数。 2.列表法 (1)每一个表都应有简明完整的名称。 (2)每一变量（组）应占表格中一行（或一列）。每一行或每一列的第一栏写上该变量的 多弥居苗 (3)每行中数字的排列要整齐，位数和小数点应对齐 (4)表中的数值应化为最简单的形式表示，公共的乘方因子可在第一栏的名称下注明。 3.图解法 物理化学中许多理论规律是在处理实验数据基础上得来的，在处理数据时最常用的就是 作图法。作图法是用图形米表示体系性质变化的规律，这一方法的优点是荷明直观，能直接 反映各物理量之间的关系：由图形可以找出所研究对象中的变化规律，如极大极小转折点等： 同时可利用图形作切线求斜率，求面积，确定经验方程式的常数等。 (1)作图方法 图解法要得出良好结果，关键在于作图技术。以下简要介绍作图方法的要点 1)坐标纸的选择。 最常用的是直角坐标纸，有时也用单对数坐标纸或双对数坐标纸，在表达三组分体系相 图时，常用三角坐标纸
例如，在测量 50cm 长度时的绝对误差平均值为±0.01cm，相当于 0.01/50=±0.0002 即 0.02％的相对误差。同样的测量精度下还是±0.01cm 的绝对误差,在测量 1.00cm 米 的长度时,相对误差将为±0.01（1％），为第一种情况的 50 倍。 由此看出，相对误差更能反映测量结果的可靠性，相对误差则较绝对误差更能鉴别 实验的准确度。 二、实验数据处理与表示方法 1. 有效数据运算规则 物理化学实验中有效数字运算可遵循的方法如下： （１）舍去多余无用的有效数字时可以采用四舍五入的原则。 （２）求几个数的和或差时，根据位数做比较，将所有有效数字中的可疑数字位数最大的 作为标准，其他数值则在这一位数以后的数字全部四舍五入法取出，再进行加减。 例如：13.65＋0.008 2＋1.632，其中 13.65 中 5 的位数是 0.01,是所有可疑数字位数 最大的,故应以 13.65 为标准计算，即 0.008 2 取 0.01,1.632 取 1.63。结果为 13.65＋0.01 ＋1.63＝15.29。 （３）在乘除计算中，可先按四舍五入法将各有效数字位数高的改为与运算的各数值中有 效数字位数最少的一位相同，然后进行运算，结果的有效数字的位数也与此保留相同的位数。 （有时可多保留一位，按情况而定例如：13.65×0.0082×1.635＝14×0.008 2×1.6＝ 0.183）。 （4）在用对数进行运算时，所用对数表的位数至少应与各数中有效数字最少的位数相等 或多一位。 （５）在复杂的计算中，在未得到最后数据之前，在中间各步应保留比原来有效数字多一 位的保留方法，以免结果的累积误差太大，但最终结果应仍保持最少有效数字的位数。 2. 列表法 (１)每一个表都应有简明完整的名称。 (２)每一变量（组）应占表格中一行（或一列）。每一行或每一列的第一栏写上该变量的 名称及单位。 (３)每行中数字的排列要整齐，位数和小数点应对齐。 (４)表中的数值应化为最简单的形式表示，公共的乘方因子可在第一栏的名称下注明。 3. 图解法 物理化学中许多理论规律是在处理实验数据基础上得来的，在处理数据时最常用的就是 作图法。作图法是用图形来表示体系性质变化的规律，这一方法的优点是简明直观，能直接 反映各物理量之间的关系；由图形可以找出所研究对象中的变化规律，如极大极小转折点等； 同时可利用图形作切线求斜率，求面积，确定经验方程式的常数等。 (1)作图方法 图解法要得出良好结果，关键在于作图技术。以下简要介绍作图方法的要点。 1) 坐标纸的选择。 最常用的是直角坐标纸，有时也用单对数坐标纸或双对数坐标纸，在表达三组分体系相 图时，常用三角坐标纸