物理化学实验思考题及参考答案(2)

2019-09-01 21:05

4、如何确定等边三角形坐标面上的点的组成?

答:通过三角形内任何一点O引平行线于各边的直线,根据几何原理,a+b+c=AB=BC=CA=100%,或者a'+b'+c'=AB=BC=CA=100%。因此,O点的组成可由a'、b'、c'来表示,即O点所代表的三个组分的百分组成是:B%= b',C%= c',A%= a'。

5、通过任一顶点B向其对边引直线BD,则BD线上的各点所表示的组成中,A、C两个组分含量的比值如何?

答:A、C两个组分的含量的比值保持不变。

6、如果有两个三组分体系D和E,将其混合之后其组成点会落在哪?

答:其成分必定位于D、E两点之间的连线上。

7、对于等边三角形坐标内的任意一组成O,向其加纯B,体系的组成点会落在哪?若蒸发掉B,体系的组成点又会落在哪?

答:向其中加入纯B时体系总组成点将沿直线OB向B移动,即落在OB直线上。蒸发掉B时体系总组成点将沿直线OB的反方向移动,即落在OB的反向延长线上。

8、已知一三组分体系P的百分组成为:B%=20,C%=30,A%=50,如何在等边三角形坐标上绘制出P点?

答:在B%=20处做一条顶点B对边的平行线,该线上所有点B的百分组成均为B%=20,再在C%=30在处做一条顶点C对边的平行线,该线上所有点C的百分组成均为C%=30,这两条平行线的交点即为P。

9、请绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图的草图,并分析各相区的相数及相态。

答:醋酸(A)和氯仿(B) 能无限混溶,醋酸(A) 和水(C)也能无限混溶,但氯仿和水只能部分互溶。在它们组成的三组分系统相图上出现一个帽形区,在a和b之间,溶液分为两层,一层是在醋酸存在下,水在氯仿中的饱和液,如一系列 a 点所示;另一层是氯仿在水中的饱和液,如一系列 b 点所示,这对溶液称为共轭溶液。

在物系点为c的系统中加醋酸,物系点向A移动,到达c1时,对应的两相组成为a1和b1,由于醋酸在两层中含量不等,所以连结线a1b1不一定与底边平行。继续加醋酸,使B,C两组分互溶度增加,连结线缩短,最后缩为一点,O点称为等温会溶点或褶点,这时两层溶液界面消失,成单相。组成帽形区的 aOb 曲线称为双结点溶解度曲线或双结线。 两相分界曲线aOb内组分点相数为二,为两液相平衡共存,曲线外组分点及曲线上点相数为一,为单液相。

10、要绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图关键是找出哪些点?如何找?

答:要绘制出有一对部分互溶的三组分液-液体系的平衡相图关键是找出双结点溶解度曲线或双结线上的点,然后绘制出双结点溶解度曲线或双结线上。如图现有一个环己烷-水的二组分体系,其组成为K′,向其中逐渐加入乙醇,则体系总组成沿K′B变化(环己烷-水比例保持不变),在曲线以下区域内则存在互不混溶的两共扼相,将溶液振荡后则出现浑浊状态。继续滴加乙醇直到曲线上的d点,体系将由两相区进人单相区,溶液将由浑浊转为清澈,继续加乙醇至e点,溶液仍为清澈的单相。如果在这一体系中滴加水,则体系总组成将沿e-C变化(乙醇-环己烷比例保持不变),直到曲线上的f点。此后由单相区进入两相区,溶液开始由清澈变浑浊。继续滴加水至g点仍为两相。此时若在此体系中再加人乙醇,至h点则由两相区进入单相区,液体由浑变清。如此反复进行,可获得d、f、h、j…位于曲线上的点,将它们连接即得单相区与两相区分界的曲线。

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11、由K′滴加乙醇到曲线上的d点,体系由两相区进人单相区,溶液由浑浊转为清澈,为何还要继续加乙醇至e点?而不是在d点直接滴加水?

答:便于出现新的清浊变化点。使混合液交替出现在单相区和两相区之间,找出不同的单、两相区的分界点,从而得到单、两相区的分界曲线。

12、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,要绘制单相区与两相区的分界线,即双结点溶解度曲线或双结线,应准确记录哪些数据,知道哪些数据,计算出哪些数据?

答:应准确记录清浊转变时各组分的精确体积,实验温度,应知道实验温度下各纯组分的密度,然后计算出各组分的质量及质量百分数。用等边三角形坐标画图即可。

13、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,如果滴定过程中有一次清浊转变时读数不准,是否需要立即倒掉溶液重新做实验?为什么?

答:不需要,可用乙醇或者水回滴几滴恢复,记下各试剂的实际用量。因为实验只要找出单、双相区的分界曲线上的一系列点即可。

14、 三组分液-液体系的平衡相图中,连接线交于曲线上的两点代表什么?

答:G及I代表总组成为H的体系的两个共轭溶液,G是它的水层的平衡组成,I是它的环己烷层的平衡组成。

15、三组分液-液体系的平衡相图实验中,使用的锥形瓶、分液漏斗为什么要事先干燥?

答:由于本实验是通过体积的精确测量,然后根据室温下的密度计算出相变点的组成,因此使用的锥形瓶、分液漏斗要事先干燥。如果上述仪器不干燥,会使混合溶液中的水的体积增加,使得计算的水的质量小于水的实际质量,影响实验结果。

16、 三组分液-液体系的平衡相图实验中,用水或乙醇滴定至清浊变化以后,为什么还要加入过量?过量的多少对结果有何影响?

答:为了使混合液交替出现在单相区和两相区之间,找出单、两相区的分界点,从而得到单、两相区的分界曲线。过量多时会使得实验测得的分界点位于分界曲线的后端部位,影响曲线绘制,从而影响实验结果。

17. 三组分液-液体系的平衡相图实验中,当体系总组成点在曲线内与曲线外时相数有何不同?总组成点通过曲线时发生了什么变化?

答:曲线内相数为二,曲线外相数为一。总组成点通过曲线时会从单相变成两相或者两相变成单相。

18.温度升高,体系的溶解度曲线会发生什么样的变化?在本实验操作中 应注意哪些问题,以防止温度变化而影响实验的准确性?

答:当温度升高时,三组分体系帽形区会变小。注意不要用手捂住试剂瓶,以免增加温度,从而影响结果。实验操作中手应避免触及锥形瓶底部的溶液,防止温度升高而导致溶液挥发,滴定时动作要迅速,应减少震荡时间。

19、简述绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区的连接线的基本原理。

答:设将组成为E的环己烷-乙醇混合液,滴加到组成为G、质量为WG

的水层溶液中,如图76-2(b)所示,则体系总组成点将沿直线GE向E移动,当移至F点时,液体由浑变清(由两相变为单相),根据杠杆规则,加入环己烷-乙醇混合物的质量WE与水层G的质量WG之比按式(1)确定

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WEWG?FGEF (1)

已知E点及FG/EF值后,可通过E作曲线的割线,使线段符合FG/EF=WE/WG,从而可确定出G点的位置。由G点通过原体系总组成点H,即得连接线GI。G及I代表总组成为H的体系的两个共轭溶液,G是它的水层。

20、要绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区中某一点的连接线,应准确记录哪些数据?

答:要绘制三组分液-液体系的平衡相图中两相区中某一点的连接线,应准确记录某一点的组成,加入环己烷-乙醇混合物的组成及质量WE与某混合液水层G的质量WG.。

实验七十八 溶液电导的测定——测HAc的电离平衡常数 1. 简述电导法测醋酸的电离平衡常数的测量原理。

电解质溶液属于第二类离子导体,它是靠正负离子的定向迁移传递电流,溶液的导电本领可用电导率来表示。将电解质溶液放入两平行电极之间,两电极距离为l(m),两电极面积均为A(m2),这时溶液的电阻、电导、电导率分别为:

R??lA?1??lA kcell?lA G?1R ??Al??kcell ?? kcell R电导池常数或电极常数kcell可用标准溶液(常用氯化钾溶液)标定。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。

溶液的摩尔电导率?m是指把含有1mol 电解质的溶液置于相距为 1m 的两平行电板电极之间的电导,其单位

为S·m2·mol-1。摩尔电导率与电导率和浓度的关系为:?m??c

无限稀释摩尔电导率?m:溶液在无限稀释时的摩尔电导率。无论强弱电解质,此时均全部电离,符合离子独立移动定律:?m????m,?????m,?。

?????m随浓度变化的规律,对强弱电解质各不相同,对强电解质稀溶液可用科尔劳奇(Kohlrausch)经验公式表示:

???m??m?Ac,将?m对c作图,外推可求得?m。

对弱电解质来说,可以认为它的电离度?等于溶液在浓度为c时的摩尔电导率?电导率??mm和溶液在无限稀释时的摩尔

之比,即:???m??。 mAB型弱电解质在溶液中达电离平衡时,电离平衡常数Kc与浓度c和电离度?有以下关系:

AB ? A ? B初始 c 0 0?-

达电离平衡 c?1-?? c? c? 8

Kc??c?c??α21?α??c?mc??(Λm)2Λ(Λ?m

?Λm)Kc(Λm)Λm??2可改写为直线方程: cc???Λm????KcΛm

测出HAc溶液不同浓度c的电导率κ,计算出其摩尔电导率?线斜率和截距可求得??和Kc。 m

?m,以cc???Λm对1?m作图为一直线,从直

2. 在电导法测醋酸的电离平衡常数实验中,影响准确测定结果的因素有那些? 答:溶液的浓度,恒温槽的温度,电导水的电导率,移液管取液。

3. 用不同的电导电极测定同一溶液的电导率时所得结果应该怎样?为什么?

答:理论上应该相同,因为溶液的电导率是溶液本身的性质。如果电导池常数或电极常数kcell没有标定,会导致用不同的电导电极测定同一溶液的电导率得到的结果略有不同。

4. 如何定性地解释电解质的摩尔电导率随浓度增加而降低?

答:对强电解质而言,溶液浓度降低,摩尔电导率增大,这是因为随着溶液浓度的降低,离子间引力变小,粒子运动速度增加,故摩尔电导率增大。对弱电解质而言,溶液浓度降低时,解离度增加,溶液电导率变化不大,因此摩尔电导率也增加,在溶液极稀时,随着溶液浓度的降低,摩尔电导率急剧增加。

5. 测定溶液的电导率时为何要用交流电?能否用直流电?

答:直流电有可能会在溶液中发生电化学反应(例如电解水成为氢气和氧气),改变测定溶液的浓度,影响测量结果;用交流电不会出现这样的问题,因为电流的方向总是在变化,溶液中没有稳定的电极存在,不会发生持续的电化学反应。

6. 什么是电导水?测醋酸的电离平衡常数时为何要测电导水的电导率?水越纯,电导率是越大还是越小?

答:电导水是指实验室中用来测定溶液电导时所用的一种纯净水,其??1?10?4S?m?1。

水的电导率相对弱电解质的电导率是不能忽略的,因此要测定水的电导率。水越纯,电导率越小。

7. 电解质溶液电导与哪些因素有关?

答:电解质溶液导电主要与电解质的性质,溶剂的性质,测量环境的温度有关。

8. 在测HAc的电离平衡常数实验中,用移液管移取溶液时能否先用该溶液润洗?为什么?

答:需要先用该溶液润洗,因为要准确知道醋酸的浓度,不用醋酸润洗移液管就会造成醋酸浓度偏小,造成实验误差。

9. 在电导法测醋酸的电离平衡常数实验中,为什么要测电导池常数?如何得到该常数?

答:在电导法测醋酸的电离平衡常数实验中,要求醋酸的电离平衡常数,需测出HAc溶液不同浓度c的电导率

κ,要准确测定HAc溶液电导率κ,必须先准确知道实验中所用电导池常数或电极常数kcell。电导池常数或电极常

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数kcell可用标准溶液(常用氯化钾溶液)标定。

10. 在电导法测醋酸的电离平衡常数实验中,测电导率时为什么要恒温?实验中测电导池常数和溶液电导率,温度是否要一致?

答:电离平衡常数是温度的函数,随温度而变,所以测定时要在恒温条件下进行。温度需要一致,否则给实验造成很大误差。

11. 设计一个实验,用电导法测定难溶盐PbSO4的溶解度,并写出实验方案。

答:用电导法测定难溶盐PbSO4的溶解度的实验方案: (1)将恒温水浴温度调至(25.0±0.1)℃或(30.0±0.1)℃。 (2)测定电导池常数Kcell

倾去电导池中蒸馏水(电导池不用时,应把两铂黑电极浸在蒸馏水中,以免干燥致使表面发生改变)。将电导池和铂电极用少量的0.1mol·L-1 KCl溶液洗涤2-3次后,装入0.1mol·L-1 KCl溶液,恒温后,用电导率仪测其电导率,重复测定三次。

(3)测定电导水的电导率

倾去电导池中的KCl溶液,用电导水洗净电导池和铂电极,然后注入电导水,恒温后测其电导率,重复测定三次。

(4)测定硫酸铅溶液的电导率

将约1克固体硫酸铅放入200毫升锥形瓶中,加入约100毫升电导水,摇动并加热至沸腾。倒掉清夜,以除去可溶性杂质,按同法重复两次,再加入100毫升电导水,加热至沸腾使之充分溶解。然后放在恒温槽中,恒温20分钟使固体沉淀,将上层溶液倒入一个干燥的试管中,恒温后测其电导率,然后换溶液在测定俩次,求平均值。

12. 温度越高为什么醋酸的电离平衡常数越小?

答:电离平衡常数与温度的关系主要取决于电离过程是放热还是吸热过程。如是放热,则温度越高,电离平衡常数越小;如是吸热,则相反。酸碱的电离过程是放热,故温度越高电离平衡常数就越小。其实电离过程中是放热还是吸热,主要看能量变化,电解质中断键从稳定到不稳定,能量由小变大,是吸热过程,而以形成水合离子成键则是由不稳定到稳定,能量由大变小,则是放热过程。

13. 如何测定电导电极常数?为何要对常数进行校准?

答:根据公式K=κ/G=Rκ,电极常数K可以通过测量电导电极在一定浓度的KCl溶液中的电导G(或电阻R)来求得,此时KCl溶液的电导率κ是已知的。由于测量溶液的浓度和温度不同,以及测量仪器的精度和频率也不同,电导电极常数K有时会出现较大的误差,使用一段时间后,电极常数也可能会有变化,因此,新购的电导电极,以及使用一段时间后的电导电极,电极常数应重新测量标定,电导电极常数测量时应注意以下几点:(1)测量时应采用配套使用的电导率仪,不要采用其它型号的电导率仪。 (2)测量电极常数的KCl溶液的温度,以接近实际被测溶液的温度为好。 (3)测量电极常数的KCl溶液的浓度,以接近实际被测溶液的浓度为好。

14. 测溶液的电导时,为了消除极化作用,实验中采取了什么措施?

答:用交流电,用镀铂黑的铂电极,增大电极面积,减小电流密度,减小极化。

实验七十九 原电池电动势的测定及其应用 1. 简述对消法测原电池电动势的测量原理。

答:电位差计是根据补偿法(或称对消法)测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器。其工作原理是在待测电池上并联一个大小相等,方向相反的外加电势,这样待测电池中就没有电流通过,外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。如图所示,电位差计有工作、标准、测量三条回路。

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