《物理化学实验》讲义高文华编汕头大学理学院化学系2008年-
《物理化学实验》讲义 高文华 编 汕头大学理学院化学系 2008 年 I
目髪录物理化学实验实验一恒温水浴的组装及性能测试实验二燃烧热的测定6实验三纯液体饱和蒸气压的测定19实验四完全互溶双液系的平衡相图.24实验五金属相图绘制29.35实验六凝固点降低法测分子量实验七电导及其应用39实验八原电池电动势的测定及应用.44.50实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验十电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数.55实验十一最大泡压法测定溶液的表面张力.59实验十二粘度法测定高聚物的分子量.68实验十三电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度....74.77实验十四毛细管电泳测定苯甲酸衍生物的消度实验十五量子化学计算.85II
目 录 物理化学实验 . 1 实验一 恒温水浴的组装及性能测试 .1 实验二 燃烧热的测定 .6 实验三 纯液体饱和蒸气压的测定 .19 实验四 完全互溶双液系的平衡相图 .24 实验五 金属相图绘制 .29 实验六 凝固点降低法测分子量 .35 实验七 电导及其应用 .39 实验八 原电池电动势的测定及应用 .44 实验九 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 .50 实验十 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数.55 实验十一 最大泡压法测定溶液的表面张力 .59 实验十二 粘度法测定高聚物的分子量 .68 实验十三 电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度.74 实验十四 毛细管电泳测定苯甲酸衍生物的淌度.77 实验十五 量子化学计算 .85 II
物理化学实验实验一恒温水浴的组装及性能测试一、实验目的1.了解恒温水浴的性能测试方法2.掌握简易恒温水浴的组装方法及其控温原理二、实验原理许多物理化学数据的测定，必须在恒定温度下进行。欲控制被研究体系的某一温度，通常采取两种办法：一是利用物质的相变点温度来实现。如液氯（-195.9℃）、干冰（0℃）、干冰-丙酮（-78.5℃）、沸点水（100℃）、沸点萘（218.0℃）、沸点硫（444.6℃）、Na2S010H032.38℃）等等。这些物质处于相平衡时，温度恒定而构成一个恒温介质浴，将需要恒温的测定对象置于该介质浴中，就可以获得一个高度稳定的恒温条件。另一种是利用电子调节系统，对加热器或致冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定的温度之下。本实验讨论的恒温水浴就是一种常用的控温装置。它通过电子继电器对加热器自动调节，来实现恒温目的。当恒温浴因热量向外扩散等原因使体系温度低于设定值时，继电器迫使加热器工作。到体系再次达到设定温度时，又自动停止加热。这样周而复始，就可以使体系温度在一定范围内保持恒定。普通恒温水浴的结构是由浴槽、温度计、搅拌器、加热器、接触温度计（或称导电表）和继电器等部分组成（图2）。为了测定其灵敏度，还包括贝克曼温度计或热敏温度计一支。恒温水浴的工作原理简述如下：（一）、浴槽槽包括容器和液体介质。如果要求设定的温度与室温相差不太大，通常可用20dm的圆形玻璃缸作容器。若设定的温度较高（或较低），则应对整个槽体保温，以减小热量传递速度，提高恒温精度。恒温水浴以蒸馏水为工作介质。如对装置稍作改动并选用其它合适液体作为工作介质，则上述恒温可在较大的温度范围内使用。（二）、温度计1
物理化学实验 实验一 恒温水浴的组装及性能测试 一、实验目的 1.了解恒温水浴的性能测试方法 2.掌握简易恒温水浴的组装方法及其控温原理 二、实验原理 许多物理化学数据的测定，必须在恒定温度下进行。欲控制被研究体系的某 一温度，通常采取两种办法：一是利用物质的相变点温度来实现。如液氯（-195.9 ℃）、干冰（0℃）、干冰-丙酮（-78.5℃）、沸点水（100℃）、沸点萘（218.0℃）、 沸点硫（444.6℃）、Na2SO4.10H2O 32.38℃）等等。 这些物质处于相平衡时，温度恒定而构成一个恒温介质浴，将需要恒温的 测定对象置于该介质浴中，就可以获得一个高度稳定的恒温条件。另一种是利用 电子调节系统，对加热器或致冷器的 工作状态进行自动调节，使被控对象处于 设定的温度之下。本实验讨论的恒温水浴就是一种常用的控温装置。它通过电子 继电器对加热器自动调节，来实现恒温目的。当恒温浴因热量向外扩散等原因使 体系温度低于设定值时，继电器迫使加热器工作。到体系再次达到设定温度时， 又自动停止加热。这样周而复始，就可以使体系温度在一定范围内保持恒定。 普通恒温水浴的结构是由浴槽、温度计、搅拌器、加热器、接触温度计（或 称导电表）和继电器等部分组成（图 2）。为了测定其灵敏度，还包括贝克曼温 度计或热敏温度计一支。 恒温水浴的工作原理简述如下： （一）、浴槽 槽包括容器和液体介质。如果要求设定的温度与室温相差不太大，通常可用 20dm3 的圆形玻璃缸作容器。若设定的温度较高（或较低），则应对整个槽体保 温，以减小热量传递速度，提高恒温精度。 恒温水浴以蒸馏水为工作介质。如对装置稍作改动并选用其它合适液体作为 工作介质，则上述恒温可在较大的温度范围内使用。 （二）、温度计 1
观察恒温浴的温度可选用分度值为0.1℃的水银温度计，而测量恒温浴的灵敏度时应采用贝克曼温度计。温度计的安装位置应尽量靠近被测系统。所用的水银温度计读数都应加以校正。水银温度计的校正和贝克曼温度计的使用方法，请参阅技术和仪器部分。（三）、搅拌器搅拌器以小型电动机带动，其功率可选40W，用变速器或变压器来调节搅拌速度。搅拌器一般应安装在加热器附近，使热量迅速传递，以使槽内各部位温度均匀。（四）、加热器在要求设定温度比室温高的情况下，必须不断供给热量以及补偿水浴向环境散失的热量。电加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。如果容量为20dm的浴槽，要求恒温在20-30℃之间，可选用200-300W的电加热器。室温过低时，则应选用较大功率或采用两组加热器。（五）、接触温度计接触温度计又称水银电导表。水银球上部焊有金属丝，温度计上半部有另一金属丝，两者通过引出线接到继电器的信号反馈端。接触温度计的顶部有一磁性螺旋调节帽，用来调节金属丝触点的高低。同时，从温度计调节指示螺母在标尺上的位置可以估读出大致的控制设定温度值。浴槽温度升高时，水银膨胀并上升至触点，继电器内线圈通电产生磁场，加热线路弹簧片跳开，加热器停止加热。随后溶槽热量向外扩散，使温度下降，水银收缩并与接触点脱离，继电器的电磁效应消失，弹簧片弹回，而接通加热器回路，系统温度又开始回升。这样接触温度计反复工作，而使系统温度得到控制。可以说它是恒温浴的中枢，对恒温起着关键作用。（六）、继电器继电器必须与加热器和接触温度计相连，才能起到控温作用。实验常用的继电器有电子管继电器和晶体管继电器（图1）。它是利用晶体管工作在截止区以及饱和区呈现的开关特制成的。其工作过程是：当接触温度计的触点T.断开时，E.通过R给锗三级管BG的基极注入正向电流Ib，使BG饱和导通，继电器的触点K闭合，接通加热电源。当被控对象的温度升至设定温度时，T接通，BG的基极和发射极被短路，便BG截止，触点K断开，停止加热。当线圈中的电流突然变小时，会感生出一个教高的反电动势，二极管D的作用是将它短路，避免晶体管被击穿。必须注意，晶体管继电器不能在高温下工作，因此不能用于烘箱等高温场合。综上所述，恒温条件是通过一系列原件的动作来获得的，因此不可避免的存在着不少滞后现象，如温度传递、感温原件、继电器、加热器等的滞后。因此，装配时出对上述各元件的灵敏度有一定要求外，还应注意各元件在恒温槽中的布2
观察恒温浴的温度可选用分度值为 0.1℃的水银温度计，而测量恒温浴的灵 敏度时应采用贝克曼温度计。温度计的安装位置应尽量靠近被测系统。所用的水 银温度计读数都应加以校正。水银温度计的校正和贝克曼温度计的使用方法，请 参阅技术和仪器部分。 （三）、搅拌器 搅拌器以小型电动机带动，其功率可选 40W，用变速器或变压器来调节搅拌 速度。搅拌器一般应安装在加热器附近，使热量迅速传递，以使槽内各部位温度 均匀。 （四）、加热器 在要求设定温度比室温高的情况下，必须不断供给热量以及补偿水浴向环境 散失的热量。电加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。如果容 量为 20dm3 的浴槽，要求恒温在 20-30℃之间，可选用 200-300W的电加热器。室 温过低时，则应选用较大功率或采用两组加热器。 （五）、接触温度计 接触温度计又称水银电导表。水银球上部焊有金属丝，温度计上半部有另一 金属丝，两者通过引出线接到继电器的信号反馈端。接触温度计的顶部有一磁性 螺旋调节帽，用来调节金属丝触点的高低。同时，从温度计调节指示螺母在标尺 上的位置可以估读出大致的控制设定温度值。浴槽温度升高时，水银膨胀并上升 至触点，继电器内线圈通电产生磁场，加热线路弹簧片跳开，加热器停止加热。 随后溶槽热量向外扩散，使温度下降，水银收缩并与接触点脱离，继电器的电磁 效应消失，弹簧片弹回，而接通加热器回路，系统温度又开始回升。这样接触温 度计反复工作，而使系统温度得到控制。可以说它是恒温浴的中枢，对恒温起着 关键作用。 （六）、继电器 继电器必须与加热器和接触温度计相连，才能起到控温作用。实验常用的继 电器有电子管继电器和晶体管继电器（图 1）。它是利用晶体管工作在截止区以 及饱和区呈现的开关特制成的。其工作过程是：当接触温度计的触点Tr断开时， Ec通过Rk给锗三级管BG的基极注入正向电流Ib，使BG饱和导通，继电器的触点K闭 合，接通加热电源。当被控对象的温度升至设定温度时，Tr接通，BG的基极和发 射极被短路，使BG截止，触点K断开，停止加热。当J线圈中的电流突然变小时， 会感生出一个教高的反电动势，二极管D的作用是将它短路，避免晶体管被击穿。 必须注意，晶体管继电器不能在高温下工作，因此不能用于烘箱等高温场合。 综上所述，恒温条件是通过一系列原件的动作来获得的，因此不可避免的存 在着不少滞后现象，如温度传递、感温原件、继电器、加热器等的滞后。因此， 装配时出对上述各元件的灵敏度有一定要求外，还应注意各元件在恒温槽中的布 2
局是否合理。通常，恒温槽内温度波动越小，即各区域温度越均匀，恒温槽灵敏度越高。灵敏度是恒温槽恒温好坏的一个主要标志。恒温槽的温度控制装置属于“通“断”类型，当加热器接通后，恒温介质温度上升，热量的传递使水银温度计中的水银柱上升。但热量的传递需要时间，因此常出现温度传递的滞后，往往是加热器附近介质的温度超过设定温度，所以恒温槽的温度超过设定温度。同理，降温时也会出现滞后现象。由此可知，恒温槽控制的温度有一个波动范围，并不是控制在某一固定不变的温度。因此、衡量恒温水浴的品质好坏，可以用恒温水浴灵敏度来度量。通常以实测的最高温度值与最低温度值之差的一半数值来表示其灵敏度。即控温效果可以用灵敏度t表示：At=±h-22式中，t1为恒温过程中水浴的最高温度；t2为恒温过程中水浴的最低温度。从图3可以看出：曲线(a)表示恒温槽灵敏度较高；(b)表示恒温槽灵敏度较差；(c)表示加热器功率太大；(d)表示加热器功率太小或散热太快。影响恒温槽灵敏度的因素很多，大体有：THAAAAAAAAAA(a)(c)AAAS"(b)(d)图3控温灵敏度曲线三、试剂和仪器玻璃缸，加热器，水银温度计，贝克曼温度计，水银接触温度计，继电器，搅拌器，秒表等。四、实验步骤（一）准备工作：按示意图安装恒温水浴3
局是否合理。通常，恒温槽内温度波动越小，即各区域温度越均匀，恒温槽灵敏 度越高。灵敏度是恒温槽恒温好坏的一个主要标志。 恒温槽的温度控制装置属于“通”“断”类型，当加热器接通后，恒温介质温度 上升，热量的传递使水银温度计中的水银柱上升。但热量的传递需要时间，因此 常出现温度传递的滞后，往往是加热器附近介质的温度超过设定温度，所以恒温 槽的温度超过设定温度。同理，降温时也会出现滞后现象。由此可知，恒温槽控 制的温度有一个波动范围，并不是控制在某一固定不变的温度。因此、衡量恒温 水浴的品质好坏，可以用恒温水浴灵敏度来度量。通常以实测的最高温度值与最 低温度值之差的一半数值来表示其灵敏度。 即控温效果可以用灵敏度 Δt 表示： 2 21 tt t − ±=Δ 式中，t1 为恒温过程中水浴的最高温度；t2 为恒温过程中水浴的最低温度。 从图 3 可以看出：曲线(a)表示恒温槽灵敏度较高；(b)表示恒温槽灵敏度较差； (c)表示加热器功率太大；(d)表示加热器功率太小或散热太快。影响恒温槽灵敏 度的因素很多，大体有： 图 3 控温灵敏度曲线 三、试剂和仪器 玻璃缸,加热器,水银温度计,贝克曼温度计,水银接触温度计,继电器,搅拌器,秒 表等。 四、实验步骤 （一）准备工作： 按示意图安装恒温水浴 3