物理化学实验报告

《大学化学基础实验2》实验报告课程：物理化学实验专业：环境科学班级：学号：学生姓名：邓丁指导教师：谭蕾实验日期：5月24日实验一、溶解焓的测定一、实验名称：溶解焓的测定。二、目的要求:(1)学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。(2)掌握作图外推法求真实温差的方法。三、基本原理：盐类的溶解通常包含两个同时进行的过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，即离子的水合作用，为放热过程。溶解焓则是这两个过程热效应的总和，因此，盐类的溶解过程最终是吸热还是放热，是由这两个热效应的相应大小所决定的。影响溶解焓的主要因素有温度、压力、溶质的性质以及用量等。热平衡式：△solHm=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2式中,solHm为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解焓,J·mol,m1,m2分别为水和溶质的质量,M为溶质的摩尔质量,kg·mol-1;C1,C2分别为溶剂水,kg;溶质的比热容,J·kg-1；T为溶解过程中的真实温差,K;C为量热计的热容,J·K-1,也称热量计常数.本实验通过测定已知积分溶解焓的标准物质KCl的T,标定出量热计热容C的值.四、实验主要仪器名称：NDRH-2S型溶解焓测定实验装置1套（包括数字式温度温差测量仪1台、300mL简单量热计1只、电磁搅拌器1台）；250mL容量瓶1个；秒表1快；电子天平1台；KCl；KNO3；蒸馏水五、实验步骤：（1）量热计热容C的测定(1)将仪器打开,预热.准确称量5.147g研磨好的KCl,待用.nKCl:n水=1:200（2）在干净并干燥的量热计中准确放入250mL温室下的蒸馏水,然后将温度传感器的探头插入量热计的液体中.打开搅拌器开关,保持一定的搅拌速度,待温差变化基本稳定后,读取水的温度T1,作为基温.（3）同时,每隔30s就记录一次温差值,连续记录8次后,将称量好的5.174gKCl经漏斗全部迅速倒入量热计中,盖好.10s记录一次温度值,至温度基本稳定不变,再每隔30s记录一次温度的数值,记录8次即可停止.（4）测出量热计中溶液的温度,记作T2.计算T1,T2平均值,作为体系的温度.倒出溶液,取出搅拌子,用蒸馏水洗净量热计.KNO3熔解热的测定:标准称量3.513gKNO3,代替KCl重复上述操作.六、实验数据记录与处理KCl溶解过程中数据记录：KCl质量：5.1774g平均温度18.295℃未加KCl之前：t=19.24℃时间t/s306090120150180210240温差/℃-3.434-3.438-3.400-3.442-3.444-3.447-3.449-3.452加KCl后：时间t/s250260270280温差/℃-2.202-1.220-1.107-1.109T=17.35℃时间t/s310340370400430460490510温差/℃-1.584-1.621-1.652-1.680-1.708-1.730-1.754-1.780-6-5-4-3-2-100100200300400500600700时间t温差℃由图可知：T=1.89℃:△solHm（KCl）=18933J/mol；C1=4200J/kg·℃C2=699000J/kg·℃;M（KCl）=0.0745kg/mol；m1=0.25kg；m2=0.0051774kg由△solHm=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2得：C=-4673.7898J/KKNO3溶解过程中数据记录：KNO3质量：3.510g平均温度:18.735℃未加KNO3之前：t=19.11℃时间t/s306090120150180210240温差/℃-3.295-3.294-3.295-3.296-3.299-3.300-3.301-3.303加KNO3后：时间t/s250260270280温差/℃-4.406-4.427-4.459-4.506t=18.36℃时间t/s310340370400430460490520温差/℃-5.303-5.301-5.298-5.296-5.284-5.271-5.265-5.264-6-5-4-3-2-100100200300400500600700时间t温差℃由图可知：T=0.75℃;C=-1049.9943J/K;C1=4202J/kg·℃C2=894900J/kg·℃;M（KNO3）=0.103kg/mol；m1=0.25kg；m2=0.0035112kg由△solHm=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2得:△solHm(KNO3)=23.45123kJ/mol七、实验问题讨论1.样品颗粒的大小和浓度，对溶解焓测定有什么影响？答：粒度太大不好溶解要受影响，溶解过程过长温差变化过小，就会产生误差；浓度太大也是影响到溶解速度的，时间太长温差数值变化过大，溶解焓的测定就不准了。2.本实验产生误差的原因有哪些？答：本实验有误差，可能由于试剂颗粒过大，加入试样于量热计中没有迅速盖好，实验结束后试样没有全部溶解完等。3.温度和浓度对积分溶解焓有无影响？答：有影响；通过△solHm=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2可知温度对溶解焓有影响，而浓度过大相应的温差变化快，从而影响实验。此外，影响溶解焓的因素还有压力、溶质、溶剂的性质以及用量等。4.在本实验中，为什么要用作图外推法求溶解过程的真实温差？答：由于实验过程中搅拌操作提供了一定的热量，而且系统也并非严格的绝热系统，此在盐类的溶解过程中，难免与环境有微小的热交换。为了消除这些影响，求出溶解前后系统的真实温度变化T，所以采用作图外推法求真实温差。5.使用ZT-2C型精密数字温差测量仪时，在测定温差过程中不可再按“基温设定”按键，否则会使已设定基温发生变化，造成测定结果出现错误。6.加入试样于杜瓦瓶中后应迅速盖上，刚开始时读取温度(或温差)要密一些，此后逐渐增大时间间隔。7.欲得到准确的实验结果，必需保证试样全部溶解，且操作和处理数据的方法正确。温度传感器必要时进行校正。实验二、液体饱和蒸气压的测定一、实验名称：液体饱和蒸气压的测定二、实验目的：1、明确液体饱和蒸气压的定义，了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系以及克劳修斯-克拉佩龙方程的意义。2、掌握用静态测定液体饱和蒸气压的方法，学会用图解法求被测液体在实验温度范围内的平均摩尔气化焓。3、初步掌握真空实验技术，了解恒温槽及等压计的使用方法。三、实验原理：在真空密闭容器中，液体很快和它的蒸气建立动态平衡（蒸气分子向液面凝结和液体分子从液面逃逸的速率相等）。此时液面上的蒸气压力就是液体在此温度时的饱和蒸气压。蒸发1mol液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化焓。液体的蒸气压与温度有关。温度升高，分子运动加剧，单位时间内从液面逸出的分子数增多，蒸气压增大；反之，温度降低时，蒸气压减小。当蒸气压等与外界压力时，液体沸腾，此时的温度称为沸点。当外压为1atm（即101.325kpa）时液体的沸点称为该液体的正常沸点。液体的饱和蒸气压与温度的关系用克拉佩龙方程表示：mmvapVTHdTdP式中，)()(lVgVVmmm由于)(gVm远远大于)(lVm故)(gVVmm。将气体是为理想气体，得：2RTHpdTdPmvap假定mvapH与温度无关，或因温度变化范围较小，mvapH可以近似视为常数，积分上式，得：CRTHpPPmvap][ln式中，P为液体在温度t时的蒸气压；[P]为压力p的量纲，即pa；C积分常数。此式可以看出，测定不同温度T下液体的蒸气压p，以][lnPP对1/T作图，应为一直线，斜率为RHmvap，由直线斜率可求算液体的蒸发摩尔焓mvapH。测定饱和蒸气压的方法有三种：静态法，即在不同温度下直接测定液体的饱和蒸气压。动态法，即在不同外界压力下测定其沸点。饱和气流法，该法是使干燥的惰性气流通过测定物质，并控制气流流速使其为被测物质所饱和。然后测定所通过的气体中被测物质蒸气的含量，就可根据分压定律算出被测物质的饱和蒸气压。四、实验仪器与试剂：饱和蒸气压测量装置教学实验仪(9DPCY-2C)1套（包括恒温水槽1台、等压计1支、数字压力计1台）；真空泵1台及附件；精密温度温差测量仪（JTD-2A）1台；乙醇（AR）五、实验步骤：1.从气压计读取大气压，并记录。2.装样。将乙醇溶液通过等压计的加样口12装入等压计，使试样球9内的乙醇约占小球体积的2/3，同时保证U形管内含有一定量的乙醇，将等压计放入恒温水槽中，然后按图（P160)接好仪器。3.打开饱和蒸气压测定教学试验仪电源开关，预热5min后，调量纲旋钮至“kpa”档。使饱和蒸气压测定教学实验仪通大气，再按下“清零”键。4.检查系统是否漏气。5.测定室温下乙醇的饱和蒸气压。关闭稳压包的增压阀（进气阀），打开真空包的减压阀（抽气阀），开启真空泵约5min，将系统中的空气抽出，这时试样球与U形管之间的空气呈气泡状通过U形管中的液体逸出。当发现气泡成串逸出时，可迅速关闭缺抽气阀门3（若沸腾不能停止，可缓缓打开增压阀，使少许空气进入系统），至乙醇开始沸腾，关闭减压阀，待乙醇沸腾1~2min后，缓慢开启增压阀放入空气，直至等压计U形管两端液面平齐，迅速关闭增压阀，记录此时恒温槽水浴的温度t，及饱和蒸气压教学实验仪上的压差值p。根据大气ppp，计算出所测温度下液体的饱和蒸气压p1，并与标准数据比较，误差较大时，需重复此步骤。6.调整恒温水浴温度，使之升高5℃（升温时可看到有气泡通过U形管逸出），待系统恒温后，液体将再次沸腾；在缓慢开启增压阀，缓缓放入空气，直至等压计U形管两端液面平齐。迅速关闭旋塞，记录此时恒温槽水浴的温度即饱和蒸气压教学实验仪上的压差值p及水浴温度t，计算出所测温度下液体的蒸气压p2。7.重复5、6步骤，每次使恒温槽水浴升温5℃，重复操作，测定乙醇在不同温度下的蒸气压，直至温度到55℃左右为止。要求记录6~8组温度-压差数据。8.实验结束后，打开阀门3、4，使系统与大气相通。关闭教学实验仪、恒温水槽的开关，将系统排空，然后关闭真空泵。六、实验数据记录与处理1.设计实验数据记录表，记录原始数据并计算ln（p/[p]）和1/T。温度：16.6℃大气压：88.38KPa温度t/℃303540455055压差p/KPa-76.78-69.28-67.86-63.96-56.92-54.45饱和蒸气压p*/KPa11.619.120.5224.4231.4633.93lnp*2.452.953.023.203.453.521/T（K）0.003300.003250.003190.003140.003090.003002.以lnp*对1/T作图，由直线的斜率求出mvapH*。由图知：斜率K=0.2402.；因为K=-RHmvap*所以mvapH*=-KR=-0.2402x8.3145=-1.997J/mol七、实验问题讨论1.本实验产生的误差因素有哪些？答：当地大气压、判断液面是否相平的标准、液面相平时数据的采集都会对实验结果造成影响。2.为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？答：如果不与大气相通，球管内的液体可能会被吸入到缓冲储气罐。3.如何判断等压计中的气体和液体已达气液平衡？答：待等压计中B、C两管中的液面相平即可。4.实验测定时放入空气太多会出现什么情况？出现这种情况应当怎么办？答：出现空气倒灌。重新将压力调至-90KPa左右抽气3min后继续测定。5.本实验是如何测定一定温度下液体饱和蒸气压的。答：打开恒温控制仪开关和搅拌、加热水浴开关，（设置水浴温度为35℃）当水浴温度恒定至30℃时，这时B、C两管液面不处于同一水平面，缓慢打开阀1让系统通大气，当B、C两管液面处于同一水平时，同时记录下温度和压差。（p大气pp）6.实验开始前为什么要将压力计采零？如何由压力计读数计算液体的饱和蒸气压？答：为了消除仪表系统的零点漂移。根据校正公式：Ho=Hz(1-0.000163t)(Pa)7.实验开始时抽气