川农环工《物理化学实验报告》

资源环境学院物理化学实验报告报告人：学号：专业：环境工程2009-2班实验同组人：____________指导老师：____________《物理化学实验报告》环工09-2第2页共47页目录实验一、燃烧热的测定…………………………………………………………3实验二、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数………………………………10实验三、凝固点降低法测定摩尔质量…………………………………………15实验四、原电池电动势的测定…………………………………………………20实验五、溶液吸附法测定比表面………………………………………………25实验六、粘度法测定水溶性高聚物转化反应的速率常数……………………30实验七、乙醇—乙酸乙酯双液系相图…………………………………………36实验八、摩尔电导的测定………………………………………………………42《物理化学实验报告》环工09-2第3页共47页实验一、燃烧热的测定Ⅰ.目的要求（１）用氧弹热量计测定萘的燃烧热。（２）明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别。（３）了解热量计中主要部分的作用，掌握氧弹热量计的实验技术。（４）学会用雷诺图解法校正温度改变值。（５）掌握压片技术，熟悉高压钢瓶的使用方法；学会用精密电子温差测量仪测定温度改变值。II.基本原理1．燃烧与热量根据热化学的定义，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称为恒容燃烧热（Qv），在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Qp）。nRTQQVP△n为反应前后反应物和生成物中气体的物质的量之差，R为气体常数，T为反应时的热力学温度。由上式可知，若测得某物质的Qp或Qv中的任何一个，即可计算出另一个数据。在热化学中，化学反应的热效应（包括燃烧热）通常是用Qp来表示的。本实验测定的是Qv，所以需要通过上式进行计算。2．氧弹量热计图（1）氧弹量热计示意图图（2）氧弹的构造1.外筒，通过搅拌器搅拌形成恒温环境；2.绝热定位圈；3.氧弹；4.水桶，用以盛装量热介质；5.电极；6.水桶搅拌器；7.温度传感器探头；8.外筒搅拌器1.氧弹头，既是充气头，又是放气头；2.氧弹盖；3.电极；4.引火丝；5.燃烧杯；6.燃《物理化学实验报告》环工09-2第4页共47页烧挡板；7.卡套；8.氧弹体直接测定Qv或Qp的实验方法称为量热法。通常能直接测定的热效应，除了燃烧热外，还有中和热、溶解热、稀释热和物质的比热等。这些热效应的数据，常用于其它热力学量的计算，并对化工设计和实际生产都有重要意义。图（1）是氧弹量热计的结构示意图，这种量热计常用于物质燃烧热的测定。在量热计的外面有一个套壳，套壳有些是恒温的，有些是绝热的。本实验采用外壳等温式量热计。氧弹是一个具有良好密封性能、耐高压、抗腐蚀的不锈钢容器，其结构如图（2）所示。原理：能量守恒定律Q放=Q吸－W样.QV，样/M样－L铁丝.QL,铁丝=（W水C水+C计）△TQL,铁丝=－2.9J/cm3.雷诺温度校正图实际上量热计与周环境的热交换无法完全避免,它对温差的影响可用雷诺(Renolds)温度校正图校正。使水温低于室温10C左右,按实验步骤操作测燃烧热所得的一系列水温和时间关系作图.(p.45)。用微机控制时，初期温度:11个主期温度:22个末期温度:11个(每隔30秒自动记录一个数据)说明p.45雷诺温度校正图，AA’环境与搅拌引起的温升应扣除;CC’由室温升高到最高点，这一段时间内,量热计向环境的热漏造成的温度降低,应计算在内;所以温升为AC。（具体校正过程参阅实验教材）图1-1-2绝热较差时的雷诺校正图图1-1-3绝热良好时的雷诺校正图本实验所用温度计为贝克曼数显温度计，WHR－15微机型氧弹式热量计。III.仪器试剂仪器和药品《物理化学实验报告》环工09-2第5页共47页燃烧热实验装置(氧弹量热计)1套；压片机1台；YCY-4充氧器；氧气钢瓶（附氧气表）1个；SWC—ⅡD精密温度温差仪（或贝克曼温度计）1台（支）；容量瓶（1L）1个；电吹风1个；万用电表1个。苯甲酸（标准量热物质,A.R.）；萘（A.R.）。IV．实验步骤（一）苯甲酸燃烧标定仪器的水当量K1．压片及装样品将量热计及全部附件加以整理并洗净。首先，将量热计及其全部附件加以整理并洗净。然后从盛水桶中取出氧弹，旋下弹头，置于弹头座上，取出燃烧坩埚，用蒸馏水洗净，吹干并准确称重至0.1mg，仍置于弹头的燃烧皿支架7上，从压片机上取下压模，用蒸馏水洗净，吹干。用台天平称取约0.8g(不超过1g)已干燥得苯甲酸，倒入压模中，将压模置于压片机之上，转动旋柄，徐徐加压试样使其成为片状，（不能压得太紧，太紧会压断燃烧丝或点火后不能燃烧）。然后抽出模底托板，将压片从压模中压出，除去压片表面的碎屑，将其放入燃烧坩埚中，再次准确称重至0.1mg。然后再将燃烧坩埚置于燃烧皿支架上。截取一段长约15cm的铁丝，将铁丝中间绕成小圆圈状（4－5圈），将铁丝两头分别紧绕在电极8的下端。小圈与压片表面紧密接触最后将弹头放在弹体1上，旋紧弹帽2，用万用表检查两电极是否通路，若通路则可充氧气。2．充氧旋紧氧弹放气阀门，用紫铜管将氧弹充气阀门与钢瓶减压器出口接通。先松开（逆时针旋转）钢瓶的总阀门，使高压表（表1）指针指向10Mpa左右。缓缓旋紧减压器（顺时针旋转），使氧气徐徐通入氧弹内。开始充入少量的氧气（0.5Mpa左右），然后旋紧总阀门，再松开氧弹放气阀门，借以赶走弹中空气，如此重复一次，以保证弹中空气赶尽。最后充氧至约2Mpa，旋紧总阀门，3－5min后，由低压表（表2）指针是否下降来检查氧弹是否漏气。若指针未下降，则表明氧弹不漏气，即可旋松减压器，将紫铜管与氧弹充气阀门联接的一端拆下。由于总阀门与减压器之间有余气，因此要再次旋紧减压器，放掉余气，因此要再次旋紧减压器，放掉余气，然后再旋松减压器，使钢瓶氧气表恢复原状。在充氧过程中，若发现异常，查明原因并排除之。3．调节水温将量热计外筒内注满水，缓慢搅动。打开精密温度温差仪的电源并将其传感器插入外筒《物理化学实验报告》环工09-2第6页共47页水中测其温度。再用筒取适量自来水，测其温度，如温度偏高或相平则加冰调节水温使其低于外筒水温1度左右。用容量瓶精取3000mL已调好温度的自来水注入内筒，水面刚好盖过氧弹。如氧弹有气泡逸出，说明氧弹漏气，寻找原因并排除。将电极插头插在氧弹两电极上，电极线嵌入桶盖的槽中，盖上盖子。（注意：搅拌器不要与弹头相碰。）将两电极插入点火输出口。同时将传感器插入内筒水中。4．点火打开SHR－15氧弹式量热计的电源，开启搅拌开关，进行搅拌。水温基本稳定后，将温差仪“采零”并“锁定”。然后将传感器取出放入外筒水中，记录其温差值，再将传感器插入内筒水中。每隔1分钟读温差值一次（精确至±0.002℃），直至连续10次水温有规律微小变化。设置蜂鸣15秒一次，按下“点火”按钮，“点火灯”熄灭。如配置软件，只需在电脑绘图界需上按下“点火按键”即可。杯内样品一经燃烧，水温很快上升，点火成功。每15秒记录一次，当温差变化至每分钟上升小于0.002℃，每隔1分钟读一次温度，连续读10个点，实验结束。注意：水温没有上升，说明点火失败，应关闭电源，取出氧弹，放出氧气，仔细检查加热丝及连接线，找出原因并排除。5．校验实验停止后，关闭电源，将传感器放入外筒。取出氧弹，放出氧弹内的余气。旋下氧弹盖，测量燃烧后残丝长度并检查样品燃烧情况。样品没完全燃烧，实验失败，须重做；反之，说明实验成功。（二）测定萘的燃烧热称取0.9g-1.1g左右已干燥的萘代替苯甲酸，同步骤（一），测定萘的燃烧热。V．数据记录及处理1.苯甲酸①数据记录苯甲酸质量：0.5044g燃烧掉铁丝质量：0.0084g燃烧掉棉线质量：0.0584g室温：27.34ºC气压：101.75Kpa时间T/min温度/°C时间T/min温度/ºC时间T/min温度/ºC127.34710.527.7291628.339227.3401127.8941728.356327.33411.528.0221828.363427.3301228.1151928.369《物理化学实验报告》环工09-2第7页共47页527.32612.528.1702028.370627.3211328.2342128.371727.31513.528.2562228.368827.3111428.2802328.363927.31214.528.3012428.3609.527.3941528.3162528.3551027.57415.528.3302628.350②苯甲酸的温度-时间变化关系的雷诺校正图05101520253027.227.327.427.527.627.727.827.928.028.128.228.328.428.5温度/℃时间/min苯甲酸的雷诺温度校正图由图像可知：△T=1.10℃③卡计水当量K的计算：由QvW/M=（V水ρC+K）ΔT-qm-QM得：K=（QvW/M+qm+QM）/ΔT-V水ρC=-22061.61J/℃2.萘①数据记录萘质量：0.5012g燃烧掉铁丝质量：0.0068g燃烧掉棉线质量：0.0659g室温：27.34ºC气压：101.75Kpa时间T/min温度/ºC时间T/min温度/ºC时间T/min温度/ºC128.07312.528.3651929.16228.0921328.552029.163328.08313.528.6922129.174428.0731428.8332229.182528.06614.528.8952329.181628.0591528.9672429.181《物理化学实验报告》环工09-2第8页共47页728.05215.529.0082529.177828.0461629.0472629.174928.03816.529.0732729.1671028.0341729.1082829.1611128.03517.529.1192929.15711.528.0771829.133029.1481228.19718.529.151②萘的温度-时间变化关系的雷诺校正图:③燃烧热的计算：Qv=[（V水ρC+K）ΔT-qm-QM]M/W=-3445.29KJ/molVI.实验注意事项1．待测样品必须干燥，否则不易燃烧，而且称量有误。2．压片时，压力必须适中。否则压片太紧，不易燃烧；压片太松，又易炸裂残失，使燃烧不能完全。3．电极切勿与燃烧皿接触，铁丝与燃烧皿亦不能相碰，以免引起短路。4．待测样品必须完全燃烧，否则需要重做实验。在燃烧第二个样品是，内筒水温须再次调节。5．氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接部分不允024681012141618202224262830323427.827.928.028.128.228.328.428.528.628.728.828.929.029.129.229.329.429.5温度/°C时间/min萘的雷诺温度校正图由图可知：△T=1.22℃《物理化学实验报告》环工09-2第9页共47页许有油污，更不允许使用润滑油。如发现油垢，应用乙醚或其它有机溶剂清洗干净。6．坩埚在每次使用后，必须清洗和除去碳化物，并用纱布清除粘着的污点。7．精密温度温差仪“采零”或正式测量后必须“锁定”。VII.问题与讨论1.如何用萘的燃烧热数据来计算其标准生成热？C10H8（s）+12O2（g）→10CO2（g）+4H2O（l）2.试述实验误差的主要来源。若需结果更加精确，应如何处理加入氧弹内的5ml蒸馏水？注：更精确的测定需要进行酸含量的测定。氧弹内由于O2和微量的N2可化合生成HNO3而放热，引起体系热量的变化，因此对这部分的热量要予以校正扣除。具体办法是将反应后氧弹中的水倾出，并用蒸馏水洗涤氧弹内壁3次（每次约5ml）收集于150ml锥形瓶中，用标准NaOH溶液滴定。每毫升0.100mol•L-1的NaOH相当于-5.98J的热量