1、實驗部分實驗部分實驗一 恒溫槽的組裝及其性能的測試一、目的要求 1了解恒溫槽的構造及其工作原理，學會恒溫槽的裝配和調試技術；2測繪恒溫槽的靈敏度曲線；3掌握貝克曼溫度計的調節技術和使用方法。二 、基本原理繼電器圖1-1 恒溫槽的工作原理圖c接觸溫度計加熱器浴槽ºº許多物理化學數據的測定，必須在恒定溫度下進行。要控制被研究的某一溫度，通常采取兩種辦法：一是利用物質的相變點溫度來實現。如液氮（-195.9 ）、冰點(0)、沸點水（100）、沸點萘（218.0）、沸點硫（444.6）等等。這些物質處于相平衡時，因溫度恒定而構成一個恒溫介質浴，將需要恒溫的研究對象置于該介質中，就可

2、獲得一個高度穩定的恒溫條件。另一種是利用電子調節系統，對加熱器或致冷器的工作狀態進行自動調節，使被控對象處于設定的溫度之下。也就是利用恒溫槽來獲得恒溫的，它是獲得恒溫的最主要的方法。圖1-2 恒溫槽裝置示意圖恒溫槽恒溫的工作原理，如圖1-1所示，其主要原理是利用繼電器來控制溫度的。當恒溫槽因散熱等原因使系統溫度低于設定值時，繼電器迫使加熱器工作。當系統溫度達到設定溫度時，又自動停止加熱。這樣周而復始，就可使系統溫度在一定范圍內保持恒定。普通恒溫槽的結構是由浴槽、溫度計、攪拌器、加熱器、感溫元件和繼電器等部分組成。其裝置示意圖如圖1-2所示。下面，分別介紹各部分的組成。1浴槽浴槽包括容器和液體介

3、質.容器主要有強度較大的金屬槽和透明的玻璃槽，槽內介質通常是以熱容比較大的液體為工作物質。若設定溫度與室溫相差不大，通常選用20L的圓形玻璃缸作容器，以蒸餾水為工作介質，其恒定溫度范圍0-100。若設定的溫度較高,則應對整個槽體保溫,并選用合適的液體作為工作介質,如，100以上可選用石蠟油、甘油等。2溫度計觀察恒溫槽的溫度，可選用最小分度值為0.1的水銀溫度計,而測量恒溫槽的靈敏度應采用貝克曼溫度計.溫度計的安裝位置應靠近被測系統。所用的水銀溫度計的讀數都應加以校正.3攪拌器一般采用功率為40W的電動攪拌器，并用變速器調節攪拌速度。攪拌器應安裝在加熱器附近,使熱量迅速傳遞,以使槽內各部分溫度均

4、勻.4加熱器加熱器是不斷供給熱量以補充浴槽向環境散失的熱量。常用的是電加熱器，其選擇原則是熱容量小，導熱性能好，功率適當。若容量為20L,恒溫20-30，選用200-300W的加熱器。若室溫過低時，則選用較大功率的加熱器。若能選用可調的加熱器，則效果更好。5感溫元件恒溫槽的感覺中樞， 影響恒溫槽靈敏度的關鍵元件。其種類很多，如，接觸溫度計，熱敏電阻等。接觸溫度計結構見圖1-3。它實際是一個可導電的特殊水銀溫度計，又稱水銀導電表。它與普通溫度計主要區別在于毛細管中有根位置可調的金屬絲，下端水銀球上有根金屬絲，兩者引出與繼電器連接。溫度計頂部有一磁性螺旋調節帽，用來調節金屬絲觸點高低。旋轉調節帽，

5、標鐵上下移動，焊接其上的金屬絲亦上下移動。圖1-3 接觸溫度計結構圖1. 調節帽；2. 固定螺絲；3. 磁鐵；4. 螺旋桿引出線；4. 水銀球引出線； 5. 標鐵；6. 觸針；7. 刻度板；8. 螺旋桿；9. 水銀球。當浴槽升溫時，水銀膨脹上升到觸點，線路接通，繼電器工作，加熱回路斷開，停止加熱。當溫度降低時，水銀收縮，線路斷開，加熱回路工作，溫度回升。這樣，反復工作，使溫度得以控制。它是恒溫槽的中樞，對恒溫起到關鍵性的作用。此溫度計只能作為溫度的觸感器，不能作為溫度的指示器。恒溫槽的溫度另由精密溫度計指示。6繼電器繼電器與加熱器和接觸溫度計相連，才能起到控制溫度的作用。實驗室常用的繼電器有：

6、電子管繼電器和晶體管繼電器。衡量一橫溫槽品質的好壞，可用其靈敏度來衡量。通常以實測的最高溫度與最低溫度之差的一半來表示其靈敏度。測定靈敏度的方法，是在設定溫度下，觀察溫度隨時間變動情況。以貝克曼溫度計測定其溫度，作為縱坐標，以相應時間為橫坐標，繪制靈敏度曲線。如圖1-4所示。T2T1TsTt圖1-4 恒溫槽靈敏度曲線示意圖Ts為設定溫度，T1為波動最低溫度，T2為波動最高溫度，則靈敏度為總之，組裝一個品質優良的恒溫槽時，必須選擇合適的組件，并進行合理的安裝才能達到要求。三、儀器與試劑 玻璃缸 1個貝克曼溫度計 1支水銀接觸溫度計 1個繼電器 1套水銀溫度計（0-100、分度值0.1 ） 1支加

7、熱器 1支秒表 1個攪拌器（連可調變壓器） 1套四、實驗步驟 1將水注入浴槽至容積的五分之四處。然后按圖安裝接線。先安裝加熱器，再安裝攪拌器、接觸溫度計、繼電器、溫度計等。 2將貝克曼溫度計的水銀柱調至刻度為2.5左右。調節方法（倒置或傾斜溫度計，使儲槽中水銀到小球處；手握下部水銀球，使其上升并與上部連接；放置在(t+2.5+3-4)水中，平衡2-3min；快速拿開并打斷，放在t水中看是否調好）詳見儀器部分有關內容。3調節恒溫槽至設定溫度。假設室溫為20，設定實驗溫度為25，其調節方法如下：先設定預加熱溫度大約為24處，接通電源，開啟加熱器、攪拌器，令其工作，注視溫度計的讀數。當溫度達到24左

8、右時，再慢慢調節加熱，使系統介于剛剛接通與斷開的狀態，直到溫度升至25為止。最后，鎖定。4恒溫槽靈敏度曲線的測定。當恒溫水浴的溫度在25處上下波動時，每隔1-2分鐘記錄一次貝克曼溫度計讀數，將數據整理列表。5結束實驗。將貝克曼溫度計放回保護盒中，關閉儀器開關，拔去電源插頭，拆除接線。 在時間允許的情況下，可設定若干個溫度值，分別記錄其恒溫性能。五、數據記錄與處理1記錄不同時間的貝克曼溫度計的讀數，并整理列表。2繪制恒溫水浴的（溫度與時間）靈敏度曲線，并從曲線中確定靈敏度。3根據測得的靈敏度曲線，對組裝的恒溫槽性能進行評價。六、思考問題 1影響恒溫槽的主要因素有哪些？試作簡要分析。2欲提高恒溫槽

9、的靈敏度，應采取什么措施？七、特別啟示TTs圖1-5 恒溫浴靈敏度曲線的幾何形式1恒溫槽的靈敏度。又稱為恒溫槽的精度，其數值愈小，表示其性能愈好。影響靈敏度的因素比較多，如，與采用的工作介質、感溫元件、攪拌速度、加熱器功率大小、繼電器的物理性能等均有關系。如果加熱器功率過大或過低，就不易控制水浴的溫度，使得其溫度在所設定的溫度上下波動較大，其靈敏度就低；如果攪拌速度時高時低或一直均過低，則恒溫水浴的溫度在所設定的溫度上下波動幅度就大，所測靈敏度就低。若貝克曼溫度計精密度較低，在不同時間記下的溫度變化值相差就大，即水浴溫度在所設定溫度下波動大，其靈敏度也就低；同樣地，接觸溫度計的感溫效果較差，在

10、高于所設定的溫度時，加熱器還不停止加熱，使得浴槽溫度下降慢，這樣在不同的時間內記錄水浴溫度在所設定的溫度上下波動幅度大，所測靈敏度也就低。靈敏度曲線一般有如圖1-5所示的幾種形式。曲線是由于加熱器功率過大、熱惰性小引起的超調量; 曲線加熱器功率適中，但熱惰性大引起的超調量; 曲線加熱器功率適中,熱惰性小,溫度波動小，即靈敏度較大。顯然，要提高恒溫槽的靈敏度，應使用功率適中的加熱器，精密度高的接觸溫度計、貝克曼溫度計及水銀溫度計等，攪拌器的攪拌速度要固定在一個較適合的值，同時要根據恒溫范圍選擇適當的工作介質。2關于工作介質的選擇，要根據恒溫范圍而定。下表所列數據，可作參考。某些液體介質的工作溫度

11、范圍液體介質適用溫度范圍/乙醇或乙醇水溶液-60-30水0-90甘油80-160液體石蠟或硅油70-200 實驗二 凝固點降低法測定摩爾質量一、目的要求1用凝固點降低法測定脲的摩爾質量；2掌握溶液凝固點的測量技術；3通過本實驗加深對稀溶液依數性的理解。二、基本原理 純溶劑的凝固點是其固-液態兩相達平衡時的溫度，而溶液的凝固點是固態純溶劑和溶液成平衡時的溫度。溶液的凝固點低于純溶劑的凝固點，凝固點的降低值與溶液的濃度成正比。即 Tf=Tf* - Tf = KfmB （1）式中，Tf凝固點降低值，Tf*為純溶劑的凝固點，Tf為溶液的凝固點，Kf為凝固點降低常數，其數值僅與溶劑的性質有關，mB為溶質

12、的質量摩爾濃度。若溶質的質量為WB，溶劑的質量為WA，則此溶液的質量摩爾濃度為（2）式中，MB為溶質的摩爾質量。將該式代入上式，有整理，得 （3）若已知某溶劑的凝固點降低常數Kf值，通過實驗測定此溶液的凝固點降低值Tf，即可計算溶質的摩爾量MB。顯然，本實驗的關鍵就是測定溶劑的凝固點Tf*以及溶液的凝固點Tf 。測定凝固點的方法，通常是將溶液逐漸冷卻，但由于過冷現象的存在，往往冷卻到凝固點，并不析出晶體。此時，攪拌或加入晶種，促使溶劑結晶，結晶放出的凝固熱，將使溫度回升，當放熱與散熱達到平衡時，即為溶液的凝固點。但若過冷太厲害或寒劑溫度過低，則凝固熱抵償不了散熱，此時溫度不能回升到凝固點，在溫

13、度低于凝固點時完全凝固，就得不到正確的凝固點。溶劑與溶液的步冷曲線形狀有所不同，如圖2-1所示。（1）（2）（3）（4） （5）（6）TT*fTft圖2-1 步冷曲線示意圖若將純溶劑逐步冷卻至兩相共存時，自由度f*=1-2+1=0，步冷曲線出現水平線段，其形狀如圖曲線（1）所示。但實際過程往往發生過冷現象，則步冷曲線可能為曲線（2）和（3）所示。曲線（2），稍有過冷現象，根據平臺所示的平衡溫度，確定要測的凝固點。曲線（3），過冷現象嚴重，無平衡溫度，不能得到凝固點。若將溶液逐步冷卻至兩相共存時，自由度f*=2-2+1=1，溫度仍可下降，步冷曲線只出現拐點，而無平臺，如曲線（4）所示。而實際過程

14、的過冷現象，將使溫度回升，當回升到最高點又開始下降，如圖曲線（5）、（6）所示。隨著部分溶劑凝固析出，剩余溶液濃度變大，其凝固點也在下降，顯然，回升的最高溫度不是原濃度溶液的凝固點。因此，實驗采用稀溶液，控制稍有過冷現象，使晶體析出量不要太多，以起始濃度代替平衡濃度，對測定結果不會產生顯著影響，如曲線（5）所示。若過冷現象嚴重，測得的凝固點偏低，影響測量結果，如曲線（6）所示 。顯然，在實驗測定中，要設法控制適當的過冷程度，一般可通過控制寒劑溫度以及攪拌速率等方法來進行控制。 幾種不同溶劑的Kf值見下表：溶劑冷固點/Kf /（kg.K.mol-1）水01.86苯5.55.12環己烷6.520.

15、0醋酸16.63.9萘80.26.9本實驗選用水為溶劑脲為溶質，分別測定脲的水溶液和水的凝固點，以求得脲的摩爾質量。稀溶液的凝固點降低值不大，溫度的測量要用較精密儀器，即，選用貝克曼溫度計。 三、儀器與試劑凝固點測定儀 1套 燒杯（1000ml） 1只數字式貝克曼溫度計 1臺 水銀溫度計（分度值0.1） 1支酒精溫度計 1支 移液管（25ml） 1支圖2-2 凝固點測定儀脲（分析純） 碎冰蒸餾水四、實驗步驟 1裝置儀器按圖2-2將凝固點測定儀安裝好。凝固點管，數字式貝克曼溫度計探頭及攪棒均必須清潔和干燥，防止攪拌時攪棒與管壁或溫度計相摩擦。 數字式貝克曼溫度計的使用，參見儀器部分有關內容。2.

16、調節寒劑的溫度在冰槽中注入2/3體積的自來水，然后加入冰塊及食鹽，以保持水溫在-2左右（寒劑溫度以不低于所測凝固點3為宜）。 實驗中寒劑應不斷攪拌并間斷補充碎冰，使其溫度基本保持不變。3溶劑凝固點的測定 用移液管向清潔、干燥的凝固點管內加入25mL蒸餾水，加入的蒸餾水要足夠浸沒貝克曼溫度計的探頭，但也不宜太多，注意不要將蒸餾水濺在管壁上。先將盛有蒸餾水的凝固點管直接插入寒劑中，開動攪拌器，使蒸餾水逐步冷卻，當有冰析出時，將凝固點管從寒劑中取出，擦去管外的冰水，插入空氣套管中，緩慢均勻攪拌，觀察貝克曼溫度計讀數，直至溫度穩定后，記下讀數，此即蒸餾水的近似凝固點。取出凝固點管，用手溫熱之，使管中的

17、冰全部溶化，再將凝固點管直接插入寒劑中并緩慢攪拌，使蒸餾水較快的冷卻，當蒸餾水溫度降至近似凝固點0.5時迅速取出凝固點管，擦干后插入空氣套管中，并緩慢攪拌，使蒸餾水的溫度均勻的逐漸下降。當溫度低于近似凝固點0.2-0.3左右時，應加速攪拌（防止過冷超過0.5，）促使固體析出。當固體析出時，溫度開始回升。立即改為緩慢攪拌，記錄溫度回升后貝克曼溫度計讀數，直至穩定。此平衡溫度即為純溶劑的精確凝固點。重復測定三次，求出平均值。(要求誤差小于±0.003) 4溶液凝固點的測定取出凝固點管，如前將管中冰溶化，向凝固點管加入事先已精確稱量的脲（約為0.2-0.3克，在分析天平上準確稱量），所加的

18、量使溶液的凝固點下降0.5左右，待脲全部溶解后，依上述方法測定溶液的凝固點。先測近似凝固點，再精確測定，注意，溶液的凝固點是取溫度回升后所達到的最高溫度。重復三次，取平均值。五、數據記錄與處理1根據所測水的溫度，查此溫度水的密度，計算所用水的質量。2將實驗數據填入下表，并計算脲的摩爾質量以及相對誤差。附表：W(H2O)/gW(脲)/gTf*/Tf/Tf/M（脲）六、思考問題 1為什么要先測近似凝固點？2根據什么原則考慮加入溶質的量？太多或太少影響如何？3冷凝管內液體在冷卻過程中有哪些熱交換？4根據實驗測量結果誤差，說明影響測量結果的主要因素。七、特別啟示1本實驗測量的關鍵是寒劑溫度和攪拌速度的

19、控制。寒劑溫度過高會導致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點。攪拌速度緩慢和快速要科學適度，每次測量都應按要求速度攪拌，并每次測量時攪拌條件要完全一致。水的過冷度約0.71(視攪拌快慢)，為了減少其過冷度，可快速攪拌或加入晶種，并且在每次測量中操作應盡量一致。2注意過冷程度對溶劑和溶液凝固點測量結果的影響，應如何控制實驗條件使測量結果達到比較滿意的程度。3濃度與測量結果關系如何。如何減少濃度的影響。實驗三 純液體飽和蒸氣壓的測量一、目的要求1明確純液體飽和蒸氣壓的定義和氣液兩相平衡的概念，理解純液體飽和蒸氣壓和溫度的關系克勞修斯-克拉貝龍（Clausius- Clapeyron）方程式；2用等壓

20、計測定不同溫度下乙醇（或水、環己烷、正己烷）的飽和蒸氣壓。初步掌握真空實驗技術；3學會用圖解法求被測液體在實驗溫度范圍內的平均摩爾氣化熱與正常沸點。二、基本原理在一定溫度下，與純液體處于平衡狀態時的蒸氣壓力，稱為該溫度下的飽和蒸氣壓。應注意，這里的平衡狀態是指動態平衡。在某一溫度下，被測液體處于密閉真空容器中，液體分子從表面逃逸成蒸氣，同時，蒸氣分子因碰撞而凝結成液相，當兩者的速率相等時，就達到了動態平衡，此時，氣相中的蒸氣密度不在改變，因而具有一定的飽和蒸氣壓。純液體的蒸氣壓是隨溫度變化而改變的，它們之間的關系可用克勞修斯-克拉貝龍（Clausius-Clapeyron）方程式來表示：= （

21、1）式中p*為純液體溫度T時的飽和蒸汽壓；T為熱力學溫度；vHm為液體摩爾氣化熱；R為氣體常數。如果溫度變化的范圍不大，vHm可視為常數，當作平均摩爾汽化熱。將上式進行不定積分，得：lnp*=-+C （2）式中C為積分常數，此值與壓力P*的單位有關。由（2）式可知，在一定溫度范圍內，測定不同溫度下的飽和蒸汽壓，以lnp*-1/T作圖，可得一條直線。由該直線的斜率可求得實驗溫度范圍內液體的平均摩爾氣化熱vHm。當外壓為101.325 kPa時，液體的蒸氣壓與外壓相等時的溫度，稱為該液體的正常沸點。從圖中也可以求得其正常沸點。測定飽和蒸氣壓常用的方法有動態法、靜態法和飽和氣流法等。本實驗采用靜態法

22、，即將被測物質放在一個密閉的系統中，在不同溫度下直接測量其飽和蒸氣壓，在不同外壓下測量相應的沸點。此法適用于蒸氣壓比較大的液體。三 、儀器與試劑蒸汽壓測定裝置 1套 抽氣泵 1臺氣壓計 1支 電加熱器（300W） 1只溫度計（分度值0.1 及1） 各一只磁力攪拌器 1臺無水乙醇（分析純）四、實驗步驟按儀器裝置圖（如圖3-1所示）接好測量線路。圖3-1 純液體飽和蒸汽壓測定裝置圖所有接口必須嚴密封閉。平衡管由三根相連通的玻璃管a,b和c管組成，a管中儲存被測液體，b和c也有液體在底部相連，當a,c管的上部純粹是待測液體的蒸氣，b與c管中的液面在同一水平時，則表示c管液面上的蒸氣壓與加在b管液面上

23、的外壓相等。此時，液體的溫度即為系統的氣液平衡溫度，亦即沸點。平衡管中的液體可用下法裝入：先將平衡管取下，洗凈，烘干，然后烤烘a管，趕走管內空氣，速將液體自b管的管口灌入，冷卻a管，液體即被吸入。反復兩三次，使液體灌至a管高度的三分之二為宜，然后接在裝置上。2系統檢漏緩慢旋轉三通活塞，使系統通大氣。開啟冷卻水，接通電源，使抽氣泵正常運轉45min，再關閉活塞，使系統減壓（注意！旋轉活塞必須用力均勻，緩慢，同時注視真空表），至余壓大約為104Pa后關閉活塞。如果在數分鐘內真空表示值基本不變，表明系統不漏氣。若系統漏氣則應分段檢查，直至不漏氣為止，才可進行下一步實驗。3測定不同溫度下純液體的飽和蒸

24、汽壓轉動三通活塞使系統與大氣相通。開動攪拌器，并將水浴加熱，隨著溫度逐漸上升，平衡管中有氣泡逸出。繼續加熱至正常沸點之上大約5左右。保持此溫度數分鐘，以便將平衡管中的空氣趕凈。（1）測定大氣壓力下的沸點。測定前應正確讀取大氣壓數據。系統空氣被趕凈之后，停止加熱。讓溫度緩慢下降，c管中的氣泡將逐漸減少直至消失。c管液面開始上升而b管液面下降。嚴密注視兩管液面，一旦兩液面處于同一水平時，記下此時的溫度。細心而快速的轉動三通活塞，使系統與泵略微連通。既要防止空氣倒灌，也應避免系統突然減壓。重復測定三次。結果應在測量允許誤差范圍內。（2）測定不同溫度下純液體的飽和蒸汽壓 在大氣壓力下測定沸點之后，旋轉

25、三通活塞，使系統緩慢減壓。減至壓差約為4×103Pa或約為30mmHg，平衡管內的液體又明顯氣化，有氣泡不斷逸出。注意，勿使液體沸騰。隨著溫度下降，氣泡再次減少直至消失。同樣，等b,c兩管液面相平時，記下溫度和真空表讀數。再次轉動三通活塞，緩慢減壓。減壓幅度同前，直至燒杯內水浴溫度下降至50左右。停止實驗，再次讀取大氣壓力。五、數據記錄與處理1正確記錄全部原始數據。2對溫度計作露莖校正。3以蒸氣壓P*對T作圖。4在P*-T曲線上均勻取幾個點，列出相應的數據表。5繪出lnP*對1/T的直線圖，找出 lnP*= - A/T+B的形式。求得平均vHm以及液體的正常沸點。附表： 溫度真空度蒸

26、氣壓t/T/K1/TP/kpaP/kpaln（P/kpa）六、思考問題1本實驗的測量關鍵是什么？應如何注意？2若平衡管內空氣未被驅趕干凈，對實驗結果有何影響？3用此裝置圖可以很方便的研究各種液體，其中很多都是易燃的，在加熱時應注意什么問題 ？七、特別啟示1嚴格區別正常沸點，大氣壓下沸點以及不同溫度其蒸氣壓的差異和聯系。2實驗前，驅趕平衡管中的空氣：在常壓下利用水浴加熱被測液體，使其溫度高于正常沸點35，持續約5min。讓其自然冷卻，讀取大氣壓下的沸點。再次加熱并進行測定。如果偏差在正常范圍內，可認為空氣已被趕凈。但注意，切勿過分加熱，否則，蒸氣來不及冷凝就進入抽氣泵，或冷凝液過多影響測量。3實

27、驗過程中，以靜制動，以動得靜。其一，冷卻速度不能太快（不大于0.5/min左右），否則，測得值偏離平衡溫度。因溫度滯后效應問題。其二，嚴防空氣倒灌，否則，實驗要重做。防止方法：在每次讀取平衡溫度和平衡壓力后，應立即加熱或緩慢減壓。4停止實驗時，防止泵油倒灌。應緩慢地先打開三通活塞，使其通入大氣，然后切斷電源，關閉冷卻水。實驗四 燃燒熱的測定一、目的要求1用氧彈熱量計測定奈的燃燒熱；2明確燃燒熱的定義，定壓然燒熱和定容燃燒熱的差別及其相互關系；3熟悉量熱計的原理、構造，掌握氧彈熱量計的實驗技術；4學會雷諾圖解法校正溫度改變值。二、基本原理 1燃燒熱根據熱化學的定義， 1mol某物質完全燃燒時的熱

28、效應，稱為燃燒熱。所謂完全燃燒，是指該物質中的碳氧化生成二氧化碳，氫氧化生成水，如，奈C10H8（s）+12O2（g）10CO2（g）+4H2O（l）燃燒熱可分為定容燃燒熱Q v和定壓燃燒熱Q p。據熱力學原理可知，Q v等于系統內能改變量U；Qp等于其焓變H.。若把參與反應的氣體和反應生成的氣體作為理想氣體來處理，則它們之間的關系為： H. = U+ （PV）Q p=Q v + n R T式中， n 為反應前后氣體的物質的量之差；R為氣體常數；T熱力學溫度。熱量計的種類很多，本實驗選用的是氧彈熱量計，是一種環境恒溫式熱量計。氧彈熱量計的裝置如圖4-1所示。它是由氧彈、盛水桶、攪拌器、貝克曼溫

29、測水夾套溫度計電動機攪拌器氧彈盛水桶擋板恒溫水夾套貝克曼溫度計出氣管彈體金屬皿彈蓋小皿引燃鐵絲樣品片圖4-2 氧彈剖面圖圖4-1氧彈熱量計裝置圖度計、空氣隔熱層、恒溫水夾套等組成。氧彈置于盛水桶中，是由不銹鋼制成的，桶內還有攪拌器和貝克曼溫度計，桶外是空氣隔熱層，再外面是恒溫水夾套。恒溫水夾套中也有攪拌器和溫度計。氧彈的剖面圖如圖4-2所示。它是由彈體、彈蓋、電極、小皿等組成。2氧彈熱量計氧彈熱量計的基本原理是能量守恒定律。測量時，將樣品放在燃燒皿上，彈內充入氧氣，以燃燒鐵絲引燃。樣品完全燃燒后所釋放的能量，使得氧彈本身、周圍介質和有關附件的溫度升高，以貝克曼溫度計測量介質在燃燒前后的變化值，

30、就可求算該樣品的定容燃燒熱。其關系式如下：（W樣/M樣）QvlQl=（W水C水+C計）T式中，W樣和M樣分別為樣品的質量和摩爾質量；Qv為樣品的恒容燃燒熱；l和Q l是引燃用鐵絲的長度和單位長度燃燒熱，W水和C水是水的質量和比熱容；C計為量熱計的水當量，即除水之外，熱量計溫度升高1所需的熱量；T為樣品燃燒前后水溫的變化值。為了保證樣品完全燃燒，氧彈中須充以高壓氧氣或其他氧化劑。因此氧彈須有很好的密封性能，耐高壓且耐腐蝕。氧彈應放在一個與室溫一致的恒溫套殼中。盛水桶與套殼之間有一高度拋光的擋板，以減少熱輻射和空氣的對流。3雷諾溫度校正圖圖4-3 雷若溫度校正圖實際上，熱量計與周圍環境的熱交換無法

31、完全避免，它對溫度測量的影響可用雷諾（Renolds）溫度校正圖校正。具體方法為：稱取適量待測物質，估計其完全燃燒可使水溫升高1.52.0。預先調節水溫使其低于室溫1左右。按操作步驟進行測定，觀察燃燒前后水溫的變化，根據不同時間測得的溫度，作溫度-時間關系圖，可得如圖4-3所示的曲線。圖中H點意味著燃燒開始，熱傳入介質；D 點為觀察到的最高溫度；從相當于室溫的J 點作水平線交曲線于I 點，過點I 做垂線a b, 再將FH線和GD線分別延長并交a b線與A、C 兩點，其間的溫度差值即為經過校正的T。圖中AA為開始燃燒到溫度上升至室溫這一段時間t1內，由環境輻射和攪拌引進的能量造成的升溫，故應予以

32、扣除。CC是由室溫升高到最高點D 這一段時間t2內，熱量計向環境的熱漏造成的溫度降低，計算時必須考慮在內。故可認為，AC兩點的差值較客觀地表示了樣品燃燒引起的升溫數值。在某些情況下，熱量計的絕熱性能良好，熱漏很小，而攪拌器功率較大，不斷引進的能量，使得曲線不出現極高溫度點，此時，其校正方法與前述相似。三、儀器與試劑氧彈熱量計 1套 萬用表 1個貝克曼溫度計 1支 案秤 （ 10kg ） 1臺氧氣鋼瓶 1只 溫度計（050 ） 1支氧氣減壓閥 1只 秒表 1只壓片機 1臺 燒杯（1000ml） 1只電爐（500w） 1個 臺天平 1臺塑料桶 1個 引燃鐵絲直尺 1把 苯甲酸（分析純）剪刀 1把

33、萘（分析純）分析天平 1臺四、實驗步驟1水當量的測定（1）樣品的制作壓片：用臺天平稱取約0.9 g 左右的已干燥苯甲酸，在壓片機上壓成圓片。注意，壓力要適中，壓片太緊，不易完全燃燒；壓片太松，樣品容易脫落。用鑷子將樣品在干凈的稱量紙上輕擊二、三次，除去表面粉末后再用分析天平精確稱量。（2）裝樣與充氧打開氧彈，擦凈內壁、電極以及金屬小皿，特別是電極下端的不銹鋼絲更應擦干凈。小心將樣品片放在小皿中，剪取約18cm長的引燃鐵絲，在直徑約3mm的棒上，將引燃鐵絲的中段繞成螺旋形約56圈。將螺旋部分緊貼在樣品的表面，兩端如圖2所示固定在電極上。注意，引燃鐵絲不能與金屬器皿相接觸。用萬用表檢查兩電極間電阻

34、值，一般不應大于20 。旋緊氧彈蓋，卸下進氣管口的螺栓，換接上導氣管接頭。導氣管的另一端與氧氣鋼瓶上的減壓閥連接。打開氧氣鋼瓶閥門，向氧彈中充入2Mpa（20kgcm-2）的氧氣。鋼瓶和氣體減壓閥的使用方法見實驗技術。充氧時，逆時針打開鋼瓶總開關，使高壓表為100kgcm-2；順時針旋緊調節螺桿（減壓閥），使活塞打開，低壓表為20kgcm-2。這樣，高壓氣體經節流減壓進入工作系統。轉動調節螺桿，改變活門開啟高度，調節氣體通過量，使其達到所需壓力。1-2min后，充氣完畢，旋松調節螺桿，關閉總開關。旋下導氣管，旋緊減壓閥調節螺桿，放掉氧氣表中的余氣。將氧彈的進氣螺栓旋上，再次用萬用表檢查兩電極間

35、的電阻。若電阻過大或電極與彈壁短路，則應放出氧氣，開蓋檢查。（3）測量用案秤準確稱取已被調節到低于室溫(夾套溫度)約1.0的自來水3.0kg于盛水桶內。將氧彈放入水桶中央，裝好攪拌馬達，把氧彈兩電極用導線與電火變壓器相連接，蓋上蓋子，用貝克曼溫度計（或數字式精密溫差測量儀）測恒溫水夾套的溫度（即雷諾溫度校正圖中的J點），然后再將其插入系統。開動攪拌馬達，待溫度穩定上升后，每隔1min讀取一次溫度（準確讀至0.001）。1012min后，點火_按下變壓器上電鍵45s。點火后，溫度讀數為每15s（或30s）一次，直至兩次讀數差值小于0.005，讀數間隔再恢復為每1min一次，繼續1012min后，

36、方可停止實驗。關閉電源，取出貝克曼溫度計（或數字精密溫差測量儀的探頭），再取出氧彈，打開氧彈出氣口，放出余氣。旋開氧彈蓋，檢查樣品燃燒是否完全。氧彈中應沒有明確的燃燒殘渣。若發現黑色殘渣，則應重做實驗。測量未燃燒鐵絲的長度，計算實際燃燒鐵絲的長度。最后，擦干氧彈和盛水桶。注意，樣品的點燃及燃燒完全與否，是本試驗最重要的一步。2萘燃燒熱的測定稱取0.6 g 左右的萘，按上述方法進行測定。五、數據記錄與處理1苯甲酸的燃燒熱值為-26460 J/g ,引燃鐵絲的燃燒值為-2.9J/cm。2作萘和苯甲酸的雷諾校正圖，由T計算水當量和萘的定容燃燒熱Qv，并進一步計算其定壓燃燒熱Qp。3根據所用儀器的精度

37、，正確表示測量結果，并指出最大測量誤差所在。附表1：前期時間溫度主期時間溫度后期時間溫度附表2：w/gT/結果苯甲酸C試樣QvQp六、思考問題1為了使實驗點火成功和完全燃燒應該注意什么問題？2固體樣品為什么要壓成片狀？3在量熱學測定中，還有那些情況需要用到雷諾溫度校正方法？4如何用萘的燃燒熱數據來計算萘的標準生成熱？七、特別啟示1為確保證實驗成功（點火和完全燃燒）還需盡可能做到：（1）將標準物質苯甲酸用研缽研細后，在100105 烘箱中烘干34小時，待冷卻到室溫，置于干燥器中待用。（2）壓成圓片的樣品,若能在樣品中間打個小洞，將螺旋形燃燒鐵絲從中穿過,只要能點火成功，樣品一定能完全燃燒。（3）

38、裝樣品時燃燒鐵絲不能與放樣品的金屬小皿接觸，否則電路短路，樣品不能燃燒。（4）制樣、裝樣、充氧、裝置等操作一定要小心仔細，特別是裝樣、充氧、裝置等一定要輕拿輕放，不能振動，更不能倒置。2氧彈式量熱計目前主要有GR3500型氧彈式量熱計系統、HR15型氧彈式量熱計系統以及SXHW-2數顯恒溫量熱儀。它們的量熱原理基本是相同的，不同的是前者主要是練習基本操作，第二者是計算機自動記錄和處理，第三者是樣品用量少，自動顯示讀數。3HR15型氧彈式量熱計系統的操作（1）進入系統（2）設定參數（3）輸入相關數據（4）開始實驗（5）退出棉線？實驗五 雙液系的氣-液平衡相圖一、目的要求1繪制苯乙醇雙液系的沸點組

39、成圖，確定恒沸混合物的沸點與組成；2掌握回流冷凝法測定液體沸點的方法；3掌握阿貝折光儀的使用以及用折光率確定液體組成的方法。二、基本原理1氣液相圖圖5-1 苯甲苯系統相圖兩種液態物質相互混合而成的二組分系統，稱為雙液系。若兩個組分能按任意比例互相溶解，則稱為完全互溶雙液系。液體的沸點是指液體的蒸汽壓與外界壓力相等時的溫度。在一定的外壓下，純液體的沸點有其確定值。但雙液系的沸點不僅與外壓有關，而且還與兩種液體的相對含量有關，并且，在沸點時平衡共存的氣、液兩相組成往往不同。在一定的外壓下，表示氣、液兩相平衡溫度與其組成之間關系的相圖，稱為 T-X圖，即將雙液系的沸點對其氣、液兩相組成作圖，稱為沸點

40、-組成圖。此時相律自由度組分數相數1在沸點-組成圖上，有溫度、液相組成和氣相組成三個變量，但只有一個自由度。一旦設定為某個變量，則其它兩個變量必有相應的確定值。如圖5-1：苯甲苯系統為例，溫度T這一水平線指出了在此溫度時處于平衡的液相組分x和氣相組分y的相應值。 苯與甲苯這一雙液系，基本上接近于理想溶液。然而絕大多數實際系統與拉烏爾（Raoult）定律有一定偏差。偏差不大時，溫度組成圖與此相似，溶液的沸點仍介于兩純物質的沸點之間。但是有些系統的偏差很大，以致其相圖將出現極值。正偏差很大的系統在T-x圖上呈現極小值，負偏差很大時則會有極大值。這樣的極值稱為恒沸點，其氣、液兩相的組成相同。如，已醇

41、-苯的沸點-組成圖具有最低共沸點。若雙液系相圖如圖5-2所示，當組成為x的溶液蒸餾時，系統的溫度沿虛線上升。當開始沸騰時，組成為y的氣相開始生成，繼續蒸餾，氣相量逐漸增多。同時，氣、液兩相的組成分別沿氣相線和液相線變化，而且，平衡相的相對量服從杠桿規則。當兩相的組成一定時，平衡兩相的相對量不變，溫度亦就恒定不變。采用回流冷凝法，保持氣、液兩相相對量一定 ，溫度就恒定，待兩相平衡并冷卻至室溫后，分別取出兩相的樣品，分析其組成，這樣，就給出該溫度下平衡氣、液兩相組成的一對坐標點。再改變總組成，就可給出另一對坐標點。在得若干坐標點后，將氣相點和液相點分別連成氣相線和液相線，即得沸點-組成圖。t/AB

42、Xx圖5-2 雙液系沸點-組成圖通常，測定一系列不同配比溶液的沸點及氣、液兩相的組成，就可繪制雙液系氣、液平衡系統的相圖。壓力不同時，雙液系相圖將略有差異。本實驗在大氣壓下進行測定，必要時將外壓校正到標準壓力。2、沸點測定儀 各種沸點儀的具體構造雖各有特點，但其設計思想則都集中于如何正確測定沸點、便于取樣分析、防止過熱及避免分餾等方面。本實驗所用的沸點儀如下圖所示.這是一只帶回流冷凝管的長頸圓底燒瓶。冷凝管底部有一半球形小室，用以收集冷凝下來的氣象樣品。電流經變壓器和粗導線通過浸于溶液中的電熱絲。這樣既可以減少溶液沸騰時的過熱現象，還能防止暴沸。小玻璃管有利于降低周圍環境對溫度計讀數可能造成的

43、波動。3、組成分析 平衡氣、液兩相組成的分析是采用折光率法。折光率是物質的一個特性數值。溶液的折光率與組成有關。若在一定條件下，測得一系列已知濃度溶液的折光率，就可繪出該溫度下折光率-組成的工作曲線。若測定同溫度下未知濃度溶液的折光率，就可從工作曲線上得到未知液的濃度。各濃度溶液的沸點和氣液相平衡組成的測定，采用回流冷凝的方法，用沸點儀分出溶液氣液兩相平衡時的氣相和液相，然后分別測定其折光率，依據組成與折光率的關系圖（稱為標準曲線），求出各自的含量。將測得的若干對沸點和氣液兩相的平衡組成，分別按氣相點和液相點連成氣相線和液相線，即為T-X相圖。三、儀器與試劑沸點測定儀 1個 阿貝折光儀 1臺超

44、級恒溫槽 1臺 調壓變壓器（0.5kva） 1臺燒杯（50ml，250ml） 各1只 彎嘴漏斗 1支長滴管及短滴管 各10支 讀數放大鏡 1個溫度計（50100最小分度0.1） 1支溫度計（0100最小分度1） 1支丙酮 （分析純） 二次蒸餾水苯（分析純） 無水乙醇（分析純）配制苯-乙醇溶液：10%、30%、45%、55%、65%、80%、95%圖5-3 沸點儀示意圖四、實驗步驟1、安裝沸點儀根據圖5-3所示，將一洗凈、干燥的沸點儀安裝好。檢查帶溫度計的塞子是否塞緊。加熱用的電熱絲要靠近容器的底部的中心。溫度計水銀球的位置要在支管之下，但至少要高于電熱絲2cm。2、測定沸點 借助彎嘴漏斗由自支

45、管加入要測定的溶液約30毫升，其液面應在水銀球中部。打開冷卻水，接通電源，用調壓變壓器調節電壓（約10伏），將液體緩緩加熱。當液體沸騰后，再調節電壓和冷卻水流量，使其均勻沸騰，且蒸汽在冷凝管中回流的高度應保持在2cm左右。如此沸騰一段時間，直到測量溫度計上的讀數穩定后為止，記錄溫度計的讀數和露莖溫度。3測定折光率切斷電源，停止加熱。用盛有冰水的250ml燒杯套在沸點儀底部使系統冷卻。用干燥的長滴管自冷凝管口伸入小球，吸取其中全部冷凝液。用另一支干燥的短滴管由支管吸取圓底燒瓶內的溶液約1ml。上述兩者即可認為是平衡氣、液兩相的樣品。樣品可以分別存在帶有磨口塞的試管中。試管應放在盛有冰水的小燒杯中

46、，以防止揮發。樣品的轉移要迅速，并應盡快測定其折光率。操作熟練后，也可將樣品直接滴在折光儀毛玻璃上進行測定。最后，將溶液倒入指定的貯液瓶。調節阿貝折光儀的恒溫水溫為25±0.2。用二次蒸餾水測定阿貝折光儀的讀數校正值為ND25=1.3325.然后分別測定平衡時的氣相樣品與液相樣品的折光率，對每一樣品要平行測定三次，取其平均值即為待測樣品在該溫度時的折光率。每次加樣測量前，必須先將折光儀棱鏡面洗凈，可用丙酮清洗，再用鏡頭紙輕輕吸去殘留在鏡面上的溶液。按上述步驟分別測定苯-乙醇溶液（10%、30%、45%、55%、65%、80%、95%）的沸點，以及平衡時氣相和液相的組成（折射率）。必要

47、時亦可測定苯和乙醇的沸點。根據所得各樣品的折光率在標準工作曲線上查找對應的組成。根據所測得的氣、液組成及沸點繪制沸點-組成圖。五、數據記錄與處理1記錄不同溶液的沸點、氣-液折光率與組成： 項目編號樣品組成/W%（苯）沸點T/氣相冷凝液液相冷凝液折射率組成/%折射率組成/%123平均平均1102303454555656807952以組成為橫坐標，沸點為縱坐標，繪制乙醇-苯雙液系沸點-組成相圖。3根據相圖確定最低恒沸點和恒沸混合物的組成。六、思考問題 1在測沸點時，溶液過熱或出現分餾現象，將使繪出的相圖有何變化？2討論本實驗的主要誤差來源。3工業上常生產95%酒精，若只用精餾含水酒精的方法，是否可

48、獲得無水乙醇？為什么？4試設計用其它方法測定氣，液兩相組成并討論其優缺點。5討論壓力組成相圖和溫度組成相圖的關系。七、特別啟示1沸點溫度校正（1）壓力校正 在標準壓力下測得的沸點為正常沸點。但通常外壓并不正好等于101325Pa, 因此，應對實驗測得值進行壓力校正。校正公式為：=（2）露莖校正作精密的溫度測量時，需對溫度計讀數作校正。除了溫度計的零點和刻度誤差等因素外，還應作露莖校正。這是由于玻璃水銀溫度計未能完全置于被測系統而引起的。根據玻璃與水銀膨脹系數的差異，校正值計算式為：式中tB為露徑部位的溫度值；h為露出在系統外的水銀柱長度，即圖中溫度計的觀測值與沸點儀軟塞處溫度計讀數之差，并以溫

49、度差值作為長度單位。（3）經校正后正常沸點為：2沸點儀儀器的設計必須方便于沸點和氣、液兩相組成的測定。蒸氣冷凝部分的設計是關鍵之一。若收集冷凝液的凹形半球容積過大，在客觀上即造成溶液的分餾；過小則因取樣太少而給測定帶來一定的困難。連接冷凝管和圓底燒瓶之間的連接管過短或位置過低，沸騰的液體就有可能濺入小球內；反之，則易導致沸點較高的組分先被冷凝下來，結果使氣相樣品組成將有偏差。在化工實驗中，可用（Rose）平衡釜測得平衡時的溫度及氣、液相組成值，效果較好。3組成測定可用相對密度或其它方法進行測定，但折光率的測定方法快速、簡單，特別是所需樣品較少，這對于本實驗特別合適。不過，若操作不當，誤差比較大

50、。通常需重復測定三次。實驗六 原電池電動勢的測定一、目的要求1測定Cu-Zn等電池的電動勢以及Cu、Zn電極的電極電勢；2掌握電勢差計的測量原理和使用方法；3學會銅電極、鋅電極的制備和處理方法。二、基本原理電池由正、負兩個極組成。 在放電過程中，負極發生氧化反應,正極發生還原反應,電池反應是正負電極反應的加合。根據熱力學原理得知，在定溫、定壓可逆條件下，電池反應有rGm=-nFErGm是電池反應吉布斯自由能變；n為電極反應得失電子數；F為法拉第常數 ；E為電池電動勢。但須注意，電池必須是可逆電池，即要求電池反應可逆，不存在液體接界，或用鹽橋消除了液體接界。同時，電池必須在可逆條件工作，即要求通

51、過的電流為無限小。為了確保在近可逆條件下，一般采用電勢差計進行測定，而不采用伏特計。對消法測定原理如圖6-1所示：+-C2C1SX-K-RBA-GV-+圖6-1 對消法測電動勢原理示意圖圖中V為工作電源，R為可變電阻，AB為滑線電阻，C為觸頭，G為檢流計，K為雙向開關，S為標準電池，X為待測電池。注意，無論在標定過程中，還是在測量過程中，都應使檢流計的電流為零，確保整個過程在可逆條件下進行。對于任意電池，其電池電動勢等于正負兩個電極電勢之差： E=+-式中：+是正極的電極電勢，-是負極的電極電勢。電池電動勢及電極電勢與濃度的關系為：以Cu-Zn電池為例：電池符號： Zn（s）ZnSO4(m1)CuSO4(m2)Cu(s)負極起氧化反應 Zn-2eZn2+正極起還原反應 Cu2+2eCu 電池總反應為 Zn Cu2+Zn2+Cu根據電極電勢的能斯特公式，Zn電極的電極電勢為： Cu電極的電極電勢為： 式中j°是當(Cu2+)=