物理化学各个实验实验报告参考答案

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1、 燃烧热的的测定一、实验目的1通过萘和蔗糖的燃烧热的测定，掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术。了解氧弹式热计的原理、构造和使用方法。2了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差异和相互关系。3学会应用图解法校正温度改变值。二、实验原理了解燃烧热的定义，水当量的含义。燃烧热是指1mol物质完全燃烧时所放出的热量，在恒容条件下测得的燃烧热为恒容燃烧热()，恒压条件下测得燃烧热为恒压燃烧热()。假设把参加反响的气体和生成气体视为理想气体，那么。假设测得或中的任一个，就可根据此式乘出另一个。化学反响热效应包括燃烧热常用恒压热效应表示。在盛有定量水的容器中，放入装有一定量样品和样体的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧

2、，放出热量使水和仪器升温，假设仪器中水量为W(g)，仪器热容，燃烧前后温度为t0和tn，那么m(g)物质燃烧热。假设水的比热容C1。摩尔质量为M的物质。其摩尔燃烧热为，热容可用燃烧热的标准物质苯甲酸，26.434来标定。将其放入量热计中，燃烧测其始末速度，求。一般因每次水量相同，可作为一个定量来处理。三实验步骤1热容的测定压片要压实，注意不要混用压片机。1检查压片用的钢模，用电子天平称约0.8g苯甲酸，倒入模具，讲样品压片，除去样品外表碎屑，取一段棉线，在精密天平上分别称量样品和棉线的质量，并记录。2拧开氧弹盖，擦净内壁及电极接线柱，用万用表检查两电极是否通路，将称好的棉线绕加热丝两圈后放入坩

3、埚底部，并将样品片压，在棉线上旋紧弹盖，并再次检查电极是否通路，将氧弹放在充氧架上，拉动扳手充氧。充毕，再次检查电极。装样前后必须要测试氧弹是否通路，否那么无法进行实验。每个样品测试完后，内筒的水需要更换，水需要称量。3将氧弹放入热量计内桶，称取适量水，倒入量热计内桶，水量以没氧弹盖为宜，接好电极，盖上盖子，翻开搅拌开关，开始微机操作。用洁净的小烧杯于电子天平上称量2.0g固体NaOH，加水使之溶解，转移至500mL细口瓶中，充分摇匀，用橡皮塞塞好，贴上标签备用。2物质燃烧热的测定1蔗糖燃烧热测定，称取0.6g蔗糖代替苯甲酸，操作同上。2萘燃烧热的测定，称取1.2g萘代替蔗糖，操作同上。3.实

4、验数据苯甲酸蔗糖萘样品重量(g)0.84501.19110.5933主期温升(k)2.3792.1102.565外桶温度()24.42024.53724.597主期初始温度()23.70023.76823.701主期终止温度()26.07925.87826.26620仪器热容量MJ/k9.26916.57240.602国际冷却常数K:0.0036/min 国际综合常数A:-0.00158k/min 水量：2473.65g四实验数据处理列出详细计算步骤1由标准物苯甲酸求出水当量由M苯甲酸=122.12g/mol 得=2.379K m=0.8450g 所以：=9269J/k由得 J/K2写出萘的燃

5、烧反响式，并求出萘的恒容燃烧热和恒压燃烧热。C10H8(S)+12O2(9 ) 10CO2(9)+4H2O(l) (KJ/mol) (KJ/mol)3写出蔗糖的燃烧反响式，并求出蔗糖的恒容燃烧热和恒压燃烧热。C10H8(S)+12O2(9 ) 10CO2(9)+4H2O(l)(KJ/mol)(KJ/mol)4实验结论该实验通过测水温的温度变化来计算物质，吸收的热量，求出燃烧热。实验结果在误差范围内。强调实验报告书写：格式标准、字迹工整、实验数据不得涂改、要有误差分析。5实验误差分析蔗糖标准燃烧焓值为：5645KJmol-1萘标准燃烧焓值为：5157KJmol-1蔗糖燃烧热相对误差：萘燃烧热相对

6、误差：液体饱和蒸气压的测定静态压一、实验目的1了解用静态法也称等位法测定异丙醇在不同温度下饱和蒸气压的原理，进一步明确纯液体饱和蒸气压与温度的关心。2掌握真空泵的使用方法。3学会用图解法求所测温度范围内的平均摩尔汽化热及正常沸点。二、实验原理理论上了解液体饱和蒸气压和温度的关系克劳修斯克拉贝龙方程。一定温度下，在一真空密闭容器中，液体的蒸发很快与蒸气凝结到达动态平衡，即蒸气分子向液面凝结和液体分子从外表逃逸的速率相等。此时，液面上的蒸气压力就是液体在此温度的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压与温度的同向变化。当蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾。外压不同时，液体的沸点也不同。通常把外压为101325

7、Pa时沸腾的温度定为液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯克拉贝龙方程式来表示： 式中T热力学温度(K)；p液体在温度T时的饱和蒸气压；Hm-液体摩尔汽化热(kJ/mol)；R气体常数。当温度在较小范围内变化时，可把Hm看作常数，当做平均摩尔汽化热，将上式积分得，中A积分常数，与压力p的单位有关。由上式可知，在一定范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以lgp对1/T作图，可得一直线，而由直线的斜率可求出实验温度范围的液体平均摩尔汽化热。静态发测液体的饱和蒸气压时调节外压，以液体的蒸气压求出外压，就能直接得到该温度下的饱和蒸气压。三、实验步骤1.装样从等位计R处注入异丙醇液体，

8、使A球中装有2/3的液体，U形管B的双臂大局部有液体。2. 检漏 将装有液体的等位计接好，翻开冷却水，关闭活塞H、G，翻开真空泵抽气系统。翻开活塞G，从低真空泵测压仪上显示压差位40005300Pa，关闭活塞G，注意观察压力测量仪的数字变化，如果系统漏气，那么压力量仪的显示数值逐渐变小，这时应分段认真检查，寻找漏气部位，设法消除。注意抽真空的方法，别忘记读空气大气压。实验过程中，一定要严格控制温度的准确性。调节恒温槽至所需温度后，翻开活塞G，缓慢抽气，使A球中的液体溶解的空气和A、B空间内的空气通过B管中的液体排出，抽气假设干分钟后，当气泡呈长柱形时，关闭活塞G。停止抽真空，调节H，使空气缓慢

9、进入测量系统，直到B管中的双液面等高。待压力稳定后，从低真空测压仪上读取数据，用上述方法测定6个不同温度时的异丙醇的蒸气压(每个温度间隔为5K)在实验开始时，从气压计读取测定时的大气压。原始记录温度/253035404550压强p1/KPa92.090.988.785.881.576.7p2/KPa91.890.788.585.781.476.3大气压强/kPa100.02100.02100.0099.9899.9599.91四、实验数据处理(详细列出计算步骤)(1)实验数据处理。t/T/K1/T/K-1E1/kPaE2/kPaE/kPap/kPap/kPalgp25298.153.35410

10、-392.091.891.9100.028.120.9130303.153.29910-390.790.990.8100.029.220.96535308.153.24510-388.788.588.6100.0011.401.05740313.153.19310-385.885.785.7599.9814.231.15345318.153.14310-381.481.581.4599.9518.51.26750323.153.09510-376.376.776.599.9123.411.369(2)以蒸气压p对温度T作图，在图上均取8个点，并列出相应表格，绘制lgp1/T图。T/K298.1

11、5303.15308.15313.15318.15323.15322.58303.03P/kPa8.129.2211.414.2318.523.4122.139.661/T/K-1(10-3)3.3543.2993.2453.1933.1433.0953.1003.300lgp0.910.9651.0571.1531.2671.3691.3450.985(3)从直线lgp1/T上求出实验温度范围的平均值摩尔汽化热及正常沸点。解：故在图中取两点x3.1103，1.345，y(3.3103，0.985)，即 kJ/mol强调实验报告书写：格式标准、字迹工整、实验数据不得涂改、要有误差分析。联立解出

12、T2364.3K(91.15)(4)以最小二乘法计算异丙醇蒸气压和温度关系式()中的值。解： =1.2021.8141033.22151036.96(5)实验结论。答：通过对不同温度下异丙醇饱和蒸气压的测定，了解到液体饱和蒸气压随温度的变化关系。一般情况下，随着温度升高，液体饱和蒸气压也升高。当饱和蒸气压与外界压强相等时，液体便开始沸腾，这便说明为什么高原上水的沸点比平原低，同样，也能很好的解释为什么饱和蒸气压大的沸点低。(6)实验误差分析。从分析手册上查出异丙醇的正常沸点作为真值，计算相对误差。答：本实验过程中，在23时，对体系进行了一次抽气，当温度升高到24时，发现体系内压强高于平衡它的外

13、压，担忧体系空气没有抽尽，于是再次对体系进行了约3秒钟的抽气，使得其压强变为93kPa，也许由于抽气抽得过多，造成“外压过低，使得在实验进行的过程中屡次出于急剧沸腾的现象，这是本次实验误差产生的根本原因。通过查表可得异丙醇的正常沸点为82.4。相对误差为 粘度法测定高聚物相对分子质量一、实验目的1掌握用粘度法测定高聚物平均摩尔质量的原理及方法。2用奥氏粘度计测量聚乙烯醇的摩尔质量。 二、实验原理粘性液体在流运过程中所受阻力的大小可用粘度系数(简称粘度)来表示(kgm-1s-1)。粘度法是常用的测定高聚物摩尔质量的方法之一，用粘度法求得的摩尔质量称为粘均摩尔质量。高聚物的粘度一般比纯溶剂的粘度0

14、大得多。其粘度增加的分数sp称为增比粘度，其定义为溶液粘度与纯溶剂粘度的比值称作相对粘度，记作r单位浓度下的增比粘度称为比粘度SP / c，lnr / c为浓度对数粘度。当溶液无限稀释时，有关系式称为特性粘度，其单位是浓度c单位的倒数。在足够稀释的高聚物溶液里，SP / c与lnr / c与c之间分别符合下述关系关系式因此，利用作图，由外推法可求出由经验公式以及对c作图得两条直线，这两条直线在纵坐标轴上相交于同一点，可求出的值。在一定温度和溶剂条件下，特性粘度与高聚物的摩尔质量M间的关系通常用经验方程表示式中K和a是与温度、溶剂及高聚物本性有关的常数。查得聚乙烯醇在25时，K值为2.010-4

15、，a值为0.76。本实验使用奥氏粘度计测定高聚物溶液的粘度，其最大的优点是溶液的体积对测定没有影响。聚乙烯醇很容易形成泡沫，而泡沫的存在直接影响流过时间的测定，因此在聚乙烯醇中参加几滴正丁醇以消除泡沫。也应在溶剂蒸馏水中参加同样多的正丁醇。三、实验内容(1) 测定溶剂流经毛细管的时间。调节恒温槽温度为25。将粘度计垂直放入恒温槽，固定好。将已恒温的蒸馏水用移液管吸取10mL，恒温10min，用吸耳球吸起，使之超过刻线，然后放开，任其自然流下，记录自上刻线流至下刻线所需的时间t0，平行做3次。抽吸液体必须缓慢，防止气泡的形成。(2) 测定溶液流经毛细管的时间。取6个已经烘干的小烧杯，编上序号。在

16、每个烧杯中各参加10 mL已配好的聚乙烯醇水溶液，依次在小烧杯中注入0、5、10、15、25、35mL蒸馏水，混合均匀，使溶液浓度依次为c1、c2、c3、c4、c5、c6，恒温后，将上述溶液由稀至浓依次取出10.00 mL，放入粘度计中，在恒温槽中恒温10 min后，分别测出不同浓度的溶液流经毛细管的时间t1、t2、t3、t4、t5、t6，。实验完毕后，将浓度计用蒸馏水清洗干净，以防毛细管堵塞。四、实验数据处理强调实验报告书写：格式标准、字迹工整、实验数据不得涂改、要有误差分析。(1) 将每次的浓度c(以100 mL溶液中所含高聚物的克数表示)和相应流经毛细管的时间t以及不同浓度的、r、SP、

17、列表。(2) 以对c及对c作图，将直线外推至c0处，求出。(3) 由式2.80)计算聚乙烯醇的平均摩尔质量。 磁化率的测定一、实验目的1掌握古埃法测定磁化辛的原理和方法。2通过测定一些配合物的磁化率，求算未成对电子数和判断配合离子的配位键类型。二、实验原理1、磁化率注意磁化率、分子磁矩等几个概念。在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场，物质的磁感应强度B满足以下关系1物质的磁化可用磁化强度M来描述，M=xH (2)式中x-物质的体积磁化率，在化学上常用质量磁化率xm来表示物质的磁性质32、分子磁矩与磁化率物质的磁性与组成物质的原子，离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子中有未成对电子

18、时，物质就有永久磁矩，在外磁场作用下，具有永久磁矩的原子，离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列，表现为顺磁性外，还由于其内部的电子轨道运动有感应的磁矩其方向与外磁场方向相反，表现为逆磁性，即4磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，用统计力学的方法可以得到5物质的永久磁矩m与它所含有的未成对电子数n的关系为 3、磁化率的测定当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂加减砝码使之平衡，设为施加磁场前后的质量差异，那么 由于将所以通过测即可求得xm 三、实验步骤1将特斯拉计的探头放入磁铁的中心架的中间，套上保护套，调节特斯拉计的数字显示为“0注意分析天平的用法，测试完后药品需要回收。

19、2取下保护套，把探头平面垂直置于磁场两极中心，翻开电源，调节“调压旋钮使电流增大至特斯拉计上显示约“0.3”T，调节探头上下，左右位置，观察数字显示值，把探头位置调节至显示值为最大的位置，此乃探头最正确位置，用探头沿此位置的垂直线，测定离磁铁中心Ho=0时的高度，这也是样品管内应装样品的高度。3用莫盐标定磁场强度，取1支清洁的枯燥的空样品管悬挂在磁天平的挂钩上，使样品管的底部正好与磁极中心线相平，准确称取m1(H0)；调节旋钮，使特斯拉计显示为“0.300TH1得m1(H1)逐渐增大电流，使读数为“0.350TH2得m1(H2), 然后略增大电流，接着退至0.350TH2得m2(H2)，将电流

20、降至数显示为“0.300TH1时得m2(H1)，再缓慢降至数显为“0.000TH0得m2(H0) 参加莫尔盐依次测量4在同一样品管中，采取相同方法，测定FeSO47H2O,K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)63H2O的测定后的样品均倒回试剂瓶，可重复使用原 始 记 录 M1(H0)M1(H1)M1(H2)M2(H2)M2(H1)M2(H0)空管15.544615.544615.544615.544715.544615.5446空+莫尔盐21.165721.196221.206421.226221.216221.1660空+FeSO47H2O21.210421.320221.356221.35

21、6321.320521.2104空K3Fe(CN)620.885420.901720.905520.905520.901720.8854空+ K4Fe(CN)63H2O20.233020.232120.231820.231820.232220.2331四、实验数据处理列出详细计算步骤1由莫尔盐的单位质量磁化率和实验数据计算磁场强度值。空管：m1H1=m1(H1)-m1(H0)=15.54461-15.54461=0gm2H1=m2(H1)-m2(H0)=15.54461-15.54461=0g m1H2=m1(H2)-m1(H0)=15.54469-15.54461=0.00008g m2H2

22、=m2(H2)-m2(H0)=15.54470-15.54461=0.00009g空管+莫尔盐： m=5.621275g强调实验报告书写：格式标准、字迹工整、实验数据不得涂改、要有误差分析。即： 而通过磁场强度与磁感应强度B之间的关系 在下步计算中用标准值计算。2计算FeSO47H2O、K3Fe(CN)6 和K4Fe(CN)63H2O的、和未成对电子数。aFeSO47H2O 在H1下： 即n取4在H2下 即n取4bK3Fe (CN)6解： 解得n=1.4773 取n=1(c) K4Fe(CN)63H2O 解： 知此物质为磁性物质 n=03根据未成对电子数讨论FeSO47H2O和K4Fe(CN)

23、63H2O中Fe2+ 的最外层电子结构以及由此构成的配键类型。aFeSO47H2O由于Fe2+外层含有6个d电子，且d轨道的能级分裂图为，而在本实验中测得未成对电子数为4，可见其排列方式如图，说明在成键时电子没有发生重排，可见形成的是SP3d2杂化，而且形成的是外轨型化合物，这是由于H2O有相当大的偶极矩与中心离子Fe2+相结合形成配位键，此配合物是外轨型化合物，外轨型配合物玩不需中心离子腾出空轨道，中心离子Fe2+有4个未成对电子，同时说明电子成对能大于分裂能。bK4Fe(CN)63H2OFe2+外层含有6个d电子，且d 轨道的能级分裂图为，在实验中测得未成对电子数n=0可见其排列方式如图，

24、说明在成键时Fe2+离子外电子层结构发生了重排，形成6个d2SP3轨道，接受6个CN-的6个孤对电子，形成6个配位键，磁矩为0，是内轨型配合物，同时说明电子成对能小于分裂能。4实验结论通过测定配离子的磁矩，得出未成对电子数来判断内轨型配合物和外轨型配合物本实验的结果说明Fe2+外层电子可能出现两种排布状况SP3d2杂化 有4个未成对电子，形成外轨型配合物d2SP3杂化 外电子层发生重排，未成对电子数为零，形成内轨型配合物。5实验误差分析通过实验结果可知在用莫尔盐标定时计算得磁场强度值H1=1.7064105A/M H2=1.9073105A/M 而通过，关系式计算得0.3T对应的 这说明标定值

25、误差很大，这就致使下一步计算出现问题，而如果用标准值计算得出的结果也不是刚好为4，这说明每一步称量所得质量均有误差，其原因可能是：1样品不纯2操作误差：样品高度不是每次都为10.5cm或在操作过程中有振动，在加砝码时，致使挂样品端振动，使样品管晃动，致使H波动造成误差3由于主观因素，在添加砝码使天平平衡时出现错误。 二组分简单共熔体系相图的绘制 -CdBi二组分金属相图的绘制 1 实验目的及要求： 1应用步冷曲线的方法绘制CdBi二组分体系的相图。 2了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。 2 实验原理： 用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不

26、同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图，叫相图。 绘制相图的方法很多，其中之一叫热分析法。在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。体系假设有相变，必然伴随有热效应，即在其步冷曲线中会出现转折点。从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。测定一系列组成不同样品的步冷曲线，从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图，如图一6一l所示。 纯物质的步冷曲线如所示，从高温冷却，开始降温很快，口6线的斜率决定于体系的散热程度。冷到A的熔点时，固体A开始析出，体系出现两相平衡(溶液和固体A)，此时温度维持不变，步冷曲线出现bc的水平段，

27、直到其中液相全部消失，温度才下降。 混合物步冷曲线(如、)与纯物质的步冷曲线(如、)不同。如起始温度下降很快(如ab段)，冷却到b点的温度时，开始有固体析出，这时体系呈两相，因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢，曲线的斜率较小(bc段)。到了低共熔点温度后，体系出现三相，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段cd，直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。 曲线表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其图形与纯物相似，但它的水平段是三相平衡。 用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分，在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度，把这些点

28、连接起来即得相图。 3 仪器与药品： 加热电炉1只，热电偶(铜一康铜)1根，不锈纲试管8只，控温测定装置1台，计算机1台，镉(化学纯)，铋(化学纯)。 4 实验步骤： 1配制不同质量百分数的铋、镉混合物各100g(含量分别为0，15，25，40，55，75，90，100)，分别放在8个不锈纲试管中。 2用控温测定装置装置，依次测纯镉、纯铋和含镉质量百分数为90，75，55，40，25，15样品的步冷曲线。将样品管放在加热电炉中加热，让样品熔化，同时将热电偶的热端(连玻璃套管)插入样品管中，待样品熔化后，停止加热。用热电偶玻璃套管轻轻搅拌样品，使各处温度均匀一致，防止过冷现象发生。 3样品冷却过

29、程中，冷却速度保持在6Kmin8Kmin之间(当环境温度较低时，可加一定的低电压于电炉中)，热电偶的热端应放在样品中央，离样品管管底不小于lcm，否那么将受外界的影响，而不能真实反映被测体系的温度。当样品均匀冷却时，用计算机记录降温曲线， 直到步冷曲线的水平局部以下为止。 5 实验考前须知： 1电炉加热时注意温度不宜升得过高，以防止欲测金属样品氧化，最高加热温度设置为350，到设定的最高加热温度时，控温测定装置会自动切断加热电流。2热电偶热端应插在玻璃套管底部，在搅拌时需注意勿使热端离开底部导致测温点变动。6 数据记录：室温: 24.0 大气压p0: 101.7 kPa组成Cd%)015254

30、0557590100A271247.3214.3140B140202.2280.2312.5321C1401407 数据处理： 1.利用所得步冷曲线，绘制铋镉二组分体系的相图，并注出相图中各区域的相平衡。 2.从相图中求出低共熔点的温度及低共熔混合物的成分。8 思考题： 1对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同? 2用加热曲线是否可作相图? 3作相图还有哪些方法? 9 讨论： 1步冷曲线的斜率即温度变化速率，取决于体系与环境间的温差，体系的热容量和热传导率等因素有关，当固体析出时，放出凝固热，因而使步冷曲线发生折变，折变是否明显决定于放出的凝固热能抵消散失热量多少，假设放出的凝固热能

31、抵消散失热量的大局部，折变就明显，否那么就不明显。故在室温较低的冬天，有时在降温过程中需给电炉加以一定的电压(约20V左右)，来减缓冷却速度，以使转折明显。2测定一系列成分不同样品的步冷曲线就可绘制相图。但在很多情况下随物相变化而产生的热效应很小，步冷曲线上转折点不明显，在这种情况下，需采用较灵敏的方法进行，另一方面目前实验所用的简单体系为CdBi，BiSn，PbZn等，它们挥发的蒸气对人体健康有危害性，而且样品用量大，危害性更大。时间用久了这些混合物难以处理。故实验改用热分析的另一种差热分析(DTA)法或差示扫描法(DSC)法。实验三 凝固点降低法测摩尔质量 【目的要求】1. 测定水的凝固点

32、降低值，计算尿素的摩尔质量。2. 掌握溶液凝固点的测定技术，并加深对稀溶液依数性质的理解。3. 掌握贝克曼温度计(或SWC-数字贝克曼温度计)的使用方法。【实验原理】当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时，那么溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。即 Tf Tf* Tf Kf mB (1)式中，Tf 为凝固点降低值，Tf*为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点，mB为溶液中溶质B的质量摩尔浓度，Kf为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。假设称取一定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g)，配成稀溶液，那么此溶液的质量摩尔浓度为 m103式中，MB为溶质的分子量

33、。将该式代入(1)式，整理得：MBKf103 (g/mol) (2)假设某溶剂的凝固点降低常数Kf值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值Tf，即可根据(2)式计算溶质的分子量MB。显然，全部实验操作归结为凝固点的精确测量，其方法是：将溶液逐渐冷却成为过冷溶液，然后通过搅拌或参加晶种促使溶剂结晶，放出的凝固热使体系温度上升，当放热与散热到达平衡时，温度不再改变，此固液两相平衡共存的温度，即为溶液的凝固点。本实验测纯溶剂与溶液凝固点之差，由于差值较小，所以测温采用较精密的贝克曼温度计(或SWC-数字贝克曼温度计)。从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂两相共存时，自由度f * 1210，冷

34、却曲线形状如图2-10-1(1)所示，水平线段对应着纯溶剂的凝固点。对溶液两相共存时，自由度f *2211，温度仍可下降，由于溶剂凝固时放出凝固热而使温度上升，并且上升到最高点又开始下降，其冷却曲线如图2-10-1(2)所示，不出现水平线段。由于溶剂析出后，剩余溶液浓度逐渐增大，溶液的凝固点也要逐渐下降，在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段。如果溶液的过冷程度不大，可以将温度上升的最高值作为溶液的凝固点；假设过冷程度太大，那么上升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点，严格的做法应作冷却曲线，并按图2-10-1(2)中所示的方法加以校正。图2-10-1 溶剂与溶液的冷却曲线【仪器试剂】凝固点测定仪1

35、套； SWC-数字贝克曼温度计1台；分析天平；普通温度计(-5050)1支；压片机1台；25mL移液管1支。尿素(A.R.)；粗盐；冰。【实验步骤】1. 调节寒剂的温度取适量经过研磨的粗盐与冰水混合，使寒剂温度为23，注意不要无限制的加盐。在实验过程中不断搅拌并不断补充碎冰，使寒剂保持此温度。2. 溶剂凝固点的测定 仪器装置如图2-10-2所示。用移液管向清洁、枯燥的凝固点管内参加25mL纯水，并记下水的温度，插入贝克曼温度计，拉动搅拌听不到碰壁与摩擦声。先将盛水的凝固点管直接插入寒剂中，上下移动搅棒(勿拉过液面，约每秒钟一次)。使水的温度逐渐降低，当过冷到水凝固点以下时，要快速搅拌(以搅棒下

36、端擦管底)，幅度要尽可能的小，待温度上升后，恢复原来的搅拌，同时用放大镜观察温度计读数，直到温度上升稳定为止，此温度即为水的近似凝固点。图2-10-2 凝固点降低实验装置1.贝克曼温度计；2.内管搅棒；3.投料支管； 4.凝固点管；5.空气套管； 6.寒剂搅棒；7.冰槽； 8.温度计。取出凝固点管，用手捂住管壁片刻，同时不断搅拌，使管中固体全部熔化，将凝固点管放在空气套管中，缓慢搅拌，使温度逐渐降低，当温度降至比粗测凝固点低0.7时，快速搅拌，待温度上升后，再改为缓慢搅拌。直到温度上升到稳定为止，记下稳定的温度值，重复测定三次，每次之差不超过0.006，三次平均值作为纯水的凝固点。4. 溶液凝

37、固点的测定 取出凝固点管，如前将管中冰溶化，用分析天平精确称重约0.24g尿素，其重量约使凝固点下降0.3，样品参加到凝固点管中，待全部溶解后，测定溶液的凝固点。测定方法与纯水的相同，先测近似的凝固点，再精确测定，但溶液凝固点是取上升后所到达的最高温度。重复三次，取平均值。【考前须知】 搅拌速度的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要完全一致；此外，准确读取温度也是实验的关键所在，应用放大镜读准至小数点后第三位。 寒剂温度对实验结果也有很大影响，过高会导致冷却太慢，过低那么测不出正确的凝固点。 纯水过冷度约0.71(视搅拌快慢)，为了减少过冷度，

38、可参加少量晶种，每次参加晶种大小应尽量一致。 为防止SWC-数字贝克曼温度计出现数据溢出问题，使用时先测定体系的温度，当体系温度降至10以下，再改测温差。【数据处理】1. 由水的密度，计算所取水的重量WA。水温23，密度0.99756， 2. 将实验数据列入表中。物质质量/ g凝固点 / 凝固点降低值/ 测量值平均值水尿素(或蔗糖)MBKf103 (g/mol)59.054 g/mol3. 由所得数据计算尿素(或蔗糖)的分子量，并计算与理论值的相对误差。相对误差：思 考 题 1. 为什么要先测近似凝固点？2. 根据什么原那么考虑参加溶质的量？太多或太少影响如何？3. 为什么会产生过冷现象？如何

39、控制过冷程度？4. 为什么测定溶剂的凝固点时，过冷程度大一些对测定结果影响不大，而测定溶液凝固点时却必须尽量减少过冷现象？5. 在冷却过程中，冷冻管内固液相之间和寒剂之间，有哪些热交换？它们对凝固点的测定有何影响？6、用凝固点降低法测定摩尔质量，选择溶剂时应考虑哪些因素？7、当溶质在溶液中有离解、缔合和生成配合的情况时，对其摩尔质量的测定值有何影响？【讨论】1. 理论上，在恒压下对单组分体系只要两相平衡共存就可以到达凝固点；但实际上只有固相充分分散到液相中，也就是固液两相的接触面相当大时，平衡才能到达。例如将冷冻管放到冰浴后温度不断降低，到达凝固点后，由于固相是逐渐析出的，当凝固热放出速度小于

40、冷却速度时，温度还可能不断下降，因而使凝固点确实定比拟困难。因此采用过冷法先使液体过冷，然后突然搅拌，促使晶核产生，很快固相会骤然析出形成大量的微小结晶，这就保证了两相的充分接触；与此同时液体的温度也因为凝固热的放出开始上升，一直到达凝固点，保持一会儿恒定温度，然后又开始下降。2. 液体在逐渐冷却过程中，当温度到达或稍低于其凝固点时，由于新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出，这就是过冷现象。在冷却过程中，如稍有过冷现象是符合要求的，但过冷太厉害或寒剂温度过低，那么凝固热抵偿不了散热，此时温度不能上升到凝固点，在温度低于凝固点时完全凝固，就得不到正确的凝固点。因此，实验操作中必须注意掌握体系的

41、过冷程度。3. 当溶质在溶液中有离解、缔合、溶剂化和络合物生成等情况存在时，会影响溶质在溶剂中的表观摩尔质量。因此为获得比拟准确的分子量数据，常用外推法，即以公式(2)计算得到的分子量为纵坐标，以溶液浓度为横坐标作图，外推至浓度为零而求得较准确的分子量数据。磁化率的测定 1.实验目的及要求 1掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。 2通过测定一些络合物的磁化率，求算未成对电子数和判断这些分子的配键类型。 2.实验原理 1磁化率 物质在外磁场作用下，物质会被磁化产生一附加磁场。物质的磁感应强度等于 16.1式中B0为外磁场的磁感应强度；B为附加磁感应强度；H为外磁场强度；0为真空磁导率，

42、其数值等于410-7NA2。 物质的磁化可用磁化强度M来描述，M也是矢量，它与磁场强度成正比。 16.2式中Z为物质的体积磁化率。在化学上常用质量磁化率m或摩尔磁化率M来表示物质的磁性质。 (16.3) (16.4)式中、M分别是物质的密度和摩尔质量。 2分子磁矩与磁化率 物质的磁性与组成物质的原子，离子或分子的微观结构有关，当原子、离子或分子的两个自旋状态电子数不相等，即有未成对电子时，物质就具有永久磁矩。由于热运动，永久磁矩的指向各个方向的时机相同，所以该磁矩的统计值等于零。在外磁场作用下，具有永久磁矩的原子，离子或分子除了其永久磁矩会顺着外磁场的方向排列。(其磁化方向与外磁场相同，磁化强

43、度与外磁场强度成正比)，表观为顺磁性外，还由于它内部的电子轨道运动有感应的磁矩，其方向与外磁场相反，表观为逆磁性，此类物质的摩尔磁化率M是摩尔顺磁化率顺和摩尔逆磁化率逆的和。 对于顺磁性物质，顺 逆，可作近似处理，M=顺 。对于逆磁性物质，那么只有逆，所以它的M=逆。 第三种情况是物质被磁化的强度与外磁场强度不存在正比关系，而是随着外磁场强度的增加而剧烈增加，当外磁场消失后，它们的附加磁场，并不立即随之消失，这种物质称为铁磁性物质。 磁化率是物质的宏观性质，分子磁矩是物质的微观性质，用统计力学的方法可以得到摩尔顺磁化率顺和分子永久磁矩m间的关系 16.6式中N0为阿佛加德罗常数；K为波尔兹曼常

44、数；T为绝对温度。 物质的摩尔顺磁磁化率与热力学温度成反比这一关素，称为居里定律，是居里首先在实验中发现，C为居里常数。 物质的永久磁矩产。与它所含有的未成对电子数n的关系为 16.7式中B为玻尔磁子，其物理意义是单个自由电子自旋所产生的磁矩。 16.8式中h为普朗克常数；me为电子质量。因此，只要实验测得M，即可求出m，算出未成对电子数。这对于研究某些原子或离子的电子组态，以及判断络合物分子的配键类型是很有意义的。 3磁化率的测定 古埃法测定磁化率装置如图一281所示。将装有样品的圆柱形玻管如图16.1所示方式悬挂在两磁极中间，使样品底部处于两磁极的中心。亦即磁场强度最强区域，样品的顶部那么

45、位于磁场强度最弱，甚至为零的区域。这样，样品就处于一不均匀的磁场中，设样品的截面积为A，样品管的长度方向为dS的体积，AdS在非均匀磁场中所受到的作用力dF为 (16.9)图16.1 古埃磁天平示意图式中为磁场强度梯度，对于顺磁性物质的作用力，指向场强度最大的方向，反磁性物质那么指向场强度弱的方向，当不考虑样品周围介质(如空气，其磁化率很小)和H。的影响时，整个样品所受的力为 (16.10) 当样品受到磁场作用力时，天平的另一臂加减砝码使之平衡，设m为施加磁场前后的质量差，那么 (16.11)由于 代入(16.10)式整理得 (16.12)式中h为样品高度；m为样品质量；M为样品摩尔质量；为样

46、品密度；0为真空磁导率。0=4710-7NA2。 磁场强度H可用“特斯拉计测量，或用磁化率的标准物质进行间接测量。例如用莫尔盐(NH4)2SO4FeSO46H20，莫尔盐的m与热力学温度T的关系式为 (16.13) 3.仪器与药品古埃磁天平(包括电磁铁，电光天平，励磁电源)1套;特斯拉计1台;软质玻璃样品管4只;样品管架1个;直尺1只;角匙4只;广口试剂瓶4只;小漏斗4只。 莫尔氏盐(NH4)2SO4FeSO46H2O(分析纯);FeSO47H2O(分析纯);K3Fe(CN)6(分析纯);K4Fe(CN)63H2O(分析纯)。 4.实验步骤1将特斯拉计的探头放入磁铁的中心架中，套上保护套，调节

47、特斯拉计的数字显示为“0”。 2除下保护套，把探头平面垂直置于磁场两极中心，翻开电源，调节“调压旋钮，使电流增大至特斯拉计上显示约“0.3T，调节探头上下、左右位置，观察数字显示值，把探头位置调节至显示值为最大的位置，此乃探头最正确位置。用探头沿此位置的垂直线，测定离磁铁中心的高处Ho，这也就是样品管内应装样品的高度。关闭电源前，应调节调压旋钮使特斯拉计数字显示为零。 ， 3用莫尔氏盐标定磁场强度。取一支清洁的枯燥的空样品管悬挂在磁天平的挂钩上，使样品管正好与磁极中心线齐平，(样品管不可与磁极接触，并与探头有适宜的距离。)准确称取空样品管质量(H=0)时，得m1(H0)；调节旋钮，使特斯拉计数

48、显为“0.300T(H1)，迅速称量，得m1(H1)，逐渐增大电流，使特斯拉计数显为“0.350T (H2)，称量得m1(H2)，然后略微增大电流，接着退至(0.350T)H2,称量得m2(H2)，将电流降至数显为“0.300T (H1)时，再称量得m2 (H1)，再缓慢降至数显为“0000T (H0)，又称取空管质量得m2 (H0)。这样调节电流由小到大，再由大到小的测定方法是为了抵消实验时磁场剩磁现象的影响。 (16.14) (16.15)式中 ； ； ； 。4取下样品管用小漏斗装入事先研细并枯燥过的莫尔氏盐，并不断让样品管底部在软垫上轻轻碰击，使样品均匀填实，直至所要求的高度，(用尺准确

49、测量)，按前述方法将装有莫尔盐的样品管置于磁天平上称量，重复称空管时的路程，得m1空管+样品(H0)，m1空管+样品(H1)，m1空管+样品(H2)，m2空管+样品(H2)，m2空管+样品(H1)，m2空管+样品(H0)，求出m空管+样品(H1)和m空管+样品(H2)。 5同一样品管中，同法分别测定FeSO47H2O，K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)63H20的m空管+样品(H1)和m空管+样品(H2)。 测定后的样品均要倒回试剂瓶，可重复使用。 5.实验考前须知 1所测样品应事先研细，放在装有浓硫酸的枯燥器中枯燥。 2空样品管需枯燥洁净。装样时应使样品均匀填实。 3称量时，样品管应正好处

50、于两磁极之间，其底部与磁极中心线齐平。悬挂样品管的悬线勿与任何物件相接触。 4样品倒回试剂瓶时，注意瓶上所贴标志，切忌倒错瓶子。6.数据记录与处理 1将所测数据列表样品名称 W空管/g W空管/g W空管/g W空管+样品/g W空管+样品/g W空管+样品/g W样品/g 样品高度cm (H=0) (H=H) (H=0) (H=H) 2由莫尔盐的单位质量磁化率和实验数据计算磁场强度值。 3计算FeS047H2O、K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)63H20的m，m和未成对电子数。 4根据未成对电子数讨论FeS047H2O和K4Fe(CN)63H20中Fe2+的最外层电子结构以及由此构成的配

51、键类型。 7思考题 1不同励磁电流下测得的样品摩尔磁化率是否相同? 2用古埃磁天平测定磁化率的精密度与哪些因素有关? 8.讨论1用测定磁矩的方法可判别化合物是共价络合物还是电价络合物。共价络合物那么以中央离子的空价电子轨道接受配位体的孤对电子，以形成共价配价键，为了尽可能多成键，往往会发生电子重排，以腾出更多的空的价电子轨道来容纳配位体的电子对。例如Fe2+外层含有6个d电子，它可能有两种配布结构。Fe()未成对电子数为0，m=0。Fe2+离子外电子层结构发生了重排，形成6个d2sp3轨道，它们能接受6个CN-离子的6个孤对电子，形成6个共价配键。如Fe(CN)64-络离子，磁矩为0，是共价络

52、合物。图一282 Fe。外层电子配布结构图 Fe2+(I)是Fe2+离子在自由离子状态下外层电子结构3d64s0p0，当它与6个H2O配位体形成络离子Fe(H20)62+，由于H20有相当大的偶极矩，与中心离子Fe2+以库仑静电引力相结合而成电价配键，此络合物是电价络合物。电价配键不需中心离子腾出空轨道，也就是中心离子与配位体的相对大小和中心离子所带的电荷。所以测定络离子的磁矩是判别共价配键和电价配键的主要方法，但有时以共价配键或电价配键相结合的络离子含有同数的未成对电子，就不能适用。如Zn(未成对电子数为零)，它的共价络离子如Zn(CN)42-，Zn(NH3)42+等，和电价络离子，如Zn(

53、H2O) 42+等，其磁矩均为零，所以对于Zn2+来说，就无法用测定磁矩的方法，来判别其配键的性质。 2有机化合物绝大多数分子都是由反平行自旋电子对而形成的价键，因此，这些分子的总自旋矩也等于零，它们必然是反磁性的。巴斯卡(Pascol)分析了大量有机化合物的摩尔磁化率的数据，总结得到分子的摩尔反磁化率具有加和性。此结论可用于研究有机物分子结构。 3从磁性测量中还能得到一系列其它资料。例如测定物质磁化率对温度和磁场强度的依赖性可以判断是顺磁性，反磁性或铁磁性的定性结果。对合金磁化率测定可以得到合金组成，也可研究生物体系中血液的成分等等。 4磁化率的单位从CGS磁单位制改用国际单位SI制，必须注

54、意换算关系。质量磁化率，摩尔磁化率的换算关系分别为磁场强度H(Am)与磁感应强度B(特斯拉)之间的关系 5古埃磁天平 古埃磁天平是由全自动电光分析天平，悬线(尼龙丝或琴弦)，样品管，电磁铁，励磁电源，DTM一3A特斯拉计，霍尔探头，照明系统等部件构成。磁天平的电磁铁由单桅水冷却型电磁铁构成，磁极直径为40mm，磁极矩为10mm40mm，电磁铁的最大磁场强度可达0.6特斯拉。励磁电源是220V的交流电源，用整流器将交流电变为直流电，经滤波串联反响输入电磁铁，如图16.3，励磁电流可从0调至10A。图16.3简易古埃磁天平电源线路示意图 磁场强度测量用DTM一3A特斯拉计。仪器传感器是霍尔探头，其

55、结构如图16.4所示。 (1)测量原理 霍尔效应在一块半导体单晶薄片的纵向二端通电流IH，此时半导体中的电子沿着IH反方移动，见图16.5，当放入垂直于半导体平面的磁场H中，那么电子会受到磁场力Fg的作用而发生偏转(劳仑兹力)，使得薄片的一个横端上产生电子积累，造成二横端面之间有电场，即产生电场力凡阻止电子偏转作用，当Fg一Fe时，电子的积累到达动态平衡，产生一个稳定的霍尔电势VH，这现象称为霍尔效应。图16.4 霍尔探头 图16.5霍尔效应原理示意图其关系式：式中IH为工作电流；B为磁感应强度；KH为元件灵敏度；VH为霍尔电势；为磁场方向和半导体面的垂线的夹角。 由式(16.16)可知，当半

56、导体材料的几何尺寸固定，IH由稳流电源固定，那么VH与被测磁场H成正比。当霍尔探头固定=00时(即磁场方向与霍尔探头平面垂直时输入最大，) VH的信号通过放大器放大，并配以双积分型单片数字电压表，经过放大倍数的校正，使数字显示直接指示出与VH相对应的磁感应强度。 (2)使用考前须知 霍尔探头是易损元件，必须防止变送器受压、挤扭、变曲和碰撞等，以免损坏元件。 使用前应检查霍尔探头铜管是否松动，如有松动应紧固后使用。 霍尔探头不宜在局部强光照射下，或高于60的温度时使用，也不宜在腐蚀性气体场合下使用 磁场极性判别。在测试过程中，特斯拉计数字显示假设为负值，那么探头的N极与S极位置放反，需纠正。 霍

57、耳探头平面与磁场方向要垂直放置。 实验结束后应将霍尔探头套上保护金属套。 实验十 最大泡压法测定溶液外表张力报告人： 同组人： 实验时间2010年05月29日一实验目的： 1明确外表张力、外表自由能和吉布斯吸附量的物理意义；2掌握最大泡压法测定溶液外表张力的原理和技术；3掌握计算外表吸附量和吸附质分子截面积的方法。二实验原理： 1外表张力和外表吸附液体外表层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液体外表层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，如图1所示，这种吸引力使外表上的分子自发向内挤促成液体的最小面积，因此，液体外表缩小是一个自发过程。在温度、压力、组成恒定时，每增加单位外表积，体系的吉布斯自由能的增值称为外表吉布