《物理化学实验》讲义德州学院化学系王敦青 物理化学实验义 物理化学实验室
《物理化学实验》讲义 德州学院化学系 王敦青 物 理 化 学 实 验 讲 义 物理化学实验室
《物理化学实验》讲义德州学院化学系王敦青 目录 物理化学实验理论课(一)…………………………………………………………… 物理化学实验理论课(二)--温度的测量和控制…………………………14 常用光学仪器原理与使用 24 常用电学仪器原理与使用 ……43 恒温槽的装配及性能测试… …58 溶解热测定 凝固点降低法测分子量………………………………………………………………64 弱电解质电离常数和难溶盐溶解度测定 67 乙酸乙酯皂化 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数………… 丙酮碘化 75 纯液体饱和蒸气压的测量…… ……………………79 二组分金属相图的绘制… 双液系平衡相图 粘度法测定高聚物的分子量 最大液泡法测定溶液的表面张力 91 燃烧焓的测定… ………………95 磁化率的测定…… Z震荡反应… 所
《物理化学实验》讲义 德州学院化学系 王敦青 1 目录 物理化学实验理论课(一) ……………………………………………………………1 物理化学实验理论课（二）---温度的测量和控制………………………………………14 常用光学仪器原理与使用…………………………………………………………… 24 常用电学仪器原理与使用……………………………………………………………43 恒温槽的装配及性能测试……………………………………………………………58 溶解热测定…………………………………………………………………………… 62 凝固点降低法测分子量………………………………………………………………64 弱电解质电离常数和难溶盐溶解度测定……………………………………………67 乙酸乙酯皂化……………………………………………………………………………70 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数…………………………………………………72 丙酮碘化 ………………………………………………………………………………75 纯液体饱和蒸气压的测量…………………………………………………………………79 二组分金属相图的绘制……………………………………………………………………82 双液系平衡相图……………………………………………………………………………85 粘度法测定高聚物的分子量 ………………………………………………………………88 最大液泡法测定溶液的表面张力…………………………………………………………91 燃烧焓的测定………………………………………………………………………………95 磁化率的测定………………………………………………………………………………98 B-Z 震荡反应………………………………………………………………………………102 所
《物理化学实验》讲义德州学院化学系王敦青 物理化学实验理论银(∽) 、物理化学实验目的、要求和注意事项 (一)目的 1.使学生了解物理化学实验的基本实验方法和实验技术,学会通用仪器的操作,培养学生的动 手能力 2.通过实验操作、现象观察和数据处理,锻练学生分析问题、解决问题的能力。 加深对物理化学基本原理的理解,给学生提供理论联系实际和理论应用于实践的机会。 培养学生勤奋学习,求真,求实,勤俭节约的优良品德和科学精神 (二)要求 1.作好预习 学生在进实验室之前必须仔细阅读实验书中有关的实验及基础知识,明确本次实验中测定什么 量,最终求算什么量,用什么实验方法,使用什么仪器,控制什么实验条件,在此基础上,将实验 目的,操作步骤、记录表和实验时注意事项写在预习笔记本上。 进入实验室后不要急于动手做实验,首先要对照卡片查对仪器,看是否完好,发现问题及时向 指导教师提出,然后对照仪器进一步预习,并接受教师的提问、讲解,在教师指导下做好实验准备 工作。 2.实验操作及注意事项 经指导教师同意方可接通仪器电源进行实验。仪器的使用要严格按照“基础知识与技术”中规 定的操作规程进行,不可盲动;对于实验操作步骤,通过预习应心中有数,严禁“抓中药”式的操作, 看一下书,动一动手。实验过程中要仔细观察实验现象,发现异常现象应仔细查明原因,或请教指 导教师帮助分析处理。实验结果必须经教师检査,数据不合格的应及时返工重做,直至获得满意结 果,实验数据应随时记录在预习笔记本上,记录数据要实事求是,详细准确,且注意整洁清楚,不 得任意涂改。尽量采用表格形式。要养成良好的记录习惯。实验完毕后,经指导教师同意后,方可 离开实验室。 3实验报告 学生应独立完成实验报告,并在下次实验前及时送指导教师批阅。实验报告的内容包括实验目 的、简明原理、实验装置简图(有时可用方块图表示)、简单操作步骤、数据处理、结果讨论和思考 题。数据处理应有原始数据记录表和计算结果表示表(有时二者可合二为一),需要计算的数据必须 列出算式,对于多组数据,可列出其中一组数据的算式。作图时必须按本绪论中数据处理部分所要 求的去作,实验报告的数据处理中不仅包括表格、作图和计算,还应有必要的文字叙述。例如:“所 得数据列入××表”,“由表中数据作××~××图”等,以便使写出的报告更加清晰、明了,逻 辑性强,便于批阅和留作以后参考。结果讨论应包括对实验现象的分析解释,查阅文献的情况,对 实验结果误差的定性分析或定量计算,对实验的改进意见和做实验的心得体会等,这是锻练学生分 析问题的重要一环,应予重视。 4.实验室规则 (1)实验时应遵守操作规则,遵守一切安全措施,保证实验安全进行。 (2)遵守纪律,不迟到,不早退,保持室内安静,不大声谈笑,不到处乱走,不许在实验室内嘻 闹及恶作剧。 (3)使用水、电、煤气、药品试剂等都应本着节约原则 (4)未经老师允许不得乱动精密仪器,使用时要爱护仪器,如发现仪器损坏,立即报告指导教师 并追查原因。 (5)随时注意室内整洁卫生,火柴杆、纸张等废物只能丢入废物缸内,不能随地乱丢,更不能丢 入水槽,以免堵塞。实验完毕将玻璃仪器洗净,把实验桌打扫干净,公用仪器、试剂药品等都整理 整齐
《物理化学实验》讲义 德州学院化学系 王敦青 2 物理化学实验理论课(一) 一、物理化学实验目的、要求和注意事项 (一)目的 1.使学生了解物理化学实验的基本实验方法和实验技术，学会通用仪器的操作，培养学生的动 手能力。 2.通过实验操作、现象观察和数据处理，锻练学生分析问题、解决问题的能力。 3.加深对物理化学基本原理的理解，给学生提供理论联系实际和理论应用于实践的机会。 4.培养学生勤奋学习，求真，求实，勤俭节约的优良品德和科学精神。 (二)要求 1.作好预习 学生在进实验室之前必须仔细阅读实验书中有关的实验及基础知识，明确本次实验中测定什么 量，最终求算什么量，用什么实验方法，使用什么仪器，控制什么实验条件，在此基础上，将实验 目的，操作步骤、记录表和实验时注意事项写在预习笔记本上。 进入实验室后不要急于动手做实验，首先要对照卡片查对仪器，看是否完好，发现问题及时向 指导教师提出，然后对照仪器进一步预习，并接受教师的提问、讲解，在教师指导下做好实验准备 工作。 2.实验操作及注意事项 经指导教师同意方可接通仪器电源进行实验。仪器的使用要严格按照“基础知识与技术”中规 定的操作规程进行，不可盲动;对于实验操作步骤，通过预习应心中有数，严禁“抓中药”式的操作， 看一下书，动一动手。实验过程中要仔细观察实验现象，发现异常现象应仔细查明原因，或请教指 导教师帮助分析处理。实验结果必须经教师检查，数据不合格的应及时返工重做，直至获得满意结 果，实验数据应随时记录在预习笔记本上，记录数据要实事求是，详细准确，且注意整洁清楚，不 得任意涂改。尽量采用表格形式。要养成良好的记录习惯。实验完毕后，经指导教师同意后，方可 离开实验室。 3.实验报告 学生应独立完成实验报告，并在下次实验前及时送指导教师批阅。实验报告的内容包括实验目 的、简明原理、实验装置简图(有时可用方块图表示)、简单操作步骤、数据处理、结果讨论和思考 题。数据处理应有原始数据记录表和计算结果表示表(有时二者可合二为一)，需要计算的数据必须 列出算式，对于多组数据，可列出其中一组数据的算式。作图时必须按本绪论中数据处理部分所要 求的去作，实验报告的数据处理中不仅包括表格、作图和计算，还应有必要的文字叙述。例如:“所 得数据列入××表”，“由表中数据作××～××图”等，以便使写出的报告更加清晰、明了，逻 辑性强，便于批阅和留作以后参考。结果讨论应包括对实验现象的分析解释，查阅文献的情况，对 实验结果误差的定性分析或定量计算，对实验的改进意见和做实验的心得体会等，这是锻练学生分 析问题的重要一环，应予重视。 4.实验室规则 (1)实验时应遵守操作规则，遵守一切安全措施，保证实验安全进行。 (2)遵守纪律，不迟到，不早退，保持室内安静，不大声谈笑，不到处乱走，不许在实验室内嘻 闹及恶作剧。 (3)使用水、电、煤气、药品试剂等都应本着节约原则。 (4)未经老师允许不得乱动精密仪器，使用时要爱护仪器，如发现仪器损坏，立即报告指导教师 并追查原因。 (5)随时注意室内整洁卫生，火柴杆、纸张等废物只能丢入废物缸内，不能随地乱丢，更不能丢 入水槽，以免堵塞。实验完毕将玻璃仪器洗净，把实验桌打扫干净，公用仪器、试剂药品等都整理 整齐
《物理化学实验》讲义德州学院化学系王敦青 (6)实验时要集中注意力,认真操作,仔细观察,积极思考,实验数据要及时如实详细地记在预 习报告本上,不得涂改和伪造,如有记错可在原数据上划一杠,再在旁边记下正确值。 (⑦)实验结束后,由同学轮流值日,负责打扫整理实验室,检査水、煤气、门窗是否关好,电闸 是否拉掉,以保证实验室的安全 实验室规则是人们长期从事化学实验工作的总结,它是保持良好环境和工作秩序,防止意外事 故,做好实验的重要前提,也是培养学生优良素质的重要措施 二、实验内容 实验一热学测量技术及仪器使用 实验二光学测量技术及仪器使用 实验三电学测量技术及仪器使用 实验四真空测量技术及仪器使用 实验五恒温水浴的组装及其性能测试 实验六燃烧热的测定 实验七纯液体饱和蒸汽压的测定 实验八凝固点降低法测定摩尔质量 实验九双液系的气-液平衡相 实验十二组分金属相图的绘制 实验十一溶解热的测定 实验十二差热分析(丙酮碘化) 实验十三旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 实验十四粘度法测高聚物分子量 实验十五最大泡压法测定溶液的表面张力 实验十六弱电解质的电离常数测定(电导及其应用) 实验十七结构化学测量技术(一) 实验十八结构化学测量技术(二) 三、物理化学实验中的误差及数据的表达 由于实验方法的可靠程度,所用仪器的精密度和实验者感官的限度等各方面条件的限制,使得 一切测量均带有误差测量值与真值之差。因此,必须对误差产生的原因及其规律进行研究,方可在 合理的人力物力支出条件下,获得可靠的实验结果,再通过实验数据的列表、作图、建立数学关系 式等处理步骤,就可使实验结果变为有参考价值的资料,这在科学研究中是必不可少的 (一)误差的分类按其性质可分为如下三种 1.系统误差 在相同条件下,多次测量同一量时,误差的绝对值和符号保持恒定,或在条件改变时,按某 确定规律变化的误差,产生的原因有 (1)实验方法方面的缺陷。例如使用了近似公式。 (2)仪器药品不良引起。如电表零点偏差,温度计刻度不准,药品纯度不高等。 (3)操作者的不良习惯。如观察视线偏高或偏低。 改变实验条件可以发现系统误差的存在,针对产生原因可采取措施将其消除。 2过失误差(或粗差) 这是一种明显歪曲实验结果的误差。它无规律可循,是由操作者读错、记错所致,只要加强责 任心,此类误差可以避免。发现有此种误差产生,所得数据应予以剔除。 3偶然误差(随机误差)
《物理化学实验》讲义 德州学院化学系 王敦青 3 (6)实验时要集中注意力，认真操作，仔细观察，积极思考，实验数据要及时如实详细地记在预 习报告本上，不得涂改和伪造，如有记错可在原数据上划一杠，再在旁边记下正确值。 (7)实验结束后，由同学轮流值日，负责打扫整理实验室，检查水、煤气、门窗是否关好，电闸 是否拉掉，以保证实验室的安全。 实验室规则是人们长期从事化学实验工作的总结，它是保持良好环境和工作秩序，防止意外事 故，做好实验的重要前提，也是培养学生优良素质的重要措施。 二、实验内容 实验一 热学测量技术及仪器使用 实验二 光学测量技术及仪器使用 实验三 电学测量技术及仪器使用 实验四 真空测量技术及仪器使用 实验五 恒温水浴的组装及其性能测试 实验六 燃烧热的测定 实验七 纯液体饱和蒸汽压的测定 实验八 凝固点降低法测定摩尔质量 实验九 双液系的气-液平衡相图 实验十 二组分金属相图的绘制 实验十一 溶解热的测定 实验十二 差热分析（丙酮碘化） 实验十三 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 实验十四 粘度法测高聚物分子量 实验十五 最大泡压法测定溶液的表面张力 实验十六 弱电解质的电离常数测定(电导及其应用) 实验十七 结构化学测量技术(一) 实验十八 结构化学测量技术(二) 三、物理化学实验中的误差及数据的表达 由于实验方法的可靠程度，所用仪器的精密度和实验者感官的限度等各方面条件的限制，使得 一切测量均带有误差测量值与真值之差。因此，必须对误差产生的原因及其规律进行研究，方可在 合理的人力物力支出条件下，获得可靠的实验结果，再通过实验数据的列表、作图、建立数学关系 式等处理步骤，就可使实验结果变为有参考价值的资料，这在科学研究中是必不可少的。 (一)误差的分类 按其性质可分为如下三种: 1.系统误差 在相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改变时，按某一 确定规律变化的误差，产生的原因有: (1)实验方法方面的缺陷。例如使用了近似公式。 (2)仪器药品不良引起。如电表零点偏差，温度计刻度不准，药品纯度不高等。 (3)操作者的不良习惯。如观察视线偏高或偏低。 改变实验条件可以发现系统误差的存在，针对产生原因可采取措施将其消除。 2.过失误差(或粗差) 这是一种明显歪曲实验结果的误差。它无规律可循，是由操作者读错、记错所致，只要加强责 任心，此类误差可以避免。发现有此种误差产生，所得数据应予以剔除。 3.偶然误差(随机误差)
《物理化学实验》讲义德州学院化学系王敦青 在相同条件下多次测量同一量时,误差的绝对值时大时小,符号时正时负,但随测量次数的增 加,其平均值趋近于零,即具有抵偿性,此类误差称为偶然误差。它产生的原因并不确定,一般是 由环境条件的改变(如大气压、温度的波动),操作者感官分辨能力的限制(例如对仪器最小分度以内 的读数难以读准确等)所致。 误差的表达方法有三种 1.平均误差δ= ∑H 其中d为测量值x与算术平均值之差,n为测量次数,且x i=1,2,…,n。以下同上。 2标准误差(或称均方根误差) 3.或然误差P=0.6750 般常用前面两种。为了表达测量的精度,又有绝对误差、相对误差两种表达方法 1.绝对误差 它表示了测量值与真值的接近程度,即测量的准确度。其表示法:土δ或X±。,其中8 和0分别为平均误差和标准误差,一般以一位数字(最多两位)表示。 2.相对误差 它表示测量值的精密度,即各次测量值相互靠近的程度。其表示法为 (1)平均相对误差=×1009(2)标准相对误差=士g100 图I-1正态分布误差曲线 (二)偶然误差的统计规律和可疑值的舍弃 偶然误差符合正态分布规律,即正、负误差具有对称性。所以,只要测量次数足够多,在消除 了系统误差和粗差的前提下,测量值的算术平均值趋近于真值 X〓 但是,一般测量次数不可能有无限多次,所以一般测量值的算术平均值也不等于真值。于是人们又 常把测量值与算术平均值之差称为偏差,常与误差混用 如果以误差出现次数N对标准误差的数值σ作图,得一对称曲线(如图I-1)。统计结果表明测 量结果的偏差大于3σ的概率不大于0.3%。因此根据小概率定理,凡误差大于3σ的点,均可以 作为粗差剔除。严格地说,这是指测量达到一百次以上时方可如此处理,粗略地用于15次以上的测 对于10~15次时可用2σ,若测量次数再少,应酌情递减
《物理化学实验》讲义 德州学院化学系 王敦青 4 在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值时大时小，符号时正时负，但随测量次数的增 加，其平均值趋近于零，即具有抵偿性，此类误差称为偶然误差。它产生的原因并不确定，一般是 由环境条件的改变(如大气压、温度的波动)，操作者感官分辨能力的限制(例如对仪器最小分度以内 的读数难以读准确等)所致。 误差的表达方法有三种: 1.平均误差 其中 di为测量值 xi与算术平均值之差，n 为测量次数，且 ， i=1，2，…，n。以下同上。 2.标准误差(或称均方根误差) 3.或然误差 P=0.675σ 一般常用前面两种。为了表达测量的精度，又有绝对误差、相对误差两种表达方法。 1. 绝对误差 它表示了测量值与真值的接近程度，即测量的准确度。其表示法： 或 ±σ，其中 δ 和 σ 分别为平均误差和标准误差，一般以一位数字(最多两位)表示。 2.相对误差 它表示测量值的精密度，即各次测量值相互靠近的程度。其表示法为: (1) 平均相对误差＝ ×100% (2) 标准相对误差＝± 100% 图Ⅰ-1 正态分布误差曲线 (二)偶然误差的统计规律和可疑值的舍弃 偶然误差符合正态分布规律，即正、负误差具有对称性。所以，只要测量次数足够多，在消除 了系统误差和粗差的前提下，测量值的算术平均值趋近于真值 但是，一般测量次数不可能有无限多次，所以一般测量值的算术平均值也不等于真值。于是人们又 常把测量值与算术平均值之差称为偏差，常与误差混用。 如果以误差出现次数 N 对标准误差的数值 σ 作图，得一对称曲线(如图 I-1)。统计结果表明测 量结果的偏差大于 3σ 的概率不大于 0.3％。因此根据小概率定理，凡误差大于 3σ 的点，均可以 作为粗差剔除。严格地说，这是指测量达到一百次以上时方可如此处理，粗略地用于 15 次以上的测 量。对于 10～15 次时可用 2σ，若测量次数再少，应酌情递减