第一章教育技术的发展简史-物理化学

2020/2/21基础实验部分2020/2/22实验一恒温水浴的组装及其性能测试实验一恒温水浴的组装及其性能测试一、实验目的1.了解恒温水浴的构造及其工作原理，学会其装配技术2.测绘恒温水浴的灵敏度曲线3.掌握贝克曼(Beckmann)温度计的使用方法二、实验原理恒温水浴的装置如图1－1所示。各部件的构造、作用及要求等详见仪器Ⅱ－4，恒温槽的工作原理是通过温度调节器(水银接点温度计)和继电器对加热器的自动调节来实现恒温的(仪器Ⅱ－4)。恒温水浴通常以蒸镏水为工作介质。衡量恒温水浴槽品质优劣的标志是恒温水浴的灵敏度、又称恒温水浴的精度，灵敏度S通常以实测的最高温度值tmax和最低温度值tmin之差的一半来表示：2020/2/23实验一恒温水浴的组装及其性能测试maxmin2ttSS值愈小，表示该恒温水浴性能愈好，测定灵敏度(S)的方法是：在设定温度ts下，采用贝克曼温度计来观察恒温水浴温度随时间的变化情况，以温度为纵坐标，与温度相应的时间为横坐标，绘制灵敏度曲线，通过对曲线的分析，可以对恒温水浴的灵敏度作出评价。较典型的灵敏度曲线如图1－2所示，其中(a)表示灵敏度较高；(b)表示灵敏度较低；(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。影响恒温水浴灵敏度(即精确度)的因素很多，例如，搅拌器的性能(转速、形状)，加热器的功率大小，继电器的物2020/2/24实验一恒温水浴的组装及其性能测试因此，在组装恒温水浴时应遵循以下几点：(1)根据控制温度ts的高低，选择合适的加热器功率、继电器及搅拌器等部件。(2)开动搅拌器，确定水流动方向后，停止搅拌。然后根据水先经过加热器再经过温度控制器的原则安装这两个元件。(3)加热器和搅拌器应放得较近,以使热量放出立刻能传到恒温槽之各区域，温度调节器应放在它们的附近(这－区域温度变化幅度最大)。三、实验仪器与试剂玻璃缸10dm3或20dm3(1个)加热器250W、500W(各1支)水银接点温度计0-100℃(1支)调压变压器2kVA(1台)1/10水银温度计0-100℃(1支)贝克曼温度计(1支)搅拌器(带变速)40W(1台)6301型继电器(1台)5-10倍放大镜(1个)秒表(1只)2020/2/25实验一恒温水浴的组装及其性能测试2020/2/26实验一恒温水浴的组装及其性能测试四、实验步骤1.组装恒温水浴。将蒸馏水灌入容积的4/5处.进行接线和装配.2.将贝克曼温度计的水银柱调至刻度2.5℃左右。3.调节恒温水浴至设定温度。若设定温度为25℃。4.恒温水浴各区域精确度比较。待浴槽在25℃下恒温5min后，在槽内选取具有代表性的5个点，用贝克曼温度计观察这些点温度变化。记下温度变化的最大和最小值。5.恒温水浴灵敏度曲线的测定。选取恒温性能最差的一点利用功率不同的加热器测定25℃下恒温水浴槽的灵敏度曲线。每隔一定时间(如2min)记录一次贝克曼温度计的读数，每条灵敏度曲线作5-6个峰即可。实验完毕，切断电源，拆下接线及各部件。2020/2/27实验一恒温水浴的组装及其性能测试五、数据处理及讨论1.图示恒温水浴内各部件的布局，并在图中标明所选五个点的位置。2.用表列出五个点最高与最低温度及相应的平均温度、平均最高和最低温度之差值。对恒温水浴精确度进行评价。3.列出贝克曼温度计读数与时间的数据表，绘制加热器的灵敏度曲线，并讨论加热器功率对恒温水浴灵敏度的影响。六、问题思考1.说明恒温槽主要构造及其作用和恒温槽的恒温原理。2.影响恒温水浴灵敏度因素有哪些？试作简要分析。3.提高恒温水浴的即灵敏度，应采取那些措施？4.组装恒温槽应注意哪些问题？2020/2/28实验二燃烧热的测定实验二燃烧热的测定一、实验目的1.用氧弹卡计测定萘的燃烧热，掌握氧弹卡计量热的基本原理及实验技术2.明确摩尔燃烧焓的概念，了解恒压摩尔燃烧焓ΔcHm和恒容摩尔燃烧焓ΔcUm的差别及相互关系3.学会使用奔腾公式和雷若图解法校正不同温度改变值二、实验原理根据化学热力学，所谓物质的燃烧焓是指在一定的条件下，物质完全燃烧时所放出的热量，所以又称为摩尔燃烧焓或摩尔燃烧焓热。需要注意的是“完全燃烧”是对燃烧产物有明确的规定。通过燃烧焓的测定，不仅可以求算化合物的生成焓、键焓，还具有判别工业用燃料的质量等实际应用。2020/2/29实验二燃烧热的测定一般说来，燃烧热的测定可有两种不同的条件，一是在恒压条件下测量，测量得到恒压燃烧热Qp，二是在恒容条件下测量，测量得到恒容燃烧热Qv。根据热力学第一定律在不做其它功的条件下Qp＝ΔH、Qv＝ΔU，对于同一反应若把参加反应的气体和生成的气体都作为理想气体处理，则ΔcHm和ΔcUm应有如下关系：ΔcHm＝ΔcUm＋∑νBRT式中νB中是化学反应方程中气体物质B的化学计量数，对于反应物νB取负值，对生成物νB取正值。测定热效应的仪器称作热量计。热量计的种类很多，本实验选用的是WHR--15微机型氧弹式热量计，它是一种视为环境恒温式热量计图2－1为热量计安装示意图，图2－2为氧弹剖面图。氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律，样品完全燃烧时所放出的2020/2/210实验二燃烧热的测定图2－1热量计安装示意图图图2－2氧弹剖面图2020/2/211实验二燃烧热的测定热量使得氧弹本身及其周围得介质和热量计有关的附件温度升高，测量整个体系在燃烧前后温度的变化值，根据体系的热容，就可以计算出代测样品的恒容摩尔燃烧焓。为了保证样品完全燃烧，氧弹中必须充以高压氧气或其它氧化剂，因此氧弹因有很好的密封性能，耐高压和耐腐蚀，氧弹应放在一个与室温基本一致的恒温套壳中，盛水桶和恒温套壳之间有一个高度抛光的挡板，以减少热辐射与空气的对流。三、实验仪器与试剂WHR--15微机型氧弹式热量计(1套)点火丝(15－18cm)HR--15B多功能控制箱(1套)氧气钢瓶(1套)充氧器(1套)干燥器(1个)压片机(1台)2020/2/212实验二燃烧热的测定四、实验步骤1.测量体系得热容C体⑴样品制作用台秤称取标准苯甲酸约1g左右,用压片机压片，稍压得紧些，在分析天平上准确称其质量。⑵装样并充气首先用10～15cm左右的棉线捆扎样品，在将一根点火丝从棉线和样品间穿过，最后都绕成十字架型，并将点火丝两端固定在两个电极上，点火丝和样品均勿接触坩锅。拧紧氧弹上的盖，使氧弹中充人1.6～2.0MPa的氧气,放开操纵手柄。⑶测量将装有样品并充气的氧弹放入已装有3000mL蒸馏水的量热容器中，若要求精确测量，则应将蒸馏水的温度调至比室温低0.7～1.0℃，在两电极接上点火丝，将测温探头插入内桶，使其末端处于氧弹高度1／2处，盖上盖子。2020/2/213实验二燃烧热的测定⑷最后处理小心的取出测温探头，再取氧弹，放出氧弹内的氧气，旋开氧弹盖，检查样品是否完全燃烧，若氧弹内有黑色残渣，则应重做实验。最后倒出氧弹内的水，用毛巾、酒精、电吹风处理热量计各部件，确保干燥，以防生绣。2.萘的燃烧热测定称取0.5～0.7g左右的萘，同上述方法进行测定。五、实验数据处理1.的测定结果按下式计算：TTTQQUMmCmv0/(棉线铁丝体）－＝2020/2/214实验二燃烧热的测定式中:ΔcUm（苯甲酸）＝3231.56kJ·moL-1，Q铁丝＝－2.9J·cm-1·l铁丝Q棉线＝16.736kJ·g-1·m棉线T:直接观测到的燃烧阶段温度开始下降时的第一个温度T0:直接观测到的点火时的温度（初期的最后一个温度）△T:温差校正值⒉萘的恒容燃烧热按下式计算MmQQTTTCUmc/)0棉线铁丝体（2020/2/215实验二燃烧热的测定⒊由ΔcUm计算萘的恒压燃烧热ΔcHm值。六、问题思考⒈在这一实验中哪些为体系？哪些为环境？有无热交换？若不进行温差校正对实验结果有何影响？⒉根据误差分析，指出本实验的最大误差何在？⒊使用氧气钢瓶及氧气减压阀应注意哪些问题？⒋固体样品为什么要压成状？2020/2/216实验三纯液体饱和蒸气压的测定实验三纯液体饱和蒸气压的测定一、实验目的1.明确纯液体饱和蒸气压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸气压和温度的关系──克劳修斯－克拉贝龙方程式；2.用等压计和数字式气压计测定不同温度下纯乙醇的饱和蒸气压，初步掌握有关的低真空实验技术；3.学会用图解法和最小二乘法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化焓(△VapHm)与正常沸点。二、实验原理在一定的温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压。密闭容器的液体，在一定的温度下，有动能较大的液体分子从表面逃逸成蒸气，也有动能较小的液体2020/2/217实验三纯液体饱和蒸气压的测定分子因碰撞而凝结成液相，当两者速率相等时，就达到了动态平衡，此时气相中的蒸气密度不再改变，因而具有一定的饱和蒸气压。纯液体的饱和蒸气压是随温度而改变的，当温度升高时有更多的高动能的分子由液面逸出，蒸气压增大；反之，温度降低时，蒸气压减少。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯－克拉贝龙(Clausius－Clapeyron)方程式来表示：vapm2dln(/[])dHppTRT2020/2/218实验三纯液体饱和蒸气压的测定式中：P*纯液体温度T时的饱和蒸气压(kPa)；T热力学温度(K)；△vapHm为液体摩尔汽化焓(J·mol-1)；R为气体常数，即8.314J·mol-1·K-1。在温度较小时的范围内△vapHm可视为常数，可看作平均摩尔汽化热。积分上式得：vapmln(/[])HppbRT2020/2/219实验三纯液体饱和蒸气压的测定式中：b为积分常数,此数与压力P*的单位有关。由上式可知，在一定的温度范围内，测定不同温度下的饱和蒸气压，以ln（P*/[p]）—1/T作图，可得一直线，直线的斜率m=-△vapHm/R，所以就可求得出摩尔气化焓。当外压为101.325kPa时，液体的蒸气压与外压相等时的温度称为该液体的正常沸点。从图中也可求得其正常沸点。测定饱和蒸气压的方法通常有静态法、动态法和饱和气流法三种方法，本实验是用静态法，即将被测液体放在一个密闭的体系中，直接测定不同温度下液体的饱和蒸气压。vapmHmR2020/2/220实验三纯液体饱和蒸气压的测定三、仪器及试剂蒸气压测定装置(1套)恒温装置(1套)数字式气压计(1台)吸收塔(1个)缓冲瓶(1个)真空泵(1台)等压计(带冷凝管)(1套)无水乙醇(A、R)四、实验步骤1.实验装置如图（3－1）所示。2.所有接口必须封闭严密,等压计中的液体。3.系统检漏。4.排空气。5.测定不同温度下纯乙醇的饱和蒸气压。2020/2/221实验三纯液体饱和蒸气压的测定2020/2/222实验三纯液体饱和蒸气压的测定五、数据处理1.设计实验记录表格，记录温度、气压值等原始数据。2.做温度和压力校正，并将1/T和ln（P*/[p]）值填入表中。3.作ln（P*/[p]）－1/T作图，由直线的斜率计算出乙醇在实验温度区间的平均摩尔气化焓△vapHm。4.应用最小二乘法，计算结果，并与作图法进行比较。六、问题思考1.如何判断A球上的空气已排除？如未排除，有何影响？2.在开启活塞放空气进入系统时，放得太多应怎么办？3.在体系中安置缓冲瓶和应用毛细管放气的目的是什么？4.使用气压计、真空泵应注意哪些问题？2020/2/223实验四完全互溶双液系气-液平衡相图的测绘实验四完全互溶双液系气-液平衡相图的测绘一、实验目的1.绘制在标准压力下正丙醇-水双液系的沸点-组成图，了解相图和相律的基本概念2.掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法3.掌握阿贝折光仪的原理和使用方法4.掌握用折光率确定二元液体组成的方法二、实验原理两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系，两个组分若能按任意比例互相溶解，称完全互溶双液系。液体的沸点，是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。双液系的沸点，不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。根据相律公式2020/2/224实验四完全互溶双