物理化学实验(4)

2020-04-14 18:48

2. 在乙酸乙脂皂化反应实验中,用浓度均为0.010mol/dm3的CH3COOC2H5 和NaOH 溶液等体积混合,如要得到电导率Κ∞,可用下列哪种溶液的电导率代替: ( D )

A.0.010mol/dm3的NaOH; B.0.005mol/dm3的NaOH;

C.0.010mol/dm3的CH3COONa;D.0.005mol/dm3的CH3COONa。

3.对于乙酸乙脂皂化反应实验,以下可能的误差原因中错误的是: ( D ) A.没有调节电导率仪常数; B.电导率仪没有作满刻度校正; C.没有调节电导率仪温度补偿;D.混合管没有用溶液润洗。

实验十二. 界面移动法测定离子的迁移数

思考题参考答案:

1.离子迁移数与哪些影响因素有关?

答:影响离子迁移数的因素包括:1)离子的性质;2)溶剂的性质;3)共存离子的性质;4)离子以及共存离子的浓度;5)温度;6)电场强度大小等。

2.保持界面清晰的条件是什么?

答:1)待测离子迁移数的离子和后续离子,例如本实验中的H+和Cd2+在实验条件下的电迁移速率差异明显;2)电场强度恒定。

3.实验过程中电流值如何变化?迁移管的电极接反将产生什么现象?为什么? 答:实验过程中在负极(铜电极)一端H+不断被还原析出H2,虽然有H+不断迁移到达电极表面附近,仍会引起H+浓度逐渐降低,电极反应速率变慢,迁移管中流过的电流逐渐变小。

如果迁移管的电极接反,负极(铜电极)接在迁移管的下端,在铜电极表面析出的H2 无法顺利溢出,迁移管内就会出现气泡而引起断路,甚至引起稳压电压损坏。

4.如何求得Cl-离子的迁移数?

答:本实验中H+离子的共存离子只有Cl-离子,因此有:t(H+)+t(Cl-)=1 通过实验测得t(H+),即可由下式计算Cl-离子的迁移数:t(Cl-)=1- t(H+) 其它相关问题:

1.界面移动法测定HCl 溶液中氢离子迁移数实验中,以下叙述中正确的是: ( A )

A.迁移管两端电势恒定;B.迁移管中的电流恒定;

C.迁移管内的电阻恒定;D.加在标准电阻上的电势恒定。

2.界面移动法测定HCl 溶液中氢离子迁移数实验中,以下叙述中正确的是: ( A )

A.铜棒作阴极,在上端;B.镉棒作阴极,在下端; C.界面向下移动;D.t(H+)+t(Cd2+)+t(Cl-)=1。

实验十三. 粘度法测定高聚物的相对分子质量

思考题参考答案:

1.乌氏粘度计中的支管C 的作用是什么?能否去除C 管改为双管粘度计使用?为什么?

答:粘度测量过程中液体通过毛细管的流速(流过时间)与下落过程中的液体静压差也有关系。为了保证在

实验测定一定体积标准样和待测试样流过时间时的液体静压差相等(或接近相等),在乌氏粘度计中设计了

侧管C,操作时先按住侧管C,用洗儿球将试样吸入B 管至小球G 上端刻度以上,放开洗儿球并迅速放开侧管C,使得毛细管内液体下端悬空,即可保证试样在恒定的液体静压差下流

过毛细管。在乌氏粘度计中不能没有侧管C。但可以去除侧管C 改为奥氏粘度计。奥氏粘度计的使用方法不同:乌氏粘度计操作使用时液体加入量不需要定量而只需要加入液体量能够在大球F 的两条刻度线之间,并能够保证在放开侧管C 后毛细管内的液体下端处于悬空状态即可,而在操作使用奥氏粘度计时,要保证每次定量加入液体,使得试样在恒定(或接近恒定)的液体静压差下流过毛细管。

2.粘度计的毛细管粗细对实验有什么影响?

答:测定不同粘度值的液体粘度,要选用不同毛细管管径的粘度计。若液体粘度较小,而毛细管管径太大,则流过时间过短,导致实验误差偏大;若液体粘度较大,而毛细管管径过细,则流过时间过长,实验耗费时间过多。如果毛细管管径太细,甚至可能发生液体无法下落,毛细管也容易堵塞报废。

3.粘度法测定聚合物的相对分子质量有何局限性?该法适用的聚合物分子质量范围大致是多少?

答:1)粘度法测得的为粘均摩尔质量;2)粘度法只能测定确定聚合物的特性粘度值,而由特性粘度值进一步确定聚合物的摩尔质量,需要预先知道该聚合物在相应实验条件(如溶剂、实验温度等)下特粘度度和和平均摩尔质量之间的定量关系式。粘度法测量聚合物平均摩尔质量的范围为:1×104~1×104

4.列出影响本实验测定准确度的因素。

答:影响本实验测定准确度的主要因素包括:1)试剂纯度;2)控温精度(恒温槽控温,试样及粘度计恒温);

3)计时精度;4)溶液配制精度;5)每次测量前粘度计内润洗是否充分;6)每次测量时毛细管是否能够保持为垂直状态。

其它相关问题:

1.测定相对粘度应用的计算公式ηr=η/η0=t/t0 需要的条件是:( D ) A.同一温度测定;

B.使用同一粘度计测定;

C.同一温度且使用同一粘度计测定;

D.同一温度,使用同一粘度计测定,且两个被测液体的密度接近。

2. 用乌氏粘度计测量高分子粘度时,下列操作中哪一项是不必要的:( D ) A.粘度计垂直放置; B.恒温测量;

C.粘度计用待测溶液润洗;D.在粘度计中定量移入溶液。

综合题

1.关于燃烧热测定实验,请回答下列问题(20 分) 1).按式:QVw+q1x+q2=KΔt (q2可忽略)计算的前提条件是什么?实验在测量装置和数据处理时采取什么措施使之符合?

2).从上式看,质量计量、温度变化量测量和仪器常数K 是实验的关键,实验中这三个方面应如何正确操作?

答:前提条件采取方法可以用标准试样测定仪器常数

1)用苯甲酸作为标准试样,且其燃烧热值准确;2)实验中标准试样和待测试样均燃烧 完全。测量待测试样和标准试样时仪器常数不变

1)两次测量时用同一套实验装置;2)防止漏热;3)两次测量时准确量取加入水量并等 量;5)两次测量时所加入水的初始温度接近;5)点火前和点火燃烧完全后传热达到平 衡;6)因系统漏热引起的对温升的影响作雷诺校正; 质量计量、温度变化量测量准确见后面问题2.中的讨论

2)质量计量准确:取样时先要粗称,控制取样量在合理范围,避免因为取样过多导致试样燃烧时温升太多超过测温记录仪记录范围,或取样过少导致试样燃烧时温升太小而降低实验精度;试样压片后掸去试样表面粉末再精确称量;点火铜丝点火前精确称量,燃烧后要摘去燃烧产物(氧化铜)后精确称量。温度变化量测量准确:点火前要等到基线走平或开始缓慢上升时再点火;氧弹要放置在内水桶中间位置,确保周边水流顺畅,温升曲线光滑;要避免搅拌浆叶片摩擦内水桶或氧弹引起温升;试样燃烧后要等到升温曲线走平或开始下降时停止温升曲线记录;对温差值作雷诺校正。确保仪器常数K 恒定:测量标准试样和待测试样时用同一套实验装置;减少实验过程中漏热:内水桶上加盖子防止因对流散热,量热计和大气环境之间加空气隔层防止因热传导散热,内水桶表面抛光防止因辐射散热;测量标准试样和待测试样时要准确量取加入水量并相等;加入水的初始温度接近。

2.实验数据处理:(20 分)

氨基甲酸铵分解是一个复相反应: NH2COONH4(s)=2NH3(g)+CO2(g)

通过压力产量方法可以测量反应平衡组成、求取平衡常数,继而计算摩尔反应焓等反应热力学函数。某同学根据上述原理,用控温精度为±0.05℃的恒温槽控温,用U 型等压计调节压力,用数显压力计和福庭式气压计读取压力,测量了不同温度下的数据,并在同一温度时重复测量一次,记录数据如下:氨基甲酸铵分解反应实验数据室温读数:25.3℃,大气压读数:101.57kPa温度/℃ 测压仪读数/kPa 平衡常数文献值×103

30.00 -84.98 0.7363 30.00 -85.01

35.00 -79.13 1.997 40.00 -67.98 5.290 45.00 -56.48 13.80 50.00 -41.16 36.92 可能用到的公式: dlnKθ/dT=ΔrHθ

m/RT2 dlnp/dT=ΔvapHm/RT2

温度计露茎校正:Δt=1.6×-4h(t 测-t 环) 大气压温度校正:p0=pt(1-0.000163t) 大气压海拔H、纬度L 校正:

p’0=p0(1-2.6×-3cos2L-3.14×-7H)

实验所在地东经120012’,北纬300,海拔高度~10m 1).推导出用于以下实验数据处理的公式(10 分) 答:

p 分=p0+E,p=2/3p 分,p=1/3p 分,Kθ=(p/pθ)(p/pθ)=4/27(p 分/pθ)3 (6 分) dlnKθ/dT=ΔrHθ/RT2,lnKθ=-ΔrHθ/RT+C (4 分) 3).根据实验结果,简单回答下列问题(15 分) (1)为什么第一个温度要重复测量一次?

检查实验装置工作状况是否正常,特别是检查试样室脱除空气是否完全。(5 分) (2)根据实验结果,分析可能的误差原因。 答:

实验测得的平衡常数普遍比文献值要小,因此实验测得的分解压偏小。但由图示lnK θ~1/T 线性关系很

好。因此实验误差的可能原因是:a)实际温度偏地;b)样品受潮;c)平衡时间不够等。

(10 分)

3.在很多实验测量中要求系统达到平衡,但绝对的平衡是无法得到的。在误差允许范围内,通常用准平衡状态来代替。下列实验的准平衡状态如何判断:

1)蒸气压测量中的沸点测量:(系统压力不变的前提下,沸点读数保持不变达到一定时间);

2)分解反应平衡中分解压测量:(系统温度保持不变的前提下,等压计两端液面等高并保持一定时间);

3)甲酸氧化反应动力学测定中溴生成平衡:(反应系统温度保持不变的前提下,测量电池电动势读数保持不变并达到一定时间);

4)燃烧热测定实验中氧弹与水的热量传递平衡:(铂电阻电动势读数保持不变或读数变化显著趋缓)。(8 分)

5.在氨基甲酸铵分解反应实验中,除了恒温槽和测压仪表的测量准确度外,哪些因素会对实验准确性产生影响:这些因素对实验结果产生什么影响(以分解压为结果,是偏大?偏小?或不确定?)?如何减少这些影响?用简要文字填入下表。若表格行数不够,自行添加。(20 分)影响因素影响结果减小影响措施

1 小球室有空气分解压偏大充分抽真空,脱净空气 2 样品受潮分解压偏小? 使用干燥样品

3 等压液蒸气分解压偏大使用高沸点、低密度、不吸收等压液 4 反应未平衡分解压偏小? 等压计两边等高保持10min 后读数 5 等压计两边是否等高判断误差不确定重复测量 6.实验设计(20 分) 需测定甲酸氧化反应:HCOOH+Br2=CO2+2HBr 对HCOOH 和Br2 的反应级数、速率常数和活化能。用分光光度法而不用电动势法测定,请写出实验方案,包括:

1).实验测量原理;2).用实验测定量表示的数据处理的计算式;(该反应对HCOOH 和Br2

均为一级反应);

3).列出主要仪器和试剂;4).简要叙述实验过程。

答:1). 根据郎伯(Lambert)- 比尔(Beer)定律:A =ab [Br2]式中A 为吸光度,b 为溶液层厚度(cm),[Br2]为溶液的浓度( g/dm3), a 为吸光系数。其中吸光系数与溶液的本性、温度以及波长等因素有关。溶液中其他组分(如溶剂等)对光的吸收可用空白液扣除。测定反应系统在Br2 特征吸收波长处的吸光度,即可得到反应过程中Br2 浓度随时间的变化,进而得到反应过程的动力学数据。

2).甲酸被溴氧化的反应的计量方程式如下: HCOOH + Br2→ CO2 + 2H+ + 2Br–

对此反应,除反应物外,[Br–]和[H+]对反应速度也有影响,严格的速率方程非常复杂。在实验中,当使Br–和H+过量、保持其浓度在反应过程中近似不变时,则反应速率方程式可写成:-d[Br2]/dt=k[HCOOH]m [Br2]n (1)该反应对HCOOH 和Br2 均为一级反应,则有-d[Br2]/dt=k[HCOOH][Br2] (1’)如果HCOOH 的初始浓度比Br2 的初始浓度大得多,可认为在反应过程中保持不变,这时(1’)式可写成:-d[Br2]/dt=kˊ[Br2] (2)

其中:k=k[HCOOH] (3)

积分上式,得:ln([Br2]0/[Br2])= kˊt (4)代入式A=ab [Br2],则有:ln[A 0/A(t)] = kˊt (5)

测定反应系统在Br2 特征吸收波长处的吸光度随时间的变化,记录变化曲线并取点得到不同反应时间t 时的A(t)值,以ln[A0/A(t)]为纵坐标,为横坐标作图,得到一条直线,直线的斜率即为反应速率常数kˊ。直线斜率=k’ln[A0/A(t)]

按照上述方法,分别得到反应温度T1、T2 下的反应速率常数k ˊ(T1)、k ˊ(T2),由阿伦尼乌斯方程ln[kˊ(T2)/

kˊ(T1)]=(Ea/R)(1/T2-1/T1),计算活化能: Ea = R ln[kˊ(T1)/ kˊ(T2)]/(1/T2-1/T1)

30

3). 仪器:SunyLAB2000 无纸记录仪;超级恒温槽;分光光度计(带比 色管等附件,可以数字信号输出吸光度值);电动搅拌机;带有恒温 夹套的吸光管,并可用作反应池;移液管5ml 4 支;50ml、25ml、10ml 各一支;洗瓶1 只;洗耳球;倾倒废液的烧杯。

试剂:0.0075mol/L KBr+KBrO3 溶液;2.00mol/L 4.00mol/L HCOOH 溶 液;2mol/L HCl 溶液;1mol/L KBr 溶液;去离子水 4).实验步骤:

(1)开启恒温槽,调至25℃恒温,并开启循环按钮,使恒温水在反应池夹套中循环。 (2)配溶液:用移液管向反应池中分别加入75ml 水,10ml KBr,5ml 溴试剂,再加入5ml 盐酸。

(3)开动搅拌器,使溶液在反应池内恒温,打开无纸记录仪,当吸光度读数不随时间变化时,取5ml 2 mol?L-1 甲酸溶液注入反应池,开始记录。记录仪上应绘出一条A—t 曲线。

(4)反应15min 后停止记录仪。上传记录仪数据至计算机。打开计算机中相应应用软件,调出A—t 曲线并

取点,打印数据和曲线。

(5)调恒温槽至35℃,并重复上述实验步骤1)~4)。

(6)测试结束后,反应池用去离子水冲洗。关闭分压器线路及其它电源。


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