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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除实验二 凝固点下降法测定摩尔质量一、 实验目的：1.通过实验，熟悉用凝固点下降法测定溶质的摩尔质量的方法，加深对稀溶液依数性的理解；2.掌握溶液凝固点的测量技术。二、 实验原理：溶液的液相与溶剂的固体成平衡时的温度称为溶液的凝固点。在溶液浓度很稀时，溶液凝固点降低值仅取决于所含溶质分子的数目，凝固点下降是稀溶液依数性的一种表现。凝固点下降法测定化合物的摩尔质量是一个简单而又较为准确的方法。若一难挥发的非电解质物质溶于纯液体中形成一种稀溶液，则此液的凝固点降低值与溶质的质量摩尔浓度成正比，即： (5-1)式中：T0、T分别为纯溶剂和溶液的凝固点；m
2、B、mA分别为溶质、溶剂质量，M为溶质的摩尔质量；Kf为溶剂的凝固点降低常数，其值与溶剂的性质有关，以水作溶剂，则为1.86。由于过冷现象的存在，纯溶剂的温度要降到凝固点以下才析出固体，然后温度再回升到凝固点。溶液冷却时，由于随着溶剂的析出，溶液浓度相应增大，故凝固点随溶剂的析出而不断下降，在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段，一般地，溶液的凝固点应从冷却曲线上待温度回升后外推而得。因此，测定过程中应设法控制适当的过冷程度。二、 仪器和试剂：仪器和材料：数字式精密温差测定仪；凝固点测定管；800mL、250mL烧杯各一只，移液管50mL、10mL各一支；保温瓶（内有棉絮适量）一只；干燥器，放大
3、镜一只，温度计（20）一支。药品：尿素（A.R.）；NaCl。四、实验步骤：1用分析天平称取0.2500.300g的尿素二份，置于干燥器内。2将适量食盐，碎冰及水放入大烧杯中混合为冷浴，准确汲取60mL蒸馏水注入清洁干燥的凝固点管，并将其置于冷浴内。3按图装好搅拌器，数字式精密温差测定仪的探头应位于管中心，并保持冷浴温度在-2-3左右。4调节温差测定仪，数字显示为“0”左右。5. 用搅拌器不断搅拌液体，注意切勿使搅拌器与探头相摩擦，仔细观察温度变化情况，温度降低一定值，有冰析出，从冰浴中取出凝固点管，迅速擦干管外部，将其放入存有棉花的保温瓶内，四周用棉花裹住，缓慢均匀搅拌液体。温度在一定时间内
4、保持不变时，即已达水的凝固点，记下此温度，作为水的近似凝固点。取出测定管以手温之，管中冰融化，重置冷浴中测定，当温度降至高于近似凝固点0.5时迅速取出凝固点管，擦干，将其放入存有棉花的保温瓶内，四周用棉花裹住，缓慢均匀搅拌液体。当温度降至接近凝固点时，迅速搅拌，以防过冷超过0.5。冰析出后，温度回升时改为缓慢搅拌，直至稳定，此温度为水的凝固点。重复三次，三次测定结果偏差不超过0.004。6取出测定管，使管中冰融化，加入第一份试样，使之全部溶解。测定溶液的凝固点的方法与测纯溶剂相同。不同的是，温度回升至最高温度后又下降，溶液凝固点是取过冷后回升所达到的最高温度（最好将冷却曲线外推）。如此重复三次
5、后，再加入第二份试样，同样进行测定。 五、数据处理：室温 25 ；大气压 101.15 kPa纯水体积60mL纯水温度25纯水密度0.9970g/cm3纯 水 量59.82g样品“1”重0.2869g样品“2”重0.2618g编 号凝 固 点 ()123平 均溶 剂0.0230.0220.0220.022溶液“1”-0.128-0.128-0.127-0.128溶液“2”-0.263-0.266-0.265-0.265根据公式1. 溶液“1”：T0=0.022，T= -0.128，T= 0.150又w1=0.2869g则M1=1.86(10000.2869)/（600.150）= 59.29
6、（g/mol）百分误差：（60-59.29）/60 100= 1.18（尿素分子量 ：60）2. 溶液“2”：T0=0.022，T= -0.109，T= 0.131 又w2= 0.2618g则M2= 1.86 (10000.2618)/（600.131）= 61.95百分误差 (61.95- 60)/60 100= 3.25六、注意事项：1. 盐水冰浴的温度应不低于待测溶液凝固点3。2. 测定溶液凝固点过程中，要注意防止过冷温度超过0.5，否则所得凝固点将偏低，影响分子量测定的结果。3. 如用贝克曼温度计测定温差，则要注意水银球，防止搅拌不慎而打破。七、思考题：为何产生过冷现象？答：开始结冰时
7、，晶体相对微小，微小晶体的饱和蒸汽压大，温度要降得更低，才能使水结冰，因此会产生过冷现象。实验七 双液系气液平衡相图的绘制一、 实验目的：1通过实验，测定定压下乙醇一环已烷二组分互溶系统的沸点及气、液相组成；2绘制该系统的tx（温度-组成）图，并确定其恒沸点和恒沸组成；3了解阿贝(Abbe)折射仪的工作原理，掌握阿贝(Abbe)折射仪的使用。二、 实验原理：在一定外压下，纯液体的沸点有确定值。但对于二组分互溶系统，沸点不仅与外压有关，而且还与组成有关。用图形表示多相平衡系统的组成、温度和压力之间的关系，这种图称为相图。二组分互溶系统的tx（温度-组成）图可分为三类（见图1）：系统与拉乌尔定律偏
8、 (1) (2) (3) 图1 沸点-组成图差不大、液体混合物的沸点介于两纯组分物质沸点之间，如（）所示，此类体系如苯-甲苯等系统；系统与拉乌尔定律有较大的负偏差、在tx图上出现最高点，如（）所示，此类系统如氯仿-丙酮、盐酸-水等系统；系统与拉乌尔定律有较大的正偏差、在tx图上出现最低点，如（）所示，此类体系如氯仿-甲醇、乙醇-水等系统。出现最高点或最低点时的气液两相组成相同，对应的称为恒沸点，其相应的混合物称为恒沸混合物，简单蒸馏无法改变恒沸混合物组成。为了确定tx图，需分别对不同组成的溶液在气-液平衡时测定其沸点及气、液相组成。 本实验采用蒸馏仪（如图2），用电热丝加热，沸腾后记下温度，然
9、后分别吸取少量气体相冷凝液和液相样品，用阿贝折射仪测定折射率，并由该二组分系统的折射率-组成标准曲线上查得相应的组成，从而绘制tx图。三、 仪器和药品：仪器和材料： 蒸馏仪一套（如图14-2）；调压变压器；阿贝折射仪及超级恒温槽（两组合用）；电吹风（公用）；滴管二支；光嘴钳1把，30cm尺子2把；200W电炉丝若干；剪刀，6*9乳胶管1卷；滴管2支；玻璃滴管架；铁架台，铁夹一个。药品：一系列配制好的乙醇环已烷混合物。四、 实验步骤：1检查蒸馏仪是否清洁，从磨塞小口处加入待测混合物（约30mL），使液面在温度计水银球的中间，塞好磨口塞，开启冷凝水，接通电源，调节调压变压器，使液面缓缓加热至沸腾，
10、而蒸气在冷凝管中回流高度为2cm左右（此时调压变压器大约在1015V），待温度计读数恒定，记录温度计B及辅助温度计G的读数。2切断电源，用内盛冷水的400mL的烧杯冷却容器A内的液体，冷却后用二支细长的干燥滴管分别取C、A处的 图2 沸点仪气、液相平衡液，在阿贝折射仪上测定35时的折射率。 1-测量温度计；3将蒸馏仪中的液体倒回原储液瓶后，按上述步骤分别 2-辅助温度计；测定各液体混合物的沸点和对应的气液相组成。 3-接加热丝铜 4干燥蒸馏仪，测纯组分乙醇、环已烷的沸点。 线；4-冷凝管五、数据处理：1将已进行了露茎校正的样品之沸点及根据测定的折射率在标准曲线上查得的各气相、液相的组成，分别填
11、入下表。室温 18 ；大气压 101.12 kPa编号温度读数（）液 相气 相温度计辅助温度计露茎实际折射率组成(x环)折射率组成(y环)173.119.00.1473.241.35980.0281.38050.280269.317.80.1069.401.36500.0881.38720.396366.818.00.0966.891.37520.2081.39310.470465.318.10.0665.361.38270.3101.39480.500564.718.00.0564.751.39340.4761.39650.528664.918.30.0664.961.40770.6021.
12、39810.554765.718.50.0665.761.41340.6121.38900.572869.418.70.1069.501.41820.9501.40230.630973.918.90.1474.041.41920.9701.40760.7291077.419.50.1877.581.41950.9791.41400.860注：t露茎= Kn(t测量t环境)，t实际 t测量t露茎，其中K0.00016，n为露出部分的温度度数之差2绘制乙醇一环己烷的tx图，并求出其最低恒沸点和恒沸组成。 由图可求出恒沸点温度和组成：x环己烷0.53，t64.6 六、注意事项:1.溶液易挥发,由于温
13、度较高(t=35,考虑到夏季做实验气温较高,所以选35测折光率)折光率读数较难,读数较快,读数从最小(1.3)开始慢调。2.先测液相折光,再测气相,气相在液相的基础上微调,很快就可以得到读数。3.电压调在20V25V之间,太低反应太慢。七、思考题:1每次加入蒸馏仪的试样是否要精确配制？为何测定纯组分时须将蒸馏仪吹干，而混合物却不必吹干？答：不需要精确配制,测定纯组分时须将蒸馏仪吹干,混合组分时不必吹干,不影响相图结果。2为什么可以用阿贝折射仪测定物系的组成？答：组分不同,物系的折光率不同,且一一对应,所以可用阿贝折光仪测定物系组成。3实验中，气相的折射率之变化有无规律？如何判定是否达到最低恒沸
14、点？答：实验中,折光率随X的大小变化而变化,最低恒沸点之前,x液x气,当液相折光率等于气相折光率时,(n液=n气),达到最低恒沸点。4收集气相冷凝液的小槽的大小对实验有无影响？答：收集气相冷凝液的小槽大小对实验有影响,太大会引起分馏,太小不利于冷凝液的收集。实验十一 蔗糖水解速率常数的测定一 实验目的：1.测定蔗糖水溶液在H+催化下转化反应的速度常数和半衰期。2.掌握旋光仪的使用。二 实验原理：蔗糖水解反应式为：蔗糖 葡萄糖 果糖H+是催化剂，如果无H+存在，反应速度极慢，此反应是二级反应。但由于反应时水是大量存在的，整个反应过程中水的浓度可近似为恒定，因此可视为准一级反应，反应速度方程如下：
15、 （18-1）式中CA为t时刻的蔗糖浓度，为反应速度常数。若令蔗糖起始浓度为CA.0，（18-1）式积分得： （18-2）由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不对称的碳原子，它们都是旋光性物质，但它们的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度，葡萄糖右旋，比旋光度，果糖左旋，比旋光度，所以随着反应的进行，物质的旋光度不断变化，由右旋逐渐变为左旋，故可利用体系在反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。 旋光度的测量可使用旋光仪（见第2章 常用仪器简介 2.6.旋光仪）。当样品管长度，光波波长、温度、溶剂等其他条件都不变时，溶液旋光度与其中旋光性物质浓度C呈线性关系。 （18-3） 式中比例常数K与物质的
16、旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。旋光度只有相对含义，它因实验条件的不同会有很大的差异。物质的旋光能力可用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示： （18-4）式中：20为实验时的温度20；D是指所用钠光灯源D线，波长为589nm；为测得的旋光度（单位：度）；为样品管的长度（单位：厘米）；C为浓度（单位：克/mL）。 设反应初始时即t=0时，蔗糖的浓度为CA，O，当时间为t时，蔗糖的浓度为CA 。则 （t=0，蔗糖尚未水解） (18-5) （t=，蔗糖完全转化) (18-6)(18-5)、（18-6）式中和分别为反应物与生成物的比例系数。 而当t=t时， （18-7）由（18-5）、（1
17、8-6）、（18-7）式可以解得： （18-8) （18-9）将（18-8）、（18-9）两式代入（18-2）式，整理得： （18-10）由（18-10）式可以看出，以lg(t-)对t作图为一直线，斜率，可求得反应速度常数k，半衰期也可求得。三 实验步骤：1调节空气恒温箱温度在25，用蒸馏水校正旋光仪的零点，熟悉旋光仪的调节和读数。2将蔗糖溶液、3.0molL-1HCl溶液、反应完毕液（为节省同学时间，相同的反应完毕液实验室已准备好。方法是室温下静置24小时以上或于50恒温2个小时）分别置于锥形瓶中，放在已调节到25的恒温槽中恒温。3用移液管吸取已恒温的10.00mL蔗糖溶液至干燥的锥形瓶中，
18、再用另一支移液管吸取已恒温的10.00mL3.0 molL-1HCl溶液加入其中（HCl溶液流出一半时即按下秒表开始记时）。迅速混合均匀，并用少量此溶液冲洗10cm长的样品管二次，然后将反应液充满样品管，盖好盖子并擦干样品管外部，立即将样品管放入旋光仪，调节至三分视界消失、暗度相等，先准确记下时间，再读取此时的旋光度读数。开始的20分钟内每2分钟测取一次读数，此后随着反应速度变慢，可将时间间隔逐渐适当放长，每35分钟测取一次读数，大约连续测量1.5小时，读数间隔时间如较长，可暂时关闭光源。4如上法测定实验温度下反应完毕液的旋光度 。注意事项：1样品管通常有10厘米和20厘米两种长度，一般选用1
19、0厘米长度的，这样换算成比旋光度时较方便。但对于旋光能力较弱或溶液浓度太稀的样品，需用20厘米长的样品管。2旋光度受温度的影响较敏感，一般来说，旋光度具有负的温度系数，其间不存在简单的线性关系，且随物质的构型不同而异，但一般均在-（0.010.04）度-1之间，因此，在精密测定时必须用装有恒温水夹套的样品管，恒温水由超级恒温槽循环控制。3样品管的玻璃窗片是由光学玻璃制成的，用螺丝帽盖及橡皮垫圈拧紧时，不能拧得过紧，以不漏水为限，否则，光学玻璃会受应力而产生一种附加的偏振作用，给测量造成误差。4配制蔗糖溶液前，应先将其经380K烘干。实验结束时，应将样品管洗净，防止酸腐蚀样品管盖。同时，应将锥形
20、瓶洗干净再干燥，以免发生碳化。四 数据记录与处理：实验温度_25_气压_1atm_ -2.25 _时间tt-lg (t-)2566.608.850.9469432714446.458.70.9395192536396.308.550.9319661158186.158.40.92427928610086.008.250.91645394911565.808.050.9057958813405.607.850.89486965715525.257.50.87506126317514.957.20.85733249619504.807.050.84818911722234.506.750.8293
21、0377325194.156.40.80617997428253.856.10.78532983531423.605.850.76715586634203.255.50.74036268937253.055.30.7242758740592.604.850.68574173945312.304.550.65801139749381.703.950.59659709654521.453.70.56820172458231.153.40.53147891762520.803.050.48429983967040.502.750.43933269471440.252.50.3979400097636
22、0.002.250.3521825188048-0.2520.3010299961 算各时间t的t-和lg (t-)数值，填入上表。2 lg (t-)对t作图，由直线斜率求反应速度常数k，并计算半衰期t1/2 。由曲线可得其斜率为-0.00827，近而求出反应速率常数k=3.17410-4s-1, =2183s思考与讨论1本实验中是否需要对每一个数据进行零点校正？2为什么t=0时，反应液的旋光度可以不测？是否可在测定第一个旋光度时开始计时？为什么？3在混合蔗糖溶液和HCl溶液时，可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？为什么？4本实验中如果不把剩余反应液在恒温槽中加热2小时，则可以在室温下放24小
23、时后再测 ，两种方法t不同，对测定速度常数k有无影响？通常说反应速度常数k要随温度而变化，采用2小时的方法测定 ，是否会影响k的数值？实验十五 溶液表面吸附作用和表面张力的测定一、实验目的：通过实验，了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力与吸附的关系；掌握鼓泡法（最大气泡法）测定表面张力的原理和技术；测定不同浓度C的乙醇水溶液的表面张力，并由C曲线求算吸附量。二、实验原理：物质表面层的分子与体相中的分子由于所处的力场不同，在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA需对体系做功，该功称为表面功。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比体相分子多余的自由能，该自由能称为表面自由能。两者
24、的关系可以表示为： （25-1）式中称为表面自由能，其单位是Jm-2。从另一方面考虑，也可把看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力，其单位是Nm-1。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。测定液体表面张力的常用方法有鼓泡法、滴重法、毛细管上升法、拉环法等，本实验采用鼓泡法（也称最大气泡法），其主要原理如下：图25-1 最大气泡法测定表面张力装置图1-烧杯；2-滴液漏斗；3-数字式微压差测量仪；4-恒温槽；5-带有支管的试管；6-毛细管如图25-1所示，当表面张力仪毛细玻璃管底端与待测液面相切时，如果该液体能润湿管壁，液面即沿毛细管上
25、升，这是由于表面张力的作用引起的。反之，要在液面下鼓出气泡，则需使毛细管内的压力比毛细管外液面的压力大p以克服气泡的表面张力。 （25-2）式中p为附加压力，为液体表面张力，r为气泡的曲率半径。开启滴液漏斗的活塞，相当于缓慢抽气，此时毛细管内液面上受到一个比试管内液面上大的压力。当气泡刚在毛细管口形成时，表面几乎是平的，r最大。随着气泡的形成，r逐渐变小，呈半球形时，曲率半径r与毛细管半径r相等，r达最小值，此时附加压力值达最大值。如果气泡继续增大，r又变大，所需附加压力则变小，此时气泡逸出。若用同一根毛细管，对两种具有表面张力分别为的液体，则有下列关系： （25-3）最大压力差pm可由数字式
26、微压差测量仪上读出。同样，若采用U型压力计，因为： （25-4） 式中为液体密度，hm可由U型压力计测量得到。若用同一支毛细管和压力计，对于表面张力分别为和的液体而言，则有下列关系式： （25-5） 以已知表面张力的液体作标准，用式（25-3）或（25-5）可求得其它液体的表面张力。纯液体表面层与本体组成相同，在温度、压力一定时，表面张力是一定值，液体降低体系表面能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面能。若溶质能使溶剂的表面张力升高，为了降低该类物质的这种影响，使溶液的表面张力升高得少一些，这类物质会自动地减小在表面的浓度，
27、表面层的浓度低于本体浓度；若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层的浓度会高于本体浓度。这种溶质在表面层的浓度与在本体的浓度不同的现象称为吸附。在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在溶液本体中所含溶质的物质的量的差值，称为表面吸附量，用符号表示，单位为molm-2。在温度、压力一定时，表面吸附量与溶液的表面张力及浓度关系可由下式表示： （25-7）（25-7）式称为Gibbs吸附等温方程。在一定温度下，测定不同浓度c的乙醇溶液的表面张力，并作C图，据此式即可求不同浓度时的吸附量。三、试剂与仪器：1. 仪器：数字式微压差测量仪(或U型压力计)；磨口的表面张力仪（由毛细管和试管组成）；滴
28、液漏斗；恒温水浴一套；小烧杯；吸管；洗耳球。2. 试剂：5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%乙醇水溶液（其准确浓度用阿贝折射仪测折射率求得）。四、实验步骤：1. 按图25-1装好预先洗净的表面张力仪，浸入20恒温槽内，向试管中注入蒸馏水，使其液面刚好与毛细管端相切。调整表面张力仪位置，使之保持与水平垂直，恒温10分钟，另将水注入滴液漏斗中，在系统通大气情况下读下压力计的“零位”读数（使用数字式微压差测量仪时则采“零”）。塞紧抽气瓶橡皮塞，略微开启漏斗活塞，控制滴液速度，使毛细管口逸出气泡速度在每分钟20个左右。观察和记录pm （或U型压力计的最低或最高读数，）各三次，求
29、出平均值。关上活塞，倾去表面张力仪中蒸馏水。2. 分别取各种浓度的乙醇水溶液于试管中，同法测定pm 或。注意更换待测液时，必须用吸水纸擦干毛细管外部，并用新的待测液洗涤试管三次。各种浓度的乙醇水溶液，均应倒入指定的回收瓶。五、数据记录与处理：1. 数据记录：由附录查出实验温度下纯水的表面张力数据，以此为标准，计算各不同浓度乙醇溶液的表面张力，填入表格。实验温度 30 气压 101.3Kpa “零位读数” h0 =23.70*或pm表面张力（N/m）最低(高)读数h123平均蒸 馏 水21.0021.0020.9020.972.7371.18乙醇水溶液0%21.0021.0020.9020.97
30、2.7371.186%21.5021.5021.5021.502.2057.310%21.7521.8221.8321.801.9049.5412.75%21.9021.9321.8721.901.8046.9317.5%22.0022.0122.0822.031.6743.5424.5%22.1022.1422.1522.131.5740.4129.75%22.2122.2322.2522.231.4738.3341.5%22.4322.4022.3722.401.3033.953.9%22.522.522.522.51.2031.29*压力计最大高度差，但由于表面张力由公式计算，所以记录也可。2. 数据处理：(1) 由C图求得10%乙醇溶液的表面吸附量1：Z1 = 62.50 49.54 = 12.96 达因cm-1, C = C1 = 12.96/(8.314303.5107 = 5.1410-10 molcm-2(2) 由C图求得15%乙醇溶液的表面吸附量2：Z2 = 57.50 45.25 = 12.25 达因cm-1 m2 = ，C = C2 = 12.25/(8.314303.5107) = 4.8510-10 molcm-2【精品文档】第 11 页