物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 電動(dòng)勢(shì)法測(cè)熱力學(xué)函數(shù)一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1、簡(jiǎn)單畫出甘汞電極和Ag-AgCl電極的簡(jiǎn)圖，并標(biāo)明主要部分的名稱。2、寫出甘汞電極和Ag-AgCl電極組成的原電池的表達(dá)式，并通過(guò)查表說(shuō)明在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，哪個(gè)電極為正，哪個(gè)電極為負(fù)。3、電極的電位是如何測(cè)得的？二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目測(cè)定溫度（oC）電池電動(dòng)勢(shì)（mV）T1T22、計(jì)算rGm (298K)、rSm (298K)、rHm (298K)三、思考題1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果恒溫時(shí)間不足，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？2、為什么實(shí)驗(yàn)中要使用對(duì)消法來(lái)測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)？四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 有機(jī)二元相圖的

2、繪制一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1、簡(jiǎn)述塔曼三角形方法的原理。2、簡(jiǎn)述二組分體系相圖有哪幾種典型的類型。3、畫出處于共晶配比的二元凝聚體系的步冷曲線，并簡(jiǎn)單解釋。二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930

3、313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）

4、樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）樣品組分比例：時(shí)間123456789溫度（oC）時(shí)間101112131415161718溫度（oC）時(shí)間192021222324252627溫度（oC）時(shí)間282930313233343536溫度（oC）時(shí)間373839404142434445溫度（oC）2、繪制相圖ToC 步冷曲線 t 萘（0%） w% 苯酐（0%）三、思考題1、如果樣品在

5、加熱或者冷卻過(guò)程中發(fā)生了氧化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響嗎？為什么？2、在冷卻時(shí)，冷卻的速度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么樣的影響？3、通過(guò)觀察，簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)分別位于共晶組分兩邊的樣品在冷卻時(shí)在現(xiàn)象上有什么不同？四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)一 電動(dòng)勢(shì)法測(cè)熱力學(xué)函數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)利用電位差計(jì)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)的方法；2、鞏固由電動(dòng)勢(shì)求化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)常數(shù)G、S、H的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、學(xué)習(xí)使用電位差計(jì)的操作方法；2、測(cè)定化學(xué)反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)； 3、利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)rGm (298K)、rSm (298K)、rHm (298K)。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料UJ-33a便攜式電位差計(jì)一臺(tái)恒溫裝置一套甘汞電極Ag-AgCl電極4

6、00ml燒杯一個(gè)0.1mol·L-1 KCl四、實(shí)驗(yàn)原理電池是由兩個(gè)半電池組成的。單獨(dú)一個(gè)電極的電位是無(wú)法測(cè)得或計(jì)算出來(lái)的。只有將一個(gè)電極與另外一個(gè)電極組成電池，令其中的一個(gè)電極為標(biāo)準(zhǔn)，通常是用標(biāo)準(zhǔn)氫電極，以測(cè)得其相對(duì)電位。如果兩個(gè)電極都采用還原電位時(shí)，電池電動(dòng)勢(shì)E為：通常的電池反應(yīng)都是在室溫常壓下進(jìn)行，對(duì)于可逆電池有： （1）其中：Gm：為摩爾自由能變化（J·mol-1） n:電池反應(yīng)的電荷數(shù)E：電池電動(dòng)勢(shì)（V）F：法拉第常數(shù)，其值為96464.56C·mol-1計(jì)算中常用96500（C·mol-1）由熱力學(xué)第一定律可知： （2）而： （3）從上幾式可

7、以看出，只要通過(guò)在定壓下測(cè)出電池的E以及E與T的關(guān)系就可由E求得自由能變化Gm，由E/T可求出S和H。五、UJ-33a型電位差計(jì) 電位差計(jì)可直接用來(lái)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)、電壓、電阻和電流。其主要運(yùn)用的是補(bǔ)償原理，如圖： 電位差計(jì)操作步驟： 1、將“倍率”旋鈕打到合適的倍率上，調(diào)節(jié)檢流計(jì)正下方的“調(diào)零”旋鈕將指針調(diào)零； 2、將面板左下角扳鈕“K2”向上扳，然后迅速調(diào)節(jié)右上角的“粗調(diào)”和“微調(diào)”旋鈕，將指針再次調(diào)零（如果指針總是偏向一個(gè)方向，請(qǐng)檢查電池是否裝反），調(diào)節(jié)好后即完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)步驟，注意此步驟中不可將“K2”長(zhǎng)時(shí)間向上推。 3、將“測(cè)量/輸出”旋鈕打在“測(cè)量”檔上，連接好電極，將扳鈕“K2”向下扳到測(cè)

8、量檔，然后調(diào)節(jié)右下3個(gè)旋鈕使檢流計(jì)指針歸0，記錄下數(shù)據(jù)即完成測(cè)量。多次測(cè)量時(shí)應(yīng)經(jīng)常校準(zhǔn)儀器。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置1）、恒溫水槽2）、0.1mol/LKCl溶液3）、Ag-AgCl電極4）、甘汞電極5）、電位差計(jì)+42135圖一 1- 恒溫水浴 2-0.1mol·L-1 KCl溶液 3- Ag-AgCl電極 4-甘汞電極 5-電位差計(jì)2、恒溫及測(cè)定：按圖一接好后，先在16怛溫30分鐘，用電位差計(jì)（UJ-33a）測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)。記錄數(shù)據(jù)。然后將電池在35以下恒溫30分鐘，重復(fù)上述操作，記錄下35時(shí)的電池電動(dòng)勢(shì)值。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、實(shí)驗(yàn)前必須注意甘汞電極中的電解質(zhì)溶液是否足夠

9、；2、在連接電極和電位差計(jì)時(shí)須注意+、極；3、在對(duì)電池進(jìn)行恒溫水浴時(shí)必須恒溫30分鐘以上，使溫度不再有大的波動(dòng)；4、在操作電位差計(jì)時(shí)要注意力度，主要不要損壞儀器。實(shí)驗(yàn)二 有機(jī)二元相圖繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握相圖的繪制方法；2、掌握步冷曲線與相圖的轉(zhuǎn)化及相圖的含義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)繪制有機(jī)二元組分混合物的步冷曲線；2、通過(guò)觀察步冷曲線的特征繪制二元相圖。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料加熱電爐一臺(tái)（公用）100ml燒杯6個(gè)坩堝鉗一把、石棉網(wǎng)萘、鄰苯二甲酸酐托盤天平四、實(shí)驗(yàn)原理相圖都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，測(cè)定的方法多種多樣，熱分析方法是方便而且準(zhǔn)確的方法之一。不論是固體加熱熔化或液體冷卻結(jié)晶

10、的過(guò)程，或是固態(tài)的一種晶型向另一種晶型轉(zhuǎn)化的過(guò)程，其中都有熱效應(yīng)，或吸收熱或放出熱。熱分析方法就是通過(guò)觀察、測(cè)定體系在加熱或冷卻過(guò)程中溫度的變化，來(lái)研究在金屬合金或熔液中發(fā)生的反應(yīng)。在過(guò)些過(guò)程中，溫度是時(shí)間的函數(shù)，可以做出連續(xù)的曲線，加熱過(guò)程的稱為升溫曲線，冷卻過(guò)程的稱為步冷曲線，通常用步冷曲線來(lái)確定相圖。根據(jù)吉布期相律：f=c-+n其中：f：自由度數(shù)；：體系達(dá)平衡時(shí)的相數(shù)；c ：體系中所含的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)；n：可變強(qiáng)度因素在壓力一定時(shí)，二元體系有：f=2-+1=3-在相數(shù)等于1時(shí)，即單相體系中自由度為2，即溫度組成可變，在相數(shù)為2時(shí)，即兩相共存達(dá)到平衡時(shí)，自由度為1，即只有溫度或組成可變；在相數(shù)

11、為3時(shí)，即三相共存，自由度為零，即此時(shí)的溫度和組成都不改變，具有確定的數(shù)值。本實(shí)驗(yàn)所研究的體系鄰苯二甲酸酐萘二元體系，采用冷卻過(guò)程進(jìn)行分析。將混合物完全熔融后，逐漸冷卻，每隔一段時(shí)間讀一個(gè)數(shù)據(jù)（溫度）。以溫度對(duì)時(shí)間作圖，即得到一條溫度時(shí)間曲線（如圖一至圖三的其中一種）。這種曲線被稱為冷卻曲線或步冷曲線。步冷曲線也可以用熱電偶代替溫試計(jì)，用記錄儀代替人眼讀數(shù)作圖，直接繪出步冷曲線。圖一到圖三是三種類的步冷曲線。圖一是純物質(zhì)的冷卻曲線，當(dāng)熔融后，均勻冷卻，無(wú)相變化時(shí)是一條光滑的曲線，在其凝固點(diǎn)溫度時(shí)，析出結(jié)晶，有相變發(fā)生，依吉布期相律，此時(shí)的f=0，所以，在A點(diǎn)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折而且溫度不隨時(shí)間改變。因此在

12、圖中曲線形成平臺(tái)，當(dāng)體系中的液體全部凝固后，溫度又再重新均勻下降，圖中虛線部分有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象。圖三是低共熔混合物的步冷曲線，由于體系的組成是低溶混合物，在析出固體時(shí)，二種組成同時(shí)析出，依吉布斯相律，此時(shí)的f=0，所以步冷曲線類似于圖一，只是此時(shí)的平臺(tái)溫度不是某一種組分的凝固點(diǎn)，而是二者的混合凝固溫度，即低共熔點(diǎn)溫度。圖二是二元體系非共熔點(diǎn)的情況，在冷卻初期，析出第一種低凝固點(diǎn)組分的固體，由于凝固熱抵消了部分冷卻過(guò)程中的熱損失，所以冷卻速度變慢，出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)C，由于一種組分不斷析出，導(dǎo)致液體的組成變化，當(dāng)組成達(dá)到低共熔組成時(shí)，第二種組分也同第一種組分一起，按照液體組成比例一同析出，此時(shí)f=

13、0，出現(xiàn)平點(diǎn)，當(dāng)液體全部凝固后、溫度又再繼續(xù)均勻下降。圖四是由步冷曲線上的點(diǎn)與相圖上的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，即依據(jù)步冷曲線繪制相圖的過(guò)程。用熱分析法測(cè)繪相圖時(shí)，被測(cè)體系必須是處于平衡狀態(tài)或是接近于平衡狀態(tài)，因此冷卻的速度必須足夠的慢，這樣才能保證得到較為理想的結(jié)果。對(duì)圖中的M、N及低共熔點(diǎn)的確定方法采用塔曼三角形法。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)藥品編 號(hào)123456萘（g）1086420鄰苯二甲酸酐（g）0246810 根據(jù)上表分別稱取相應(yīng)質(zhì)量的藥品放在貼有標(biāo)簽的燒杯中，標(biāo)簽與藥品編號(hào)對(duì)應(yīng)。2、將1號(hào)燒杯分別在加熱板上加熱,直至藥品完全熔融,加熱時(shí)需在燒杯口處蓋上表面皿,防止藥品揮發(fā)過(guò)快導(dǎo)致組分發(fā)生變化。3、將藥品已經(jīng)熔融的燒杯迅速轉(zhuǎn)移到石棉網(wǎng)上，插入溫度計(jì)，溫度計(jì)的玻璃泡要浸沒(méi)在藥品以下。4、待溫度計(jì)的