《物理化学实验》课程电子教案（实验指导，共十个）

实验一纯液体饱和蒸气压的测定一、实验目的1.了解纯液体饱和蒸气压的含义，掌握测定饱和蒸气压的方法；2.了解平衡管的结构和作用，掌握用等压计测量纯液体的饱和蒸气压的方法；3.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热与正常沸点。二、实验原理克拉贝龙方程式：dP/dT=Hvap.m/(T Vm)设蒸气为理想气体，忽略液体体积，对上式积分可得克一克方程式：lgP=-△Hvap.m/2.303RT+C式中：P为液体在温度T时的饱和蒸气压，C为积分常数。根据克一克方程，以1gP对1/T作图，得斜率m=-△Hvap.m/2.303R,由此可求得Hvap.m本实验采用静态法以等压计在不同温度下测定乙醇的饱和蒸气压。在一定温度下，若等压计小球液面上方仅有被测物质的蒸气，那么U形管右支管液面上所受压力就是其蒸气压。当这个压力与U形管左支管液面上的空气压力相平衡时（U形管两臂液面齐平），就可从等压计相接的压差测量仪中测出此温度下的饱和蒸气压。12换轴气系压力计成压福分

实验一 纯液体饱和蒸气压的测定 一、实验目的 1. 了解纯液体饱和蒸气压的含义，掌握测定饱和蒸气压的方法； 2. 了解平衡管的结构和作用，掌握用等压计测量纯液体的饱和蒸气压的方 法； 3. 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热与正常沸 点。 二、实验原理 克拉贝龙方程式： dP/dT =ΔHvap.m/(TΔVm) 设蒸气为理想气体，忽略液体体积，对上式积分可得克—克方程式： lgP=-ΔHvap.m/2.303RT+C 式中：P 为液体在温度 T 时的饱和蒸气压，C 为积分常数。 根据克—克方程，以 lgP 对 1/T 作图，得斜率 m=-ΔHvap.m/2.303R,由此可求 得ΔHvap.m。 本实验采用静态法以等压计在不同温度下测定乙醇的饱和蒸气压。在一定温 度下，若等压计小球液面上方仅有被测物质的蒸气，那么 U 形管右支管液面上 所受压力就是其蒸气压。当这个压力与 U 形管左支管液面上的空气压力相平衡 时（U 形管两臂液面齐平），就可从等压计相接的压差测量仪中测出此温度下的 饱和蒸气压

三、实验步骤1.由气压计读取实验室大气压；2.接通冷却水，认识系统中各旋塞的作用。开启进气旋塞使系统与大气相通；压力计采零，大气压被视为零值看待。3.系统检漏。开启真空泵，2分钟后开启抽气旋塞，关闭进气旋塞，使系统减压至约-92kPa，关闭抽气旋塞和平衡阀，调节进气阀使平衡管中液面相平。系统若在5分钟之内压差不变，则说明系统不漏气；4插上加热器、控制器、搅拌器的电源，开动搅拌器，打开控制器电源开关，调节温度控制旋钮至25℃，使水浴升温：5.在水浴升温过程中不断调节进气阀和平衡阀，尽量使平衡管中两液面不要相差太大，水浴温度升至25℃后，精确读取水浴温度。缓慢旋转进气旋塞，使平衡管中二液面等高，读取DP-AF压力测定仪上显示的压力：6.分别测定25、30、35、40、45、50、55、60℃液体的饱和蒸气压；7.实验完毕，断开电源、待乙醇冷却后关闭水源；所有阀恢复原位，整理好仪器。四、数据处理1.计算各温度对应的实际压力；2.根据实验数据作出lgP一1/T图；3.计算无水乙醇的正常沸点和△Hvap.m。文献值：乙醇摩尔蒸发饸=42.59kJ-mol-1，乙醇正常沸点为78.4℃五、注意事项1.抽真空前后，与真空泵连接的安全瓶，都要通大气。2.严格控制抽真空的速度，不可过快。观察U型管气泡不要成串。，连续均匀的气泡即可。3.实验结束后，缓冲罐一定要通入空气，防止封闭液体过多流入球内。六、误差产生的原因：1.空气未排尽，使得乙醇蒸气不纯，使得测出的蒸发存在误差。2.抽气和放气太快，C管中的乙醇被抽调或B管中的乙醇倒流A管中。3.调平衡时观察产生的误差，读数时系统没有完全平衡

三、实验步骤 1．由气压计读取实验室大气压； 2．接通冷却水，认识系统中各旋塞的作用。开启进气旋塞使系统与大气相 通；压力计采零，大气压被视为零值看待。 3．系统检漏。开启真空泵，2 分钟后开启抽气旋塞，关闭进气旋塞，使系 统减压至约-92kPa，关闭抽气旋塞和平衡阀，调节进气阀使平衡管中液面相平。 系统若在 5 分钟之内压差不变，则说明系统不漏气； 4．插上加热器、控制器、搅拌器的电源，开动搅拌器，打开控制器电源开 关，调节温度控制旋钮至 25℃，使水浴升温； 5．在水浴升温过程中不断调节进气阀和平衡阀，尽量使平衡管中两液面不 要相差太大，水浴温度升至 25℃后，精确读取水浴温度。缓慢旋转进气旋塞， 使平衡管中二液面等高，读取 DP-AF 压力测定仪上显示的压力； 6．分别测定 25、30、35、40、45、50、55、60℃液体的饱和蒸气压； 7．实验完毕，断开电源、待乙醇冷却后关闭水源；所有阀恢复原位，整理 好仪器。 四、数据处理 1．计算各温度对应的实际压力； 2．根据实验数据作出 lgP—1/T 图； 3．计算无水乙醇的正常沸点和ΔHvap.m 。 文献值：乙醇摩尔蒸发焓=42.59 kJ·mol-1，乙醇正常沸点为 78.4℃ 五、注意事项 1.抽真空前后，与真空泵连接的安全瓶，都要通大气。 2.严格控制抽真空的速度，不可过快。观察 U 型管气泡不要成串。，连续均 匀的气泡即可。 3.实验结束后，缓冲罐一定要通入空气，防止封闭液体过多流入球内。 六、误差产生的原因： 1.空气未排尽，使得乙醇蒸气不纯，使得测出的蒸发焓存在误差。 2.抽气和放气太快，C 管中的乙醇被抽调或 B 管中的乙醇倒流 A 管中。 3.调平衡时观察产生的误差，读数时系统没有完全平衡

七、提问思考用此装置可以很方便地研究各种液体，如苯、二氯乙烯、四氯化碳、水、正丙醇、异丙醇、丙酮和乙醇，这些液体中多是易燃的，在加热时应该注意什么问题？

七、提问思考 用此装置可以很方便地研究各种液体，如苯、二氯乙烯、四氯化碳、水、正 丙醇、异丙醇、丙酮和乙醇，这些液体中多是易燃的，在加热时应该注意什么问 题？

实验二燃烧热的测定一、实验目的1.掌握燃烧热的定义，了解恒压燃烧热和恒容燃烧热的差别及相互关系；2.掌握氧弹式量热计的使用方法3.学会用已知样品苯甲酸测定未知样品蔗糖的方法。二、实验原理在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确测定他们的燃烧热创造了有利条件。用氧弹量热计进行实验时，在量热计与环境没有热交换的情况下，实验时保持水桶中水量一定，可写出如下的热量平衡式：-Qxa-q1×b+q2×c=K△t(1)式中：Qv一被测物质的定容热值，J/g；a一被测物质的质量，g；q1一引火丝的热值，J/g(镍丝为-3243J/g)；b一烧掉了的引火丝质量，g；q2，棉纱线的热值(铁丝为-6694J/g)；c，棉纱线的质量，g；K一量热计常数，J/K，△t一与环境无热交换时的真实温差，K。标准燃烧热是指在标准状态下，1mol物质完全燃烧成同一温度的指定产物的恰变化，以△cH°m表示。在氧弹量热计中可得物质得定容摩尔燃烧热△.Um。如果将气体看成是理想的，且忽略压力对燃烧热的影响，则可由下式将定容燃烧热换算为标准摩尔燃烧热：(2)△cHom=△Um+△nRT式中，△n一燃烧前后气体的物质的量的变化。实际上，氧弹式量热计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃烧后由最低温度达最高温度须一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热交换，因此从温度计上读得的温度就不是真实的温差△t。为此，必须对读得的温差进行校正，即雷诺校正，如图1

实验二 燃烧热的测定 一、实验目的 1. 掌握燃烧热的定义，了解恒压燃烧热和恒容燃烧热的差别及相互关系； 2. 掌握氧弹式量热计的使用方法； 3. 学会用已知样品苯甲酸测定未知样品蔗糖的方法。 二、实验原理 在适当的条件下，许多有机物都能迅速而完全地进行氧化反应，这就为准确 测定他们的燃烧热创造了有利条件。 用氧弹量热计进行实验时，在量热计与环境没有热交换的情况下，实验时保 持水桶中水量一定，可写出如下的热量平衡式： -Qv×a - q1×b+ q2×c = K△t （1） 式中：Qv—被测物质的定容热值，J/g；a—被测物质的质量，g；q1—引火丝 的热值，J/g(镍丝为-3243J/g)；b—烧掉了的引火丝质量，g；q2，棉纱线的热值(铁 丝为-6694J/g)；c，棉纱线的质量，g；K—量热计常数，J/K，△t—与环境无热 交换时的真实温差，K。 标准燃烧热是指在标准状态下，1mol 物质完全燃烧成同一温度的指定产物 的焓变化，以△cHφm 表示。在氧弹量热计中可得物质得定容摩尔燃烧热△cUm。 如果将气体看成是理想的，且忽略压力对燃烧热的影响，则可由下式将定容燃烧 热换算为标准摩尔燃烧热： △cHφm =△cUm +△nRT （2） 式中，△n—燃烧前后气体的物质的量的变化。 实际上，氧弹式量热计不是严格的绝热系统，加之由于传热速度的限制，燃 烧后由最低温度达最高温度须一定的时间，在这段时间里系统与环境难免发生热 交换，因此从温度计上读得的温度就不是真实的温差△t。为此，必须对读得的 温差进行校正，即雷诺校正，如图 1

DG温度温度HLIAH-iAa时间时间AtAt图1绝热较差（左）和绝热良好（右）的雷诺校正图从（1）式可知，要测得样品的Qv，必须知道仪器常数K。测定的方法是以一定量的已知燃烧热的标准物质（本实验用苯甲酸）在相同条件下进行实验，并算出△t校正后，就可按（1）式算出K值。三、实验步骤1.测定量热计水当量CL温差测定仪9图2氧弹卡计结构图(1).用台秤称取0.8克左右苯甲酸，压片，用分析天平准确称量；(2).将压好的片装入氧弹中，并充入大约1.5~2Mpa的氧气；

从（1）式可知，要测得样品的 Qv，必须知道仪器常数 K。测定的方法是以 一定量的已知燃烧热的标准物质（本实验用苯甲酸）在相同条件下进行实验，并 算出△t 校正后，就可按（1）式算出 K 值。 三、实验步骤 1．测定量热计水当量 C (1).用台秤称取 0.8 克左右苯甲酸，压片，用分析天平准确称量； (2).将压好的片装入氧弹中，并充入大约 1.5~2Mpa 的氧气；

(3).准确量取2500mL自来水装入干净的内桶中，并放入保温外桶中央，将氧弹小心地放入内桶水中，装好搅拌马达，并检查搅拌器，温度温差仪。在氧弹两电极上接上点火导线，盖好盖子，开动搅拌器，如图2，同时测定环境温度。(4).开动搅拌器，待温度变化基本稳定上升后，采零，并采集数据。每隔1min读取一次温度（准确读至0.001℃）；10~12min后，按下点火按键约5s，每隔10min读取一次温度，直至两次读数差值小于0.005℃；然后读数间隔恢复1min，继续约12min后方可停止实验。2.蔗糖（或萘）的燃烧焰的测定准确称取0.8克左右的蔗糖（或0.6克左右的萘），按步骤1的方法测定。四、数据处理恒温温度：—气压：—1.列出温度读数记录表格，在直角坐标纸上作图，用外推法计算△t校正，计算量热计常数。2.计算蔗糖的标准摩尔燃烧热△cH°m，并与文献值比较，计算其误差。苯甲酸的燃烧热为-26460J/g，引燃镍丝的燃烧热值为-3243J/g，镍丝重0.1g。五、注意事项（1）试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前期处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，保证不至于引起爆炸性燃烧、残剩黑糊等。（2）点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题，引燃镍丝中部的螺旋部分要紧贴样品片表面。（3）充足氧（2MPa）并保证氧弹不漏气，保证充分燃烧，燃烧不完全，还时常形成灰白相间如散棉絮状。（4）注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生误点火。（5）氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。（6）实验后剩余的镍丝也需精确称量。六、误差分析热量器虽然有诸多绝热措施，但仍与环境有一定的热交换；在称量总质量到燃烧中间有很长一段时间，如果压片稍有松动则可能部分脱落而无法完全点燃

(3).准确量取 2500mL 自来水装入干净的内桶中，并放入保温外桶中央，将 氧弹小心地放入内桶水中，装好搅拌马达，并检查搅拌器，温度温差仪。在氧弹 两电极上接上点火导线，盖好盖子，开动搅拌器，如图 2，同时测定环境温度。 (4). 开动搅拌器，待温度变化基本稳定上升后，采零，并采集数据。每隔 1min 读取一次温度（准确读至 0.001℃）；10~12min 后，按下点火按键约 5s， 每隔 10min 读取一次温度，直至两次读数差值小于 0.005℃；然后读数间隔恢复 1min，继续约 12min 后方可停止实验。 2．蔗糖（或萘）的燃烧焓的测定 准确称取 0.8 克左右的蔗糖（或 0.6 克左右的萘），按步骤 1 的方法测定。 四、数据处理 恒温温度：＿＿气压：＿＿ 1．列出温度读数记录表格，在直角坐标纸上作图，用外推法计算△t 校正，计 算量热计常数。 2．计算蔗糖的标准摩尔燃烧热△cHφm，并与文献值比较，计算其误差。 苯甲酸的燃烧热为-26460J/g，引燃镍丝的燃烧热值为-3243J/g，镍丝重 0.1g。 五、注意事项 （1）试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前期处理，潮湿样品不易燃烧 且有误差。一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，保证不至于引起爆炸 性燃烧、残剩黑糊等。 （2）点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问 题，引燃镍丝中部的螺旋部分要紧贴样品片表面。 （3）充足氧（2MPa）并保证氧弹不漏气，保证充分燃烧，燃烧不完全，还 时常形成灰白相间如散棉絮状。 （4）注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能， 极易发生误点火。 （5）氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。 （6）实验后剩余的镍丝也需精确称量。 六、误差分析 热量器虽然有诸多绝热措施，但仍与环境有一定的热交换；在称量总质量到 燃烧中间有很长一段时间，如果压片稍有松动则可能部分脱落而无法完全点燃

导致放出的热量偏小；操作时是裸手，可能会有油脂附着在样品和燃火丝表面影响放热量；装入的水量较大，量取时不能保证两次实验绝对相等，可能产生一定的相对误差。七、提问思考1.固体样品为什么要压成片状？2.在量热学测定中，还有哪些情况需要用到雷诺温度校正方法？3.如何用蔗糖的燃烧热数据来计算蔗糖的标准生成热？

导致放出的热量偏小；操作时是裸手，可能会有油脂附着在样品和燃火丝表面影 响放热量；装入的水量较大，量取时不能保证两次实验绝对相等，可能产生一定 的相对误差。 七、提问思考 1．固体样品为什么要压成片状？ 2．在量热学测定中，还有哪些情况需要用到雷诺温度校正方法？ 3．如何用蔗糖的燃烧热数据来计算蔗糖的标准生成热？

实验三二组分金属相图一、实验目的1.了解相、相平衡、步冷曲线、低共熔物等基本概念；2.掌握热分析法的测量技术；3.熟悉金属相图的绘制方法，并掌握金属相图各区、各点的含义。二、实验原理金属相图即金属的熔点一组成图，可根据不同组成合金的步冷曲线求得。将一种合金或金属熔融后，使之逐渐冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间的关系曲线称为步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相的变化，其温度将连续均匀下降，得到一条平滑的冷却曲线；如在冷却过程中发生了相变，则因放出相变热，使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。对于简单低共熔二元体系，如用自动记录仪连续记录体系逐步冷却的温度，则记录仪上所得的曲线就是步冷曲线。对Bi一Cd体系，分别测含Cd0%、20%、40%、60%、80%、100%六个组成的样品的步冷曲线，据步冷曲线作出金属相图。三、实验步骤1.连接数字控温仪、可控升降温电炉与电脑；2.将温度传感探头放在样品管外的炉膛中，将配置好的Bi一Cd混合样品管放在加热电炉中加热高于估计熔点40℃，停止加热，待控温仪的示数开始下降约20℃时，点击金属相图软件中绘制步冷曲线的“开始绘图”按钮；3.步冷曲线绘制完毕后，点击“停正绘图”按钮；4.从步冷曲线上读取拐点和平台温度，并标记组分含量；5.同上测量其样品；6.实验完毕，关机，关闭电源。四、数据处理恒温温度：气压：1找出各种组成合金的步冷曲线上的转折点、平台，并确定它们的温度；

实验三 二组分金属相图 一、实验目的 1. 了解相、相平衡、步冷曲线、低共熔物等基本概念； 2. 掌握热分析法的测量技术； 3. 熟悉金属相图的绘制方法，并掌握金属相图各区、各点的含义。 二、实验原理 金属相图即金属的熔点—组成图，可根据不同组成合金的步冷曲线求得。将 一种合金或金属熔融后，使之逐渐冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度 与时间的关系曲线称为步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相的变化，其 温度将连续均匀下降，得到一条平滑的冷却曲线；如在冷却过程中发生了相变， 则因放出相变热，使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折 点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。对于简单低共熔二元体系，如用 自动记录仪连续记录体系逐步冷却的温度，则记录仪上所得的曲线就是步冷曲 线。 对 Bi—Cd 体系，分别测含 Cd 0%、20%、40%、60%、80%、100%六个组 成的样品的步冷曲线，据步冷曲线作出金属相图。 三、实验步骤 1．连接数字控温仪、可控升降温电炉与电脑； 2. 将温度传感探头放在样品管外的炉膛中，将配置好的 Bi—Cd 混合样品管 放在加热电炉中加热高于估计熔点 40℃，停止加热，待控温仪的示数开始下降 约 20℃时，点击金属相图软件中绘制步冷曲线的“开始绘图”按钮； 3．步冷曲线绘制完毕后，点击“停止绘图”按钮； 4．从步冷曲线上读取拐点和平台温度，并标记组分含量； 5．同上测量其样品； 6．实验完毕，关机，关闭电源。 四、数据处理 恒温温度：＿＿气压：＿＿ 1．找出各种组成合金的步冷曲线上的转折点、平台，并确定它们的温度；

2.根据各转折点和平台的温度及合金的成分，绘制Cd-Bi体系相图，并确定低共熔点及其成分。五、注意事项1.要控制好冷却速度，冷却速度不能太快；2.每次熔化后要将合金搅拌均匀。3.要防止合金氧化变质。六、提问思考1.金属熔融体冷却时却曲线上为什么会出现转折点？纯金属、低共熔金属及合金等的转折点各有几个？曲线形状为何不同？2.用此装置可以很方便地研究各种液体，如苯、二氯乙烯、四氯化碳、水、正丙醇、异丙醇、丙酮和乙醇，这些液体中多是易燃的，在加热时应该注意什么问题？3.如果合金组成进入固熔体区，则步冷曲线该是什么形状？

2．根据各转折点和平台的温度及合金的成分，绘制 Cd-Bi 体系相图，并确 定低共熔点及其成分。 五、注意事项 1. 要控制好冷却速度，冷却速度不能太快； 2. 每次熔化后要将合金搅拌均匀。 3．要防止合金氧化变质。 六、提问思考 1．金属熔融体冷却时却曲线上为什么会出现转折点？纯金属、低共熔金属 及合金等的转折点各有几个？曲线形状为何不同？ 2．用此装置可以很方便地研究各种液体，如苯、二氯乙烯、四氯化碳、水、 正丙醇、异丙醇、丙酮和乙醇，这些液体中多是易燃的，在加热时应该注意什么 问题？ 3．如果合金组成进入固熔体区，则步冷曲线该是什么形状？

实验四原电池电动势的测定及其应用一，实验目的：1.学会铜电极、锌电极的制备和处理方法。2.掌握电势差计的测量原理和测定电池电动势的方法。3.加深对原电池、电极电势等概念的理解。二.实验原理：1电池电动势不能用伏特计直接测量。因为当伏特计与电池接通后，由于存在电流I，使电动势值发生变化：另一方面，由于电池本身存在内电阻，所以伏特计所量出的只是两极的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过时的电势降才是电池真正的电动势。4V8=I (R内+R外)伏特计测量：U=IR外U=R外/（R内+R外）当R外→00，I→0，U/~1,U=8电势差计就是利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在电池无电流（或极小电流）通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。2.电势差计的测量原理：电势差计的示意图如图所示：EEx2k.1XGRxARB当转换开关K合至1，调节r，使检流计G中无电流通过，此时标准电池EN和标准电池的补偿电阻RN两端的电势分别相等，此时有下列关系：EN=IRN

实验四 原电池电动势的测定及其应用 一．实验目的： 1. 学会铜电极、锌电极的制备和处理方法。 2. 掌握电势差计的测量原理和测定电池电动势的方法。 3. 加深对原电池、电极电势等概念的理解。 二．实验原理： 1． 电池电动势不能用伏特计直接测量。因为当伏特计与电池接通后，由于 存在电流 I，使电动势值发生变化；另一方面，由于电池本身存在内电阻，所以 伏特计所量出的只是两极的电势降，而不是电池的电动势。只有在没有电流通过 时的电势降才是电池真正的电动势。  = I（R 内+R 外） 伏特计测量：U=IR 外 U/ = R 外 /（R 内 + R 外） 当 R 外→，I→0，U/  1，U   电势差计就是利用对消法原理进行电势差测量的仪器，即能在电池无电流 （或极小电流）通过时测得其两极的电势差，这时的电势差就是电池的电动势。 2．电势差计的测量原理： 电势差计的示意图如图所示： 当转换开关 K 合至 1，调节 r，使检流计 G 中无电流通过，此时标准电池 EN 和标准电池的补偿电阻 RN 两端的电势分别相等，此时有下列关系： EN = IRN