物理化学实验

1. 凝固点降低法测溶质摩尔质量

  在稀溶液中，溶液凝固点的降低与溶质的质量摩尔浓度成正比，通过测出加入溶质后溶剂的凝固点下降的温度即可计算出溶质的摩尔质量。溶质必须是非电解质且能完全溶解在溶剂中。本实验选用水作为溶剂，来测定尿素或蔗糖的摩尔质量，让学生在实验中加深对溶液依数性的理解，同时学会SWC-Lge式凝固点测定仪的使用。

2. 二元液系相图

本实验选用乙醇-环己烷二元体系，该体系对拉乌尔定律发生正偏差，通过实验测定体系最低恒沸点。实验中使用简单蒸馏法，在封闭体系中加热使液体汽化，当系统达到气液平衡温度时，气液两相组成和温度均保持不变，此时温度即为该组分下二元液相体系的恒沸点，相应组成即为恒沸组成。依次改变系统组成，就可以得到一系列恒沸组成及其恒沸温度，将这些数据绘制成T-x图，即可从相图中读取该二元体系最低恒沸点组成。通过实验，让学生了解绘制二元液系相图的原理和方法，并能从图中读取最低（高）恒沸点温度及组成，同时在实验中掌握阿贝折射仪的使用方法，能够使用阿贝折射仪读取液体折光率。

3. 液体黏度的测定

利用泊肃叶公式测定黏度。直接测定液体的绝对黏度有一定困难，但测定液体对标准液体的相对黏度会容易一些。在已知标准液体的绝对黏度时，即可算出被测液体的绝对黏度。在本实验中选用水作为标准液体，测量乙醇在25 °C和35 °C的黏度。通过实验让学生学会使用乌氏黏度计，加深对液体黏度的理解。

4. 乙醇饱和蒸气压的测定

一定温度下，在真空的密闭容器中，液体很快和它的蒸气建立动态平衡，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。当蒸气压与外界相等时，液体便沸腾，外压不同时液体的沸点不同。液体的饱和蒸气压与温度的关系可用克劳修斯－克拉贝龙方程式来表示本实验选用静态法测量饱和蒸气压，通过升温测量不同温度下的纯液体饱和蒸气压，计算平均摩尔汽化热。通过实验，让学生掌握一种测量液体饱和蒸气压的方法，并能根据所学饱和蒸汽压知识解决相关问题。

5. 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

在强电解质稀溶液中，溶液的电导率与导电离子浓度成正比。根据反应中溶液电导率的变化衡量反应物浓度的变化，测定乙酸乙酯皂化反应速率。本实验分别测定25 °C和35 °C下的反应速率常数，然后根据阿仑尼乌斯公式计算反应活化能。通过实验，让学生学会使用电导率仪和恒温水浴，培养学生实际动手操作的能力。

6. 甲酸氧化动力学

本实验采用电动势法跟踪Br₂浓度随时间的变化，并改变甲酸浓度，通过作图法确定甲酸氧化反应的级数、反应速率常数与活化能。通过实验，培养学生利用作图法求解问题，在实验中让学生树立良好的安全意识。

7. 电解质溶液的电导

电解质溶液属于第二类电解质，其导电能力可以通过电导率来衡量。用已知电导率的电解质溶液放入电导池中，在测定其电阻之后，即可求得电导池常数。已确定电导池常数后，应用同一个电导池，便可通过电阻的测量求其它电解质溶液的电导率。测量溶液的电阻通常使用惠斯通电桥测定。在本实验中，先使用KCl标准溶液与惠斯通电桥计算出电导池常数，然后测定不同浓度的醋酸溶液电导率，并计算醋酸的电离度与电离平衡常数。通过实验，让学生学会搭建惠斯通电桥，能够利用惠斯通电桥测定溶液电阻值；学会使用电导率法测定弱电解质的电离常数。

8 蔗糖水解反应速率常数的测定

蔗糖水解为假一级反应，产物为葡萄糖和果糖，它们均是旋光性物质。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素均有关。蔗糖、葡萄糖和果糖的旋光能力不同，所以可以利用体系旋光度的变化来衡量反应的进程。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。本实验采用Guggenheim法处理数据，作图求取反应速率常数k，并计算反应半衰期。通过实验，让学生了解研究物质旋光性的意义。

9. 二组分合金相图

测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线叫步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降并得到一条光滑的冷却曲线；当体系内发生相变时，则因体系产生的相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，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。利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。本实验选取Sn-Pb二元体系，让学生测定步冷曲线，然后绘制Sn-Pb合金相图，并标注出相图中各区域的相平衡。通过实验，让学生了解相图的测绘方法，并能够运用相图解决相关问题。

10. 燃烧热的测定

在指定温度和压力下，1 mol物质完全燃烧生成指定产物的焓变，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧焓，记作Δ_CH_m。通常，C、H等元素的燃烧产物分别为CO₂(g)、H₂O(l)等。由于上述条件下ΔH=Q_p，因此Δ_CH_m也就是该物质燃烧反应的等压热效应Q_p。在实际测量中，燃烧反应常在恒容条件下进行，这样直接测得的是反应的恒容热效应Q_v，根据Q_v便可计算出Q_p。本实验是用氧弹式量热计测定蔗糖的燃烧焓。在盛有定量水的容器中，放入内装有一定质量样品和氧气的密闭氧弹，然后使样品完全燃烧，放出的热量传给水及仪器，引起温度上升，利用软件计算反应的摩尔燃烧内能。在本实验中，先以苯甲酸作为基准物质，先计算出系统热容，然后进行蔗糖燃烧热的测定。通过实验，让学生学会燃烧热的测定方法，掌握热化学实验的基础知识和基本技能。

11. 差热分析

差热分析就是在程序控温条件下，测量被测物质与参比物之间温度差随温度变化的一种技术。物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理化学变化。这些变化必将伴随有体系焓的改变，因而产生热效应。其表现为该物质与外界环境间有温度差。选择一种在所测定的温度范围内不会发生任何物理或化学变化的对热稳定的物质作为参比物，将其于样品一起置于可按设定速率升温的电炉中，测量时分别记录参比物的温度以及样品与参比物的温差。以温差对温度作图就可得到一条差热分析曲线。本实验选取α-Al₂O₃作为基准物质，对CuSO₄•5H₂O测差热曲线。通过实验，让学生了解差热分析原理，学会使用差热分析仪，能够从差热曲线中读取相关信息。

12. 溶解热的测定

n₂ mol溶质溶于n₁ mol溶剂中所产生的热效应称为该物质的溶解热。溶解热除了与溶剂量和溶质的量有关外，还与体系所处的温度及压力有关。溶解热可分为积分溶解热和微分溶解热。积分溶解热指在恒温恒压下，1 mol溶质溶于n₀ mol溶剂中产生的热效应，微分溶解热是在大量给定浓度的溶液中加入1 mol溶质时所产生的热效应。把一定量的溶剂加到一定量的溶液中，溶液被稀释，此时所产生的热效应称为稀释热。稀释热除了与开始和终了浓度有关，亦与溶液所处的温度和压力有关。稀释热分为积分稀释热和微分稀释热两种，积分稀释热为某两浓度溶液的积分溶解热之差，微分稀释热是恒温恒压下，1 mol溶剂加入某一确定浓度的无限量的溶液中产生的热效应。积分溶解热(Q_S)可由实验直接测定，其它三种热效应则通过Q_S—n₀曲线求得。本实验采用电热补偿法，测定KNO₃在水溶液中的积分溶解热。KNO₃溶解在水中为吸热反应，通过电加热的方式使体系由温度的最低值沿原途径升高至原值，根据消耗的电功与所需时间，即可求出反应的热效应。在实验中，采用累加的方法，先在纯溶剂中加入溶质，测出溶解热后在这溶液中再加入溶质，测出热效应，根据先后加入溶质总量可求算出n₀，而各次热效应总和即为该浓度下的溶解热，然后绘制Q_S—n₀曲线求取其他三种热效应值。通过实验，让学生理解溶解过程中产生的四种热效应，并且学会测定溶解热。

13 电导法水溶性表面活性剂临界胶束浓度

表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度。当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且在达到一定浓度时还会在溶液中发生定向排列，从而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起，以减少亲油基与水的接触面积。前者就是表面活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力,形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。本实验使用电导率仪，测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率，并作电导率与浓度的关系图，从图中的转折点求得临界胶束浓度。通过实验，让学生对于表面活性剂有更进一步的认识。

14. 最大气泡法测表面张力

本实验使用最大气泡法测定正丁醇水溶液表面张力。从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比。当曲率半径与毛细管半径相等时，附加压力达到最大值，通过公式可以计算出表面张力。在实验中，使用水作为标准物质，先确定仪器常数，再由稀到浓测定一系列正丁醇(aq)的表面张力，然后绘制表面张力-浓度图，计算表面吸附量，而后以表面吸附量对浓度作图，绘制吸附等温曲线。通过实验，让学生了解表面张力的性质、表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系，学会使用最大气泡法测量表面张力。

15. 阳极极化曲线的测定

当金属作为阳极的电解池通过电流时，会发生金属的电化学溶解过程。若阳极极化不大，阳极溶解速度随电势变正逐渐增大，此时为金属的正常阳极溶解。在某些条件下，当电极电势正移到某一数值时，金属的阳极溶解速度会随电势变正迅速降低，这一现象称为金属的钝化。为了研究这一过程，通常根据电势与电流的变化关系绘制阳极极化曲线。阳极极化曲线对于电镀与金属防腐等领域的研究有着重要的意义。本实验使用恒电位仪测定碳钢电极在碳铵溶液中的阳极极化曲线。测量阳极极化曲线需使用恒电位法，即通过改变电位来读取电流的值，如使用恒电流法则测得阳极极化曲线不完整。通过实验，让学生学会使用恒电位仪，掌握用恒电位仪测量阳极极化曲线的方法，并能够了解阳极极化曲线的意义和应用。

16. 对消法求原电池电动势

电池电动势不能直接用伏特计测量。当伏特计与电池接通后，回路中有电流通过，这时电池发生化学反应，电极被极化，溶液浓度亦改变，电池电动势不能保持稳定。而且电池本身有内阻，伏特计所测的电位降不等于电池电动势。对消法是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电源，这样待测电池中没有电流通过，外加电源的大小即等于待测电池的电动势，此时测得电位降即为电池平衡电势。此时电池反应是在接近可逆的条件下进行的。在本实验中，让学生使用SDC-III型综合数字电位差测试仪工测定五组原电池的电动势，在实验中，让学生掌握可逆电池电动势的测定原理，学会电极的制备和处理方法。