物理化学课件

实验一、恒温槽的性能测试（基础）

一、目的

1. 了解恒温槽的构造及恒温原理

2. 绘制恒温槽的灵敏度曲线，学会分析恒温槽的性能。 3. 掌握温度温差仪的使用。 二、原理 1. 意义

在生产和科学实验中，经常要求在恒温及温度稳定的情况下进行，这就需要用各种恒温设备。通常用恒温槽来控制温度维持恒温，以保证温度保持相对稳定，即在一定范围内波动。一般使用的恒温槽波动范围约在±0.1℃左右 2. 原理

恒温槽是物理化学实验室中常用设备之一。恒温槽之所以能恒温，主要是依靠恒温控制器来控制恒温槽的热平衡。当恒温槽因对外散热而使水温降低时，恒温控制器就驱使恒温槽内的加热器工作，待加热到所需温度时，它又使其停止加热，这样就使槽温保持恒定。 3. 构造

恒温槽装置是多种多样的，但它们大都包括敏感元件（或称感温元件）、控制元件、加热元件三部分。由敏感元件将温度转化为电信号（或其它信号）而输送给控制元件，再由控制元件发出指令，让加热元件工作或停止。 4. 介质

恒温槽中的液体介质可根据温度控制的范围而异，一般来说，可采用以下液体介质:-60℃～30℃用乙醇或乙醇水溶液；0℃～90℃用水；80℃～160℃用甘油或甘油水溶液；70℃～200℃用液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。比较常用的是恒温水浴。 5. 温度传递的滞后效应

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。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。 6. 灵敏度

控温效果可以用灵敏度Δt 表示:

7. 影响恒温槽灵敏度的因素很多，大体有:

(1) 恒温介质流动性好，传热性能好，控温灵敏度就高; (2) 加热器功率要适宜，热容量要小，控温灵敏度就高; (3) 搅拌器搅拌速度要足够大，才能保证恒温槽内温度均匀; (4) 感温元件要灵敏

(5) 环境温度与设定温度的差值越小，控温效果越好。 8. 灵敏度曲线

三、仪器与试剂

超级恒温槽、 温度温差仪 四、实验步骤 测25oC 的灵敏度

1. 将蒸馏水注入浴槽至容积的2/3处 2. 打开电源，设定回差为0.1

3. 设定恒温温度，设定温度为24.5oC ，打开加热开关、搅拌开关;

4. 将温度温差仪的探头放入水浴中间，打开温度温差仪的开关。待停止加热后，根据温度 温差仪的温度，重新设定温度。若此时温度为24.8 oC，则设定温度为24.7 oC

5. 灵敏度测量 恒温10分钟后，开始读数，要求每0.5分钟读数一次，测定60min 。

六、数据处理

1．以时间为横坐标、温度为纵坐标，绘制35℃时温度－时间曲线。 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7

2．计算恒温槽的灵敏度。

最高：t1 = 最低：t2＝

文献值：恒温槽的灵敏度：±0.5℃

温度

实验二燃烧热的测定

一、实验目的(研究）

1. 通过萘的燃烧热测定，了解燃烧热实验装置各主要部件的作用，掌握燃烧热的测定技术。 2. 了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。 3. 学会应用图解法校正温度改变值。 二、实验原理

1、燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则恒容燃烧热（QVm ）与恒压燃烧热（QPm ）， 有下列关系式： QPm = QVm +ΔnRT （1）

式中：Δn 为产物与反应物中气体物质的量之差；R 为气体常数；T 为反应的热力学温度。 2、本实验采用氧弹式量热计（卡计）测量萘的燃烧热， 下面是SHR-15燃烧热实验装置示意图。

⒈搅拌棒 ⒉外筒 ⒊内筒 ⒋垫脚 ⒌氧弹 ⒍传感器 ⒎点火按键 ⒏电源开关 ⒐搅拌开关 ⒑点火输出负极 ⒒点火输出正极 ⒓搅拌指示灯 ⒔电源指示灯⒕点火指示灯 3、用氧弹卡计测定物质的燃烧热是在恒容条件下进行的，所以测得的为恒容燃烧热（QVm ）。当一定量待测物质样品在氧弹中完全燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。通过测定燃烧前后卡计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求算出该样品的燃烧热。其关系式如下：

m =∆

T -卡点火丝Vm 点火丝

r （2）

式中：m 为待测物质的质量(g)；Mr 为待测物质的相对分子质量。 QVm 为待测物质的摩尔燃烧热；Q 点火丝为点火丝的燃烧热（如果点火丝用镍丝，则Q 点火丝 =3.245kJ/g）；m 点火丝为点火丝的质量；ΔT 为样品燃烧前后量热计温度的变化值；W 卡为量热计的水当量，它可以通过已知燃烧热的标准物（如苯甲酸，它的恒容燃烧热QV=26．460kJ/g）来标定。测得W 卡后，就可以利用（2）式通过实验测定其他物质的燃烧热。

4、氧弹是一个特制的不锈钢容器，为了保证样品完全燃烧，氧弹中须充以高压氧气或其它氧化剂。因此氧弹应有很好的密封性，能耐高温且耐腐蚀。氧弹放在一个与室温一致的恒温套壳中。盛水桶与套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射和空气的对流。热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺（Renolds ）温度校正图校正。 必须注意，这种作图法进行校正时量热计的温度和外界环境的温度不宜相差太大（最好不超过2～3℃），否则会引进误差 5、雷诺温度校正图

M

Q

W

Q

m

三．仪器和试剂

燃烧热实验装置1套; 压片机1台; 台秤1台（公用）；电子分析天平1台（公用）； SWC-ⅡD 精密数字温差仪1台; 氧气钢瓶及减压阀 1只（公用） 容量瓶（1000 m L）l 只 萘（AR ）；苯甲酸（AR ）；点火丝。 分体式 SHR-15燃烧热实验装置实物图

SHR —15氧弹式量热计恒温套桶

充气机

压片机 氧弹

SWC-ⅡD 精密温度温 差仪

螺杆

四、实验步骤

1. 量热计的水当量（W 水）测定

（1）样品压片：擦净压片机（见右图）钢模，

用台称称取约0.6g 苯甲酸，将钢模底板装进模子中， 从上面倒入已称好的苯甲酸样品，徐徐旋紧压片机的 螺杆，直到将样品压成片状为止。抽去模底的托板，

再继续向下压，使模底和样品一起脱落。将此样品表 钢模 面的碎屑除去，在分析天平上的准确称量后即可供燃 烧热测定用。

底模托板

（2）装置氧弹 ：用分析天平准确称量一段点火丝（约15cm ）的质量，拧开氧弹，将氧弹头放在其架子上。将氧弹内壁擦干净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦干净, 挂上放入压好的片状试样金属小杯。小心地将点火丝二端分别在电极的固定下端。将点火丝弯成如图形状 。

片状试样 然后在弹杯中注入10ml 水，旋紧氧弹盖。将SHR —15燃烧热实验装置电极插头插在氧弹两电极上。打开电源，若“点火”指示红灯亮了，说明通路，就可以充氧气了。否则应重新装置氧弹 。

表格 1

进出气孔 SHR —15氧弹式量热计电极插头插在 氧弹两电极上

正极 负极

坩埚

氧弹头架

SHR —15燃烧热实验装置面版图

把氧弹至于充气机底座上，氧弹进出气口对准充气机出气口，按下充气机手柄，先充入少量氧气（约0.5MPa ）, 然后开启氧弹进出气口，借以赶出弹中空气，再充入约2MPa 的氧气。 充气压力

手 显示表 高压表 柄

低压表

减压阀 调节杆 充气机出气口

底座 3）燃烧和测量温度：

①将充好氧气的氧弹放入量热计的内桶，将SHR —15氧弹式量热计电极插头插在氧弹两电极上。

②用容量瓶准确取自来水3000mL ，倒入内捅中。水面应没过氧弹。如氧弹有气泡逸出，说明氧弹漏气，寻找原因并排除。 ③将SWC-ⅡD 精密温度温差仪 传感器插入内桶水中。

④将电极线嵌入桶盖的

槽中，盖上盖子。打开

SHR —15氧弹式量热计

的电源，开启“搅拌”开

关，进行搅拌。

⑤打开SWC-ⅡD 精密数字温差仪，待水温基本稳定后，将SWC-ⅡD 精密数字温差仪“采零”并“锁定” 。

SWC-ⅡD 精密数字温差仪面板

⑥ 待温度读数稳定后(变化≤0.002℃/min), 开始记录实验数据.

⑦ 当记满20个数据时(5min),按“点火”钮, 点火指示灯先亮后熄, 且温度迅速上升, 直至两次读数差值小于0.002℃时, 再继续测量40个数据(即10min) 后.

⑧ 实验停止后，关闭电源，将传感器放入外桶。取出氧弹，放出氧弹内的余气。旋下氧弹盖，检查样品燃烧情况。样品没完全燃烧，实验失败，须重做。反之，说明实验成功。 2．萘的燃烧热测定

称取0.5g 左右萘，按上述法进行压片、燃烧等实验操作。

实验完毕后，洗净氧弹，倒出卡计盛水桶中的自来水，并擦干待下次实验用。 五、数据处理

1、将实验条件和实验数据列表纪录:

室温:_______℃；气压:_________kPa；

实验日期:__________；仪器名称型号:__________ 记录数据:

燃烧丝长度_________mm；苯甲酸样品重_________g；剩余燃烧丝长度______mm；水温______℃。

燃烧丝长度_________mm；萘样品重__________g；剩余燃烧丝长度______mm；水温______℃。

a. 未点火前：10个数据点，每隔30秒记录一次数据 b. 点火后：30个数据点，每隔30秒记录一次数 c. 平衡后，10个数据点，每隔30秒记录一次数据。

2、由实验数据求出苯甲酸、萘燃烧前后的T 始和T 终。 3、由苯甲酸数据求出水当量。

4、求出萘的燃烧热Qv ，换算成Qp 。

5、将所测萘的燃烧热值与文献值比较，求出误差并分析误差产生的原因。 苯甲酸的燃烧热为-26460 J²g-1； 点火铁丝的燃烧热值为: -2.9 J²cm-1。 六、实验注意事项

1、待测样品需干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误。 2、注意压片的紧实程度，太紧不易燃烧，太松容易裂碎。 3、点火丝应紧贴样品，点火后样品才能充分燃烧。

4、点火后，温度急速上升，说明点火成功。若温度不变或有微小变化，说明点火没有成功或样品没充分燃烧。应检查原因并排除。 5、精密温度温差仪“采零”后必须“锁定”。

实验三、溶解热的测定

一、目的和要求

1. 掌握量热装置的基本组合及电热补偿法测定热效应的基本原理。 2. 用电热补偿法测定KN03在不同浓度水溶液中的积分溶解热。

3. 用作图法求KN03在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。 二、实验原理

1、溶解热：在恒温恒压下，n2摩尔溶质溶于n1摩尔溶剂(或溶于某浓度的溶液) 中产生的热效应，用Q 表示。溶解热可分为积分溶解热和微分溶解热。

积分溶解热：在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于n0摩尔溶剂中产生的热效应，由于过程中溶液的浓度逐渐改变，因此也称为变浓溶解热用Qs 表示。 微分溶解热：在恒温恒压下，一摩尔溶质溶于某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应。由于在溶解过程中溶液浓度可实际上视为不变，因此也称为定浓溶解热。以 表示。 2、冲淡热：把溶剂加到溶液中使之稀释，其热效应称为冲淡热。它有积分(或变浓) 冲淡热和微分(或定浓) 冲淡热两种。通常都以对含有1摩尔溶质的溶液的冲淡情况而言。

3、积分冲淡热：在恒温恒压下，把原含一摩尔溶质及n01摩尔溶剂的溶液冲淡到含溶剂为n02时的热效应，亦即为某两浓度溶液的积分溶解热之差，以Qd 表示。

微分冲淡热：在恒温恒压下，一摩尔溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应 .

积分溶解热由实验直接测定，其它三种热效应则可通过Qs ～n0曲线求得 4、在图中，AF 与BG 分别为将一摩尔溶质溶于n02和n01摩尔 溶剂时的积分溶解热QS ，BE 表示在含有一摩尔溶质的溶液 中加入溶剂，使溶剂量由n02摩尔增加到n01摩尔过程的积 分冲淡热Qd 。

图中曲线A 点的切线斜率等于该浓度溶液的微分冲淡热。切

线在纵轴上的截距等于该浓度的微分溶解热。欲求溶解过程的各种热效应，首先要测定各种 浓度下的积分溶解热，然后作图计算。 5、

本实验是采用绝热式测温量热计，它是一个包括杜瓦瓶、磁力搅拌器、 电加热器和测温部件等的量热系统。装置及电路图如图Ⅱ-3-2所示。 因本实验测定KN03在水中的溶解热是一个吸热过程，可用电热补偿 法，即先测定体系的起始温度T ，溶解过程中体系温度随吸热反应进 行而降低，再用电热补偿法使体系升温至起始温度，根据所消耗电能 求出热效应Q 。

Q ＝I2Rt ＝UIt 图Ⅱ-3-2SWC-ZH 溶解热实验装置

式中，Ｉ为通过电阻为R 的电热器的电流强度(A)；U 为电阻丝 两端所加电压(V)；ｔ为通电时间(s)。 利用电热补偿法，测定KN03在不同浓度水溶液中的积分溶解热，并通过图解法求出其他三种热效应。

三、实验仪器和试剂

WLS 一2数字恒流源： 0.0lA 和0.0lV 分辨率双显示

SWC —IID 精密数字温度温差仪：0.001℃分辨率；0-99秒定时

SWC-ZH 量热器： 功率O ～20W ，包括杜瓦瓶、漏斗、速度可调磁力搅拌器 干燥器 研钵 称量瓶 KN03(A.R.) 四、实验步骤

1. 称取216.2g 蒸馏水于量热器中，按图图Ⅱ-3-2装好量热器，连好线路。

2. 将量热器上加热器插头与WLS-2输出相接，将传感器与SWC —II 接好并插入量热中。 3. 称取2.5g 、1.5g 、2.5g 、3.0g 、3.5g 、4.0g 、4.0g 和4.5g 的硝酸钾，干燥研细，依次放入干 燥器中，作出1－8编号。

4. 将WLS －2粗调、细调旋钮逆时针旋到底，打开WIS －2电源，开始加热，调节WLS -2 电流，使电流I 和电压V 的乘积P=I1V1为2.5W(初始值) 左右。

5. 打开SWC —II 电源和搅拌器电源，待量热器中温度加热至高于环境温度0.5℃左右，按 采零键并锁定，同时将量热器加料口打开，从加样漏斗处加入编号l 样品，然后用塞子堵 住加样口，并开始计时，记录电压和电流值

6. 温差值显示为零时，加第二份样品并记下加热时间t1，待温差变为零时，再加入第三份 样品，并记下加热时间t2，依次反复，直至样品加完测定完毕。 7. 算出溶解热Q=I1V1t(t为加热时间) 。

8. 测定完毕后，切断电源，打开量热计，检查并洗净放回原处。 五、实验数据记录与处理

1. 根据溶剂的质量和加入溶质的质量，求算溶液的浓度，以n0表示：

2. 按Q ＝IUt 公式计算各次溶解过程的热效应。

按每次累积的浓度和累积的热量，求各浓度下溶液的n0和Qs 。

3. 将以上数据列表并作Qs －n0图，并从图中求出n ０＝80，100，200，300和400处的积分 溶解热和微分冲淡热以及n0从80→100，100→200，200→300，300→400的积分冲淡热。（在20℃附近，硝酸钾的热容分别为895.38 J²kg-1²K-1。）

六、实验注意事项

1. 实验过程中要求I 、V 值恒定，故应随时注意调节。

2. 实验过程中加热时间与样品是累积的，秒表读数是累积的，切不可在实验中途将秒表停 住。

3. 固体KNO3易吸水，故称量和加样动作应迅速。固体KNO3在实验前务必研磨成粉状， 以确保样品充分溶解。

4. 量热器绝热性能与盖上各孔隙密封程度有关，实验过程中要注意盖好，减少热损失。 七、进一步扩展设计性实验

1. 测定无水硫酸铜和五水硫酸铜溶解热，并由此计算五水硫酸铜的水合热。

2. 用多个硝酸钾试样重复溶解与电热操作，再以浓度为横坐标, 摩尔溶解热为纵坐标作图， 即得摩尔溶解热 ∆ sol H m 与质量摩尔浓度b 的关系曲线，利用此曲线 (1)外推求无限稀摩尔积分溶解热；

d (b ∆sol H m ) d (∆sol H m ) (2)按 ∆ diff H m = =

∆sol H m +b 求各浓度下的摩尔微分溶解热。式中右

db db

端第一项是浓度为时的积分溶解热，第二项为曲线上处的斜率与的乘积。可以看出微分 溶解热也与温度和浓度有关。

实验四、双液系气－液平衡相图

一、实验目的

1、用沸点仪测定不同浓度的环己烷-乙醇体系沸点和气液两相平衡组成，并绘制相图。 2、确定环己烷-乙醇双液系的最低恒沸点和相应组成。 3、掌握阿贝折射仪的测量原理和使用方法。 二、实验原理

完全互溶双液体系: 在常温下，两液体物质能按任意比例相互溶解的体系。

液体的沸点:是指液体的蒸气压与外界大气压相等时的温度。在一定的外压下，纯液体有确定的沸点。而双液体系的沸点不仅与外压有关，还与双液体系的组成有关。 完全互溶双液系在恒定压力下，沸点与组成关系图(相图) 大致有三种情况：

本实验测定的环己烷-乙醇双液系相图属于具有最低恒沸点一类的体系。为了测绘该双液系的T-x 图，需在气液平衡后，同时测定双液系的沸点和液相、气相的平衡组成。实验中气液平衡组分的分离是通过沸点仪实现的，而各相组成的准确测定是通过阿贝折光仪测量折射率进行的。

三、仪器与试剂 4 1 沸点仪1套； 阿贝折射仪1台； 温度计；移液管；长滴管1支； 短滴管1；环己烷；乙醇。

环己烷的摩尔分数为0.2(0.4, 0.5, 0.6, 0.8)

环己烷-乙醇混合体系(粗配) 5 2 3

1、温度计；2、加样口；3、电热丝； 4、气相冷凝液取样口；5、凹形小槽 四、实验步骤

(一) 、标准曲线的绘制

1、配置乙醇的体积分数为0、0.1、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、0.9、1.0的环己烷-乙醇溶液。 2、用阿贝折光仪分别测出乙醇、环己烷及上述配制的各溶液的折射率。

3、将环己烷-乙醇溶液的组成及测得的折射率作图即得折射率-组成工作曲线。 (二) 、安装沸点仪

将干燥的沸点仪如上图安装好。检查带有温度计的橡皮塞是否塞紧，加热用的电热丝要靠近底部中心又不得碰上瓶壁。温度计的水银球的位置在支管之下并高于电热丝1cm 左右，水银球应有一半浸入溶液中。

(三) 、溶液沸点及平衡气、液两相组成的测定

从支管2处加入约25ml 苯摩尔分数约为0.2的苯-乙醇溶液于烧瓶中，打开回流冷却水，通电加热使液体至沸腾。回流一段时间，使冷凝液不断更新5处小球中的液体，直到温度计读数稳定为止。记下沸腾温度，停止加热，充分冷却后，用滴管分别从冷凝管下端5处及加液口2处取样，用阿贝折光仪测定气相、液相的折射率。将烧瓶中的测定液倒回原试剂瓶。按同样的方法分别测定其它浓度各溶液沸点及平衡气、液相的折射率。 五、数据记录与处理

1. 根据已知数据绘制折光率与浓度之间关系的工作曲线。 2. 填写下表，并绘制乙醇—环己烷的沸点— 组成图。

六、注意事项

1、实验中尽可能避免过热现象，为此每加两次样品后，可加入一小块沸石，同时要控制好液体的回流速度，不宜过快或过慢（回流速度的快慢可通过调节加热温度来控制）。

2、在每一份样品的蒸馏过程中，由于整个体系的成分不可能保持恒定，因此平衡温度会略有变化，特别是当溶液中两种组成的量相差较大时，变化更为明显。为此每加入一次样品后，

只要待溶液沸腾，正常回流1~2min后，即可取样测定，不宜等待时间过长。

3、每次取样量不宜过多，取样时毛细滴管一定要干燥，不能留有上次的残液，气相取样口的残液亦要擦干净。 七、思考题 a a/

a 1. 沸点仪中的小球D 的体积过大对测量有何影响？

2. 如何判定气-液相已达平衡？

3. 若在测定时，存在过热或分馏作用，将使测得的相图图形产生什么变化? A

A 4. 按所得相图，讨论环已烷-异丙醇溶液蒸馏时的分离情况。

5. 试估计哪些因素是本实验误差的主要来源？

实验五、金属相图

一、实验目的

1. 用热分析法测绘Pb-Sn 二元金属相图，并掌 握应用步冷曲线数据绘制二元体系相图的 基本方法；

2. 了解步冷曲线及相图中各曲线所代表的物理意义； 3. 掌握热分析法的测量技术 二、实验原理

相是指体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分。 相平衡是指多相体系中组分在各相中的量不随时间而改变。

研究多相体系的状态如何随组成、温度、压力等变量的改变而发生变化，并用图形来表示体系状态的变化，这种图就叫相图。

本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理：先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，① 体系内不发生相变，则温度--时间曲线均匀改变；② 体系内发生相变，则温度--时间曲线上会出现转折点或水平段。根据各样品的温度--时间曲线上的转折点或水平段，就可绘制相图

分析一、

纯物质的步冷曲线如①、⑤所示，如①从高温冷却，开始降温很快，ab 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（液相和固相Ａ），此时温度维持不变，步冷曲线出现水平段，直到其中液相全部消失，温度才下降。

混合物步冷曲线如②、④所示，如②起始温度下降很快(如a ’b ’/段) ，冷却到b ’点时，开始有固体Ａ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(b’c ’段) 。到了低共熔点c ’后，体系出现三相平衡L=A(s)+B(s)，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段，直到液相完

全凝固后，温度又开始下降。

曲线③表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其形状与纯物质相似，但它的水平段是三相平衡。

即 L=A(s)+B(s) 分析二、

相图由一个单相区和三个两相区组成： 即 ①溶液相区；

②纯A(s)和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；

水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；o 为低共熔点。 三、仪器与试剂 1. 可控升降温电炉 2. 控温仪

3. Pb，Sn ，石墨粉 四．实验步骤 1. 称量样品

用天平称量含S n量分别为20%，40%，61.9%，80%的Pb-Sn 混合物各100克，装入4 个样品管，并在样品管上方覆盖一层石墨粉。 2. 仪器安装

将控温仪与可控升降温电炉相连 3. 测样品的步冷曲线

将电炉的冷风量调节至最小，内外控开关位于内控，将样品用坩埚钳放入炉膛，探头放入 样品管，打开电炉和控温仪的开关，置数（330℃），将工作置数开关位于工作，调节加热 量调节旋钮加热至所需温度。当工作置数开关位于置数时，停止加热。调节冷风量旋钮， 使温度的下降速度为5--8℃/分, 每分钟记录温度一次至金属完全凝固为止(要求130℃) 。用 坩埚钳将样品管取出，放到窗台上。用坩埚钳将另一个样品放入炉膛，测下一个步冷曲线。 五、实验数据记录

六、数据处理

1. 作不同样品的步冷曲线，并根据步冷曲线作出Pb-Sn 体系的相图。 2. 找出最低共熔温度与共熔组成。 七、准备样品

按以下比例配制

文献值

最低共熔混合物组成: 含Sn63%

八、实验结果与讨论 ⑴结果：实测值为T 铅= T 锡= T 低共熔= ⑵计算实验偏差：

⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？ 九、注意问题

1. 注意使用坩埚钳，避免烫伤

2. 本实验所需时间较长，可以合作，每小组测2个样品 3. 样品勿倒掉，下一组继续使用

4. 用热分析法绘制相图时，被测定的体系必须处于或接近于平衡状态，因此，体系的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。 十、思考题

1. 是否可用加热曲线作相图，为什么？ 2. 为什么要用步冷曲线作相图？

3. 为什么坩锅中的样品要加盖石墨，并严防混入杂质？

4. 实验用各样品的总重量为什么要求相等？若总重量不相等有什么影响？ 5. 样品量和冷却速度对实验有何影响？

实验六、粘度的测定（基础）

一、实验目的

1. 学会乌氏粘度计的使用 2. 测定乙醇的粘度 二、实验原理

液体在流动时，由于分子间的相互作用，产生了阻碍运动的内摩擦力，粘度就是这种内摩擦力的表现。

当液体在垂直的毛细管内流出时，服从泊塞叶公式

对于同一粘度计而言，

r, h, L, V是常数

不同液体之间则有

因而，以水作为标准物质，就可以求出其他物质的粘度 三、仪器与试剂 1. 乌氏粘度计 2. 无水乙醇 3. 蒸馏水 4. 秒表

四、实验步骤

1. 乙醇粘度的测定

取干燥洁净的粘度计一支，由A 管加入无水乙醇约10ml ，用食指堵住C 管，用洗耳球 由B 管慢慢抽气，使液面上升至球1中部，松开食指，液体流下，液面达到刻度线a 时按下秒表，开始计时液面达到刻度线b 时 ，停止计时。重复3次，取平均值。 2. 水的粘度的测定

将无水乙醇倒回原瓶，洗净粘度计，加入蒸馏水，测其粘度3次，取平均值。测定完毕， 将粘度计倒置。 五、数据记录及处理 2. 计算乙醇的粘度

实验七、液体饱和蒸气压的测定(基础)

一、实验目的

1. 用等压计测定不同温度下环己烷的饱和蒸汽压

2. 学会由图解法求环己烷的平均摩尔气化热和正常沸点 二、实验原理 温度越高，能逸出液面的分子数越多，因此，达到动态平衡时，液面上的饱和蒸气压就越高。 当液体的饱和蒸气压与外界压力相等时，液体便沸腾，此时的温度称为液体的沸点。 液体的沸点随外压的变化而变化，若外压为标准压力（取100KPa ），则液体的沸点就称为正常沸点。

-克拉贝龙

（Clausius-Clapeyron

式中p 为液体在温度T 时的饱和蒸气压，R 为气体常数，R ＝8.314J/(K²mol)

由上式可知，若以 Hm 对 R

所以

vap m

由实验测定几个不同温度下的饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率m ，根据上测定饱和蒸 式即可求出 ∆vap H m

气压的常用方法有动态法和静态法两种，本实验采用后者。即在一定的温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内无杂质气体。为此用一个球管与一个

U 型管相连，构成了实验测定的装置，其外形如图1所示。 三、仪器与试剂 1. 等压计

球a 中盛有被测液体，

2. 储气罐

故a 称之为样品池，U

3. 真空泵

形管bc 部分以被测液

4. 数字压力计

体作为封闭液，这一部

5.

温度温差仪

分称为等压计。

6. 环己烷

图1 等压计示意图

四、实验步骤

1. 将环己烷装入等压计中 2. 仪器安装

3. 检查系统是否漏气

关闭平衡阀门1，使其与大气隔绝。打开平衡阀门2 ，减压，关闭平衡阀门2。如果系 统漏气，则压力计的读数上升。 4. 大气压力下沸点的测定

接通冷凝管，打开平衡阀门1，使其与大气相通。开启电炉，加热水浴，使等压计内的环 己烷沸腾3—5分钟，以排除球1,2之间的空气。停止加热，不断搅拌，当温度降至一定 程度时，球2,3之间的U 型管内气泡逐渐消失，球2液面上升，球3液面下降，当两边液 面达到同一高度时，关闭活塞1，记录压力值和温度。 5. 测不同温度下环己烷的饱和蒸汽压

为防止空气倒灌入球1，立即打开平衡阀门2，减压4—7kPa ，关闭平衡阀门2(减压过程 实际上是无法控制的，操作时，只要压力降低，就可以关闭) 。液体又重新沸腾，继续搅

∆H =-Rm

拌，液面等高时，记录温度与压力，同时打开平衡阀门2，减压，重复以上步骤，读出另 一组的温度与压力。 五、数据记录及处理

六、注意事项

1. 系统不能漏气，要注意检查

2. 读数时，既要观察液面，又要记录温度与压力，还要，减压，必要时可以略微提前，同 学之间要密切合作

实验八、凝固点降低法测相对分子质量

一、实验目的

1. 掌握一种常用的相对分子质量测定方法。 2. 通过实验进一步理解稀溶液理论。 二、实验原理

含非挥发性溶质的二组分稀溶液（当溶剂与溶质不生成固溶体时）的凝固点将低于纯溶剂的

凝固点。这是稀溶液的依数性质之一，当指定了溶剂的种类和数量后，凝固点降低值取决于所含溶质分子的数目，即溶剂的凝固点降低值与溶液的浓度成正比。

∆T =T 0-T =K f m （1）

这就是稀溶液的凝固点降低公式。

式中：T0为溶剂的凝固点；T 为溶液的凝固点；Kf 为质量摩尔凝固点降低常数，简称为

因为 所以（1

式中：M 为溶质的摩尔质量（单位为g ²mol-1）； g 和W 分别表示溶质和溶剂的质量（单位为g ）

如已知溶剂的值，则可通过实验求出ΔT 值，利用（2）式求溶质的相对分子质量。

需要注意，如溶质在溶液中发生解离或缔合等情况，则不能简单地应用公式（2）加以计算。浓度稍高时，已不是稀溶液，致使测得的相对分子质量随浓度的不同而变化。为了获得比较准确的分子量数据，常用外推法，即以（2）式中所求得的相对分子质量为纵坐标，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相对分子质量数值。 三、实验的关键是凝固点的精确测量

凝固点是指在一定压力下，固液两相平衡共存的温度。

理论上，在恒压下对单组分体系只要两相平衡共存就可达到这个温度。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，平衡才能达到。

例如将冷冻管放到冰浴后温度不断下降，达到凝固点后，由于固相是逐渐析出的，当凝固热

放出速度小于冷却速度时，温度还可能不断下降，因而使凝固点的确定较为困难。为此，可先使液体过冷，然后突然搅拌。这样，固相骤然析出就形成了大量微小结晶，保证了两相的充分接触。

冷却曲线

图a ：从而使凝固点的测定变得容易进行

了。纯溶剂的凝固点相当于冷却曲线中的

水平部分所指的温度。 图b ：部分溶剂凝固后，剩余溶液的浓度逐渐增大，

平衡温度也要逐渐下降。如果溶液的过冷程度不大，

可以将温度回升的最高值作为溶液的凝固点。

图中c ：若过冷太甚，凝固的溶剂过多，溶液的浓度

变化过大，所得凝固点偏低，必将影响测定结果。因

此实验操作中必须注意掌握体系的过冷程度。

四、药品仪器 五、测量装置 1. 凝固点测定仪 2. 温度温差仪

3. 温度计（0－50℃） 4. 吸耳球 A ：冷冻管 5. 秒表 B ：温度温差仪 6. 环己烷（A.R ） C ，D ：搅拌器 7. 萘（A.R ） E ：外套管 本实验采用环己烷作溶剂，萘作 F ：冰水浴 溶质，用连续记录时间－温度法 G ：温度计 （步冷曲线法），作图外推确定凝 固点。

六、实验步骤

1．安装仪器。取自来水注入冰浴槽中，然后加入冰屑以保持水温在3-3.5℃左右。 2．纯环己烷的凝固点的测定：

用移液管取40ml 环己烷注入冷冻管中，并把冷冻管插入作为空气浴的外套管中（注意：勿使冷冻管外壁与外套管相接触），均匀缓慢的搅拌以每1-2秒钟一次为宜，注意温度的变化。开动秒表，每20秒钟记录温度一次，达到凝固点后每2-3分钟记录一次。读数最好精确到0.002℃做完一次以后，取出冷冻管用手温热之，使析出的结晶全部融化，按上述方法再测定二次。

3．溶液凝固点的测定：

取出冷冻管，用手温热之，使环己烷结晶融化。精确称取0.1-0.15g 萘。然后投入到冷冻管内的溶剂中，防止粘着于管壁、温度计或搅拌器上。待萘全部溶解后，按上述方法，测定溶液的冷却曲线。重复三次。再取溶质一份加入冷冻管中，同法测定三次。 七、数据记录与处理 1. 填写下表格

2. 作步冷曲线，求T0 ，Tf 。 3. 计算环己烷的质量 4. 根据公式，计算M

5. 与标准值比较，计算误差 八、实验结果与讨论 ⑴ 结果：实测值为M= ⑵ 计算实验偏差：

⑶ 分析产生偏差的原因： ⑷ 有何建议与想法？ 九、注意事项

1. 搅拌时勿使搅拌器与温度计或管壁相触； 2. 过冷程度不能太大；

3. 加样时防止样品粘着于管壁、温度计或搅拌器上； 4. 温度控制在要求范围内 十、思考题

1. 凝固点降低法测相对分子质量公式，在什么条件下才能适用？

2. 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？

3. 当溶质在溶液中有离解、缔合和生成络合物的情况时，对相对分子质量测定值的影响如 何？

4. 影响凝固点精确测量的因素有哪些？

实验九、电导法测难溶盐的溶解度

一、实验目的

1、了解溶液电导、电导率、摩尔电导率等基本概念。

2、测定难溶盐CaCO3的电导率，计算CaCO3的溶度积Ksp 。 3、掌握电导率仪的测量原理和使用方法 二、实验原理

1、电导、电导率、摩尔电导率

导体导电能力的大小，常以电阻的倒数1/R表示，即G=1/R，G 称为电导，单位：S 。 又R=ρ(l/A) 根据电导与电阻的关系G=(1/ρ)(A/l)=κ(A/L)，κ称为电导率。单位：S m-1。 摩尔电导率：在含1mol 电解质的溶液中电极相距1米时溶液的电导。 m=κ/c (c: molm-3: Sm2 mol-1)

κ物理意义：相当于长为1米，截面积为1米2导体的电导。

2、CaCO3饱和溶液溶度积(KSP)的测定

利用电导法能方便地求出微溶盐的溶解度，再利用溶解度得到其溶度积值。 CaCO3 = Ca2+ + CO32- KSP = C(Ca2+)²C(CO32-) = C2 m(CaCO3)=κ(CaCO3)/c κ(CaCO3)= κ(溶液)- κ(水)

由于CaCO3是难溶盐，所以其饱和溶液的浓度则很低，所以式中Am(CaCO3)可以认为就是无限稀释时的摩尔电导率(盐) ，并根据离子独立移动定律可得：

Am(CaCO3)= Am(CaCO3) = Am(Ca2+)+Am(CO32-)= 27310-4 S*m2* mol-1 (Am (1/2Ca2+)=59.410-4 S*m2*mol-1 Am(1/2CO32-)=77.110-4 S*m2*mol-1) 所以c =κ(CaCO3)/ Am(CaCO3) 三、仪器药品

电导率仪; 电导池; 电导电极; 移液管; 烧杯，锥形瓶 Ca(OH)2, Na2CO3 四、实验步骤 (一) 、校正仪器 1．打开电源开关

2．扳“量程选择开关旋纽”至“检查”档，同时调节“温度调节旋纽”至25oC 。 3. 调节“常数补偿旋纽”至100μs/cm。

4．如果电极常数为1.091，则调节“校正调节旋纽”至109.1，至此仪器校正结束。 （二）测定CaCO3溶液电导率

1.CaCO3饱和溶液的制备：利用石灰水和纯碱制备CaCO3饱和溶液，将上层清液去除， 加入蒸馏水，沉淀，除去上层清液，再加入蒸馏水，重复3次。

2.CaCO3溶液电导率的测定：将上层溶液倒入一干燥的锥形瓶中，把电导电极放入锥形 瓶中，扳“量程选择开关旋纽”至“I ”档，如果显示器无读数，则可扳至下一档，恒 温测其电导，然后换溶液两次，求平均值。 （三）测定蒸馏水的电导率

取约100ml 蒸馏水放入一干燥的锥形瓶内，10min 后，测其电导，求平均值 五、数据处理

2、计算CaCO3饱和溶液的溶解度与容度积（文献值0.0013g/100gH2O, 1.3*10-4 mol*L-1）

实验十、电动势的测定

一、实验目的

1. 掌握对消法测定电池电动势的原理及SDC 数字电位差综合测试仪的使用方法; 2. 练习电极的制备和处理方法

3. 加深对液接电势概念的理解及学会消除液接电势的方法 4. 测定电极电势 二、实验原理

电池由正、负两个电极组成，电池的电动势等于两个电极电势的差值。 E = φ+ φ--

φ+是正极的电极电势，φ-是正极的电极电势。

在电化学中，电极电势的绝对值至今还无法测定，而是以某一电极的电极电势作为零，然后将其它的电极与它组成电池，规定该电池的电动势为该被测电极的电极电势。通常将标准氢电极(即氢气为101325Pa 下的理想气体、溶液中“(H+)为1) 的电极电势规定为零。

由于氢电极制备及使用不方便等缺点，一般常用另外一些制备工艺简单、易于复制、电势稳定的电极作为参比电极来代替氢电极。常用的有甘汞电极和氯化银电极等，这些电极与标准 电极比较而得到的电势已精确测定

本实验是测定铜电极在不同浓度的电极电势。将待测铜电极与饱和甘汞电极组成如下电池：(-) Hg(l)-Hg2Cl2(s)｜KCl(饱和溶液) ‖Cu2+(a1)｜Cu (s) (+) 正极反应为： Cu2+ ＋ 2e → Cu

负极反应为： 2Hg ＋ 2Cl-→Hg2Cl2 ＋ 2e

电池电动势为：E = φ+ - φ- = φθCu2+/Cu + (RT/2F)ln(a1) -(饱和甘汞)

式中： φ(饱和甘汞) ＝0.24150－7.61³10-4(t－25) (t为℃) ，a ＝γ±m (质量摩尔浓度)

三、仪器与试剂

SDC 数字电位差综合测试仪， 铜电极1支，

饱和甘汞电极1支， 烧杯，

CuSO4 (0.05、0.1000、0.2000 、0.3000 mol²kg-1) ， 硝酸，

KCl 饱和溶液

四、实验步骤 1、铜电极的制备

首先在6mol L-1稀硝酸内浸洗，除去氧化层和杂物，取出后用蒸馏水冲洗，然后用铜电极作阴极，铜棒作阳极，在镀铜溶液(镀铜液组成为:每升中含125g CuSO4²5H2O ，25g H2SO4，50mL 乙醇) 中进行电镀。电流密度控制在20 mA•cm2左右，电镀约15 min，使其表面上有一紧密地镀层。取出后用蒸馏水淋洗，洗净后放入0.1000 mol²kg-1CuSO4中备用。 2、电池组合

将带盐桥的饱和甘汞电极插入0.0500mol ²kg-1CuSO4溶液中 3、测量

1）开SDC 数字电位差综合测试仪 预热15分钟； 2）连接电池到电位差综合测试仪 ，注意正负极； 3）使用“内标”方法校验；

4）在室温条件下测量电池电动势，在10分钟内测3次，记录数据。 5）改变CuSO4溶液为0.1000、0.2000、0.3000mol ²kg-1再测几次。 五、注意事项

1、用盐桥消除液体接触电势

在两种不同溶液的界面上存在的电势差称为液体接界电势或扩散电势。产生的原因是液体中离子的扩散速度不同而引起的。液体接界电势的大小和符号与电解质的本性及活度有关。通常使用盐桥来消除液体接界电势。

2、注意在恒温的条件下测试

3、接线时，各电池里的正负极性不能接反了 六、数据记录与处理

由测定的电池电动势数据，利用公式计算铜电极的电极电势。其中离子平均活度系数γ±

六、思考题

1、电位差计、标准电池、检流计及工作电池各起什么作用？如何保护及正确使用？ 2、参比电极应具备什么条件？它有什么功用？

3、盐桥有什么作用？选用作盐桥的物质应有什么原则？

实验十一、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

一、实验目的、

1. 了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系. 2. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期. 3. 了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法. 二、实验原理 蔗糖转化反应为：

C12H22O11+H2O → C6H12O6 + C6H12O6

H 葡萄糖 , 通常需要在 果糖 离子催化作用下进行. 由于反它是一个二级反应, 在纯水中此反应的速率极慢H+

+

应时水是大量存在的, 尽管有部分水分子参加了反应, 仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的, 而且H+是催化剂, 其浓度也保持不变

. 因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。 其

动力学方程为：

积分得

当C = 0.5C0,时间t 可用 t1/2表示, 即为反应的半衰期.

不难看出, 在不同时间测定反应物的相应浓度, 并以LnC 对t 作图, 可得一直线, 由直线斜率即可得反应速率常数K, 然而反应是在不断进行的, 要快速分析出反应物的浓度是很困难的. 但蔗糖及其转化物, 都具有旋光性, 而且它们的旋光能力不同, 故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件不变时, 旋光度α与反应物浓度C 呈线形关系, 即α=KC式中比例常数K 与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。

为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示 t 为实验温度(℃) D 为钠灯光源D 线波长(589nm)

α为旋光度

l 为液层厚度(m)

C 为浓度(kg·m-3)

作为反应物的蔗糖是右旋性物质, 其比旋光度[α]D20 = 66.6o;生成物中葡萄糖也是右旋性物质, 其比旋光度[α]D20 = 52.5o,但果糖是左旋性物质, 其比旋光度[α]D20 = -91.9o.由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大, 所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应进行, 体系的右旋角不断减小, 反应至某一瞬间, 体系的旋光度可恰好等于零, 而后就变成左旋, 直至蔗糖完全转化, 这时左旋角达到最大值α∞

当t=0即蔗糖尚未转化时 反 C0 (1)

当t=∞即蔗糖已完全转化时 生 C0 (2)

当0

反 C + K生 (C0-C)

ln(αt-α∞)= -kt+ ln(α0-α∞)

三、仪器与试剂 1. 仪器

旋光仪; 恒温槽; 2. 试剂 HCl 溶液(4mol

四、旋光仪

实物图

(3)

读数 刻度盘分两个半圆形分别标出0º～180º，并有固定的游标分为20等分，等于 刻度盘19等分，读数时先看游标的0落在刻度盘上的位置，记下整数值，如下 图中整数为+9，再利用游标尺与主盘上刻度画线重合的方法，读出游标尺上的 数值为小数，可以读到两位小数，此时图中为0.30，所以最后的读数为α＝+9.30º

读数示意图

内部构造

1:钠光灯；2:透镜；3:滤光片；4:起偏镜；5:石英片；6:旋光管；7:检偏镜；8,9:望远镜

工作原理

起偏镜与检偏镜平行放

置

起偏镜与检偏镜垂直

放置

起偏镜与检偏镜垂直放置, 旋光管中装有待测溶液

三分视野装置

使用方法

1. 开机预热: 接通电源，开启电源开关，预热5分钟，待钠光灯发光正常才可工作.

2. 零点校正: 在旋光管中装满蒸馏水(无气泡) ，调节检偏镜，使三分视野消失，记下角度值， 即为仪器零点，用于校正系统误差.

3. 样品的测定: 在旋光管中装入待测试样，调节检偏镜，使三分视野消失，读取角度值，将 其减去(或加上) 零点值，即为被测物质的旋光度.

4. 读数: 考虑到仪器可能有偏心差，采用双游标读数法. 即从刻度盘上A 、B 两个游标窗分 别读取数据取平均值即为样品的旋光度.

5. 测量完毕后，关闭电源，将样品管取出洗净擦干放入盒内. 注意事项

1. 仪器连续使用时间不宜过长，一般不超过4h ，如使用时间过长，中间应关闭电源10-15min 待钠光灯冷却后再继续使用

2. 旋光管中装满溶液后，不应有气泡，不应漏液, 否则会影响测量结果.

3. 旋光管上螺丝帽盖及橡皮垫圈不宜太紧，否则由于光学玻璃受力产生一种附加的亦即“假 的”偏振作用，给测量造成误差. 4. 旋光管用后要及时将溶液倒出，用蒸馏水洗涤干净，擦干. 所有镜片均不能用手直接擦拭， 应用擦镜纸擦拭. 五、实验步骤 1. 溶液的配制

用台称称取10g 蔗糖，放入100mL 烧杯中，加入50mL 蒸馏水配成溶液。 2. 蔗糖水解过程中αt 的测定

用移液管吸取25mL 蔗糖溶液置于100mL 烧杯中。用另一移液管移取25mL4mol ²dm-3HCl 满旋光管。测定管有1dm 和2dm 的规格，选取适当测定管，洗净后用少量待测液润洗2～ 3次，然后注入待测液，使液面在管口成一凸面，将玻璃盖沿管口边缘平推盖好，勿使管 内留有气泡，装上橡皮圈，旋上螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得过紧，以免产生应力，影响 读数。测定管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽 盖。测量不同时间t 时溶液的旋光度αt 。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相 同(即三分视野消失) 后，先记下时间，再读取旋光度。开始时，可每3min 读一次，30min 后，每5min 读一次。测定1h 。 3. α∞的测定 ：

将步骤2剩余的混合液置于近50-60oC 的水浴中，恒温30min 以加速反应，然后冷却至实 验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即为α∞ 。 六、数据记录与处理 1. 填写下表

2. 以ln(αt-α∞) 对t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k 。 3. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2 七、思考题

1. 实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点? 在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt 是否需要零点校正? 为什么? 2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制?

3. 蔗糖的转化速度和哪些因素有关?

实验十二、最大气泡法测定液体表面张力

一、实验目的

1. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义；

2. 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术； 3. 测定不同乙醇水溶液的表面张力。 二、实验原理 1、表面张力

在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，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，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功。功的大小与Λ成正比，即W = ðΔΛ ð称为液体的表面自由能(J*m-2)，亦称表面张力（N*m-1），它表示液体自动缩小趋势的大小。 2、最大泡压法

表面张力的测定方法很多，本实验采用最大气泡压力法。下图是最大气泡压力法测表面张力的装置示意图。

将毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓放水放水抽气，此时测定管中的压力pr 逐渐减小，毛细管中的大气压p0就会将管中液面压至管口并形成气泡．其曲率半径恰好等于毛细管半径r ，根据拉普拉斯公式，此时所能承受的压力差为最大。 Δp max = p0 – p r = 2ð/r

随着放水抽气，大气压将把该气泡压出管口。曲率半径再次增大，此时表面膜所能承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，故即导致气泡破裂。最大压力差可通过数字式压差测量仪读出。

当用同一根毛细管分别测定具有不同表面张力（ð1和ð2）的溶液时，可得如下关系： ð1 = (r/2)Δp 1 ð2 = (r/2)Δp 2 (ð1/ð2) = (Δp 1/Δp 2)

ð1= (ð2/Δp 2) Δp 1 = KΔp 1 式中K 称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。 三、仪器与试剂

表面张力测定仪，阿贝折光仪，精密压差测定仪，烧杯， 滴管，乙醇溶液。 四、实验步骤 1、配置溶液

用称重法粗略配置10%、20%、40%、60%、80%的乙醇溶液各50ml ，并分别编号为1-5号。 2、测定毛细管常数 将玻璃仪器洗涤干净，在测定管中注入蒸馏水使管内液面刚好与毛细管口相切。毛细管需保持垂直并注意液面位置，接好测量系统，慢慢打开抽气瓶活塞放水抽气，注意气泡形成的速率应保持稳定，通常控制5-10秒/个为宜，记录数字式精密压差计的最大值，读取三次，取

平均值。 40πηu πηu

ξ=3002⨯⨯=3. 6⨯106⨯(V )

U l U l 3、测定乙醇溶液的表面张力

按实验步骤2分别测量不同浓度的乙醇溶液，从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内外溶液浓度一致。 4、测定乙醇溶液的折光率 五、注意事项

1. 气泡逸出速度不能太快，否则影响读数。 2. 玻璃器皿必须洗涤干净；

3. 毛细管应保持垂直放置，其端部应平整； 4. 毛细管平面与液面接触处要相切。 六、数据处理

2-c 标准曲线

W% 8.19 10.59 25.39 44.10 75.90 л 1.339 1.345 1.349 1.361 1.369 3、绘制ð-c 标准曲线 七、思考题

1. 毛细管尖端为何调节得恰与液面相切？否则对实验有何影响？

2. 本实验中为什么要读最大压力差？若气体逸出过快，对实验结果有何影响？

实验十三、电泳 一、目的要求

1. 用电泳法测定Fe(OH)3溶胶的て电势。 2. 二、基本原理 1. 胶体分散体系

分散体系的分类（按分散相的颗粒大小来分）： r>10-7m：粗分散体系，如悬浊液、乳浊液； 10-9m

电泳：在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动，若分散介质不动，胶粒向阳极或阴极移动，称为电泳。

电动电势て：荷电的胶粒与分散介质间的电势差，称为て电势。 て电势大，胶粒间斥力大，溶胶稳定性好，て

て=0时，溶胶稳定性最差，易聚沉。 所以无论制备胶体或破坏胶体，均需了解て电势。 3．て电势的求算

式中各物理量的意义：л为分散介质的粘度(Pa.s)（л=0.001005Pa.s ）；ε为介电常数（若分散介质为水时，ε=80-0.4T-293.15））;U 为加于电泳管两端的电压(V); l 是两电极间的距离(cm); u是电泳速度(cm/s) 三、仪器与试剂

直流稳压电源 1台 电泳仪 1个 石墨电极 2个 烧杯 三氯化铁（分析纯） HCl 辅助溶液（1:300） 四、实验步骤

（一）Fe(OH)3溶胶的制备

水解法制备Fe(OH)3溶胶：在250ml 烧杯中加入120ml 蒸馏水，加热至沸，慢慢地滴入10%FeCl3溶液6ml ，并不断搅拌，加完后继续沸腾5分钟，得到红棕色的Fe(OH)3溶胶。 （二）Fe(OH)3溶胶的电泳 电泳管先用蒸馏水洗，再用少量Fe(OH)3溶胶洗涤电泳管2~3次，然后从中间管注入Fe(OH)3溶胶约管1/2高度，再加入稀HCl 溶液至离管口2-3cm ，小心放入电极，电源电压调至50V , 电泳30分钟后停止，测量电泳的距离和两电极间的距离(不是水平横距离，而是U 型管内溶液的导电距离，此数值需测量5～6次，然后取其平均值) 。

五、数据处理

1、根据胶体移动方向判断胶粒的带电性； 2、计算电动电势て 六、注意事项

1. 本实验对仪器的干净程度要求很高, 否则可能发生胶体凝聚，故一定要将仪器清洗干净。 2. 制备Fe(OH)3溶胶时，FeCl3一定要逐滴加入，并不断搅拌。 3. 加HCl 溶液一定要沿着管壁缓慢滴加。

4. 量取两电极的距离时，要沿电泳管的中心线量。 5. 时，各物理量的单位都需用c.g.s 制，有关数值从附录中有关表中查得。如果改用SI 制，相应的数值也应改换。对于水的介电常数，应考虑温度校正，由以下公式求得：lnDt=4.474226-4.54426³10-3t 式中，t 为温度℃ 七、思考题

1. 本实验中所用的稀盐酸溶液的电导为什么必须和所测溶胶的电导率相等或尽量接近? 2. 电泳的速度与哪些因素有关?

3. 在电泳测定中如不用辅助液体，把两电极直接插入溶胶中会发生什么现象?

电位差计工作原理及使用方法

一、工作原理

电位差计是利用补偿法测量直流电动势(或电压) 的精密仪器，其工作原理如下图所示。 工作电源E ，限流电阻Rp ，滑线电阻RAB 构成辅助回路， 待测电源Ex(或标准电池En) ，检流计G 和RAC 构成补偿 回路。按图中规定电源极性接入E 、Ex ，双向开关K 打向 2，调节C 点，使流过G 中的电流为零(称达到平衡， 若E

校准和测量可以采用同一电路，将双向开关K 打向1， 调节C 到对应于标准电池En 数值的位置D 处，再调 节Rp 使检流计指零，这时工作电流准确达到标定值 I0，I0 = En/RAD。校准后就可进行测量，开关K 打向。 注意不可再调Rp ，只需移动C ，找到平衡位置，就可 以从仪器面板上读出待测电压值。

二、对消法测电动势的优点

1．被测电池和标准电池中无电流通过，因而其电动势不会发生改变。

2．由于所制备的标准电池En 、标准电池补偿电阻Rn 和被测电池补偿电阻Rc 均具有较高 精度，因而测量结果较为准确。

3．不需测出线路中所流过电流I 的数值。 三、SDC-ⅡA 数字电位差综合测试仪 面部结构 相当 于可 变电相当 于滑 线电

使用方法 (1) 检验

1）用测试线将被测电源按“+” “-”极性与测试插孔连接； 2）将“测量选择”旋钮置于“内标”位置； 3）将“100V ” 旋钮置于“1”，补偿旋钮逆时针旋到底，其它旋钮均为“0”，此时电位指 示显示“1.0000V ”；

4）待“检零指示”显示数值稳定后，调节调零旋钮，使“检零指示”显示为“0.0000” (2) 测量

1）将“测量选择”旋钮置于“测量”位置；

2）调节“100-10-5”五个旋钮，使检零指示显示数值为负且绝对值最小； 3）调节“补偿”旋钮使检零指示显示为“0.0000”，此时电位显示值即为被测电池的电动势

阿贝折射仪的构造和使用方法 一、构造

1. 测量镜筒 2. 阿米西棱镜手轮 3. 恒温器接头 4. 温度计

5. 测量棱镜 6. 铰链

7. 辅助棱镜 8. 加样品孔

9. 反射镜 10. 读数镜筒

11. 转轴 12. 刻度盘罩

13. 棱镜锁紧扳手 14. 底座

二、工作原理

当一束光投在两种不同性质的介质的交界面上时发生 折射现象，它遵守折射定律：n αsin α = nβsin β， n α, nβ 为交界面的两侧的两种介质的折射率(图一) 。 α为入 射角， β为折射角。 若光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于折射角，

当入射角达到90°时, o 最大，称为临

界折射角, 故任何方向的入射光都可进入光密介质中，

o 。 阿贝折射仪是基于临界折射现象

设计的。

阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜组成， 一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成 均匀的扩展面光源。另一个是折射棱镜。待测液体 (nx＜n) 夹在两棱镜的弦面之间，形成薄膜

图二

从图二可以看出，对于光线“1”，当i →90o ，sini →1，则上式变为

因此，若折射棱镜的折射率n 、折射顶角A 已知，只要测出出射角即可求出待测液体的折射率.

三、使用方法 1. 仪器的安装

将折光仪置于靠窗的桌子或白炽灯前。但勿使仪器置于直照的日光中，以避免液体试样迅速蒸发。用橡皮管将测量棱镜和辅助棱镜上保温夹套的进水口与超级恒温槽串联起来，恒温温度以折光仪上的温度计读数为准. 2. 加样

松开锁钮，开启辅助棱镜，使其磨砂的斜面处于水平位置，用滴定管加小量丙酮清洗镜面，促使难挥发的玷污物逸走，用滴定管时注意勿使管尖碰撞镜面。必要时可用擦镜纸轻轻吸干镜面，但切勿用滤纸。待镜面干燥后，滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，闭合辅助棱镜，旋紧锁钮。若试样易挥发，则可在两棱镜接近闭合时从加液小槽中加入，然后闭合两棱镜，锁紧锁钮。 3. 对光

转动手柄，使刻度盘标尺上的示值为最小，调节反射镜，使入射光进入棱镜组，同时从测量望远镜中观察，使视场最亮。调节目镜，使视场准丝最清晰。 4. 粗调

转动手柄，使刻度盘标尺上的示值逐渐增大，直至观察到视场中出现彩色光带或黑白临界线为止。 5. 消色散

转动消色散手柄，使视场内呈现一个清晰的明暗临界线。 6. 精调

转动手柄，使临界线正好处在X 形准丝交点上，若此时又呈微色散，必须重调消色散手柄，使临界线明暗清晰。（调节过程在右边目镜看到的图像颜色变化如下图）

7. 读数

为保护刻度盘的清洁，现在的折光仪一般都将刻度盘装在罩内，读数时先打开罩壳上 方的小窗，使光线射入，然后从读数望远镜中读出标尺上相应的示值。由于眼睛在判断临界线是否处于准丝点交点上时，容易疲劳，为减少偶然误差，应转动手柄，重复测定三次，三个读数相差不能大于0.0002，然后取其平均值。 8. 仪器校正

折光仪的刻度盘上的标尺的零点有时会发生

移动，须加以校正。校正的方法是用一种已知折光

率的标准液体，一般是用纯水，按上述方法进行测

定，将平均值与标准值比较，其差值即为校正值。

电导率仪的构造、原理和使用方法

一、测量原理

电导率仪由振荡器、放大器和指示器等部分组成。电导率仪的工作原理如图所示。

E 为振荡器产生的交流电压，Rx 为电导池 的等效电阻，Rm 为分压电阻，Em 为Rm 上的交流分压。由欧姆定律可知： Kcell 为电导池常数，当E 、Rm 和Kcell 均 为常数时，由电导率κ的变化必将引起Em 作相应变化，所以测量Em 的大小，也就测 得溶液电导率的数值。。将Em 送至交流放 大器放大，再经过讯号整流，以获得推动1. 振荡器；2. 电导池；3. 放大器；4. 指示二、DDS-307电导率仪的面版结构和配套电极 表头的直流讯号输出，表头直读电导率。

面板结构

电极夹

显示屏

电极 电导电极

量温常校 程度数准选补补调 择偿偿节仪器后面板 开调调旋关节节钮旋旋旋钮钮钮 31

电极 输出 保险丝 电源 电源

插座 插口 管座 开关 插座

三、使用方法

1. 开机：按下电源开关，预热30min 。

2. 校准：将“量程”开关旋钮指向“检查”，“常数”补偿调节旋钮指向“1”刻度线，“温 度”补偿调节旋钮指向“25”刻度线，调节“校准”调节旋钮，使仪器显示100.0S ²cm-1。

3. 测量：

（1）调节“常数”补偿旋钮使显示值与电极上所标常数值一致。

（2）调节“温度”补偿旋钮至待测溶液实际温度值。

（3）调节“量程”开关至显示器有读数，若显示值熄灭表示量程太小。

（4）先用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干，再用被测溶液清洗一次，把电极浸入被测溶液中， 用玻璃棒搅拌溶液，使溶液均匀，读出溶液的电导率值。

4. 结束：

用蒸馏水清洗电极；关机。

四、注意事项

1. 清洗电极等过程应将“选择开关”置于“检查”位置。

2. 使用完毕请将电极浸泡在蒸馏水中；关闭电源开关，不要拔下电极和电源插座！

3. 有故障及时报告实验老师。

32