答案不是标准答案,供参考.不必每个都看,只在需要时找有关的内容参考即可. 在参考中若发现解答不妥或错误的地方,请发帖更正或将信息反馈以便纠正. 饱和蒸气压的测定
1.为什么平衡管 a,c 中的空气要赶净 怎样判断空气已被赶净 在实验过程中如何防止空 气倒灌
答:若空气不赶净测得的压力不是纯液体的饱和蒸气压,而是与空气的混合压力,它不能用 克劳修斯-克拉贝龙方程来描述.在大气压下测定沸点,若几次(例如三次)测定值在误差 范围之内(≤0.05℃)则可认为空气已被赶净.为防止空气倒灌,可在读取温度和压力数据 后立即重新加热水浴,或迅速使系统减压. 2.本实验的主要系统误差有哪些
答: (1)方法误差.在由克拉贝龙方程导出克劳修斯-克拉贝龙方程的过程中有 3 个近似. g l 即:将蒸气看作理想气,设 V m=RT/P;与气体摩尔体积相比,忽略液体的摩尔体积(V m) ; 在不太大的温度间隔内,将摩尔气化热看作常数. (2)读取温度和压力不能同时. (3)温度 的测量不作校正;(4)四氯化碳不纯等. 3.对教材第46页上提示2如何回答 答:a:该平衡管对压力变化反应较灵敏,但由于液柱较细,容易发生倒灌.而且c管和b管 液面上升和下降较快,两液面相平时的温度和压力不易读准,并且由于封闭液体量少,易因 蒸气损失量大而影响实验. b:该平衡管制作简便,易装液,但空气不能排尽,且容易发生空气倒灌.在精度比较 低的实验中可采用之. c:该平衡管制作比较精良,能较好地解决空气倒灌问题,并且由于 b 管比 c 管粗许多, 所以 b 管液面下降较慢,而 c 管液面上升较快,易判断两液面相平,温度和压力读数较准. 另外 b,c 间封液较多,一般不会因蒸气量损失大而影响实验.(也有人认为读数时 b 管与 c 管液面相平不易观察,对读数的可靠性造成一定影响,可能滞后.此问题可以讨论,也可 以通过小实验验证) 4.系统如何捡漏 判断漏气的依据是什么 答:将系统减压～50 kPa,关闭与安全瓶相连的活塞,观察系统压力变化.若系统压力不断 增大则可判断系统漏气. 5.实验装置中缓冲瓶起什么作用 答:使系统压力稳定,即使系统稍有漏气也不会对测量产生太大影响. 6.本实验中所用测量仪器的最小读数的精确度是多少 用来表示平均摩尔汽化热的有效数 字有几位 答:本实验中所用温度传感器,最小分度 0.1℃,可估计读到 0.01℃;压力计最小读数是 0.01kpa;一般温度和压力读数都是 4 位有效数字,所以用来表示平均摩尔汽化热的有效数 字也应当是 4 位. 7.实验测得的是特定压力下液体的实际沸点, 如何求得液体的正常沸点 你得到的正常沸点 是多少,并与文献值比较 答:由实验得到的 ln(p/p0)～1/T 图上查出 ln1 下的 1/T 值,然后计算 T;或由实验上得到的 0 ln(p/p )= -A/T+b 公式计算 p=100kPa 下的 T 值(在已知 A 和 b 的情况下) . 8.压力和温度测量都有随机误差, 试用最小二乘法求算 ln(p/p0)=-vHm/RT+b=-A/T+b 直线的
斜率及其误差,并由此求算vHm 值及其误差. 答:见实验教材第 24 页上的例题.以同样的方法对你的实验结果作误差分析. 9.四氯化碳是易燃物,在加热时应该注意什么问题 答:所有接口都必须密封,加热温度不要太高,一般高出正常沸点 2-3 度即可.
双液体系沸点-成分图的绘制
1.本实验中,气,液两相是怎样达成平衡的 若冷凝管 D 处体积太大或太小,对测量有何影 响
答:在本实验采用的恒沸点仪中,利用冷凝回流的方法保持气,液两相的相对量一定,则体 系温度一定,两相达平衡.若冷凝管 D 处的体积太大,则气相冷凝液不易更新,客观上会造 成
气相蒸汽分馏,影响气相的平衡成分测定;而过小,则会因积存液量少给取样测定带来困 难.
2.平衡时气,液两相温度应该不应该一样 实际是否一样 怎样防止温度的差异
答:平衡时气,液两相温度应该一样,但实际上存在差异.气相温度存在梯度,且略低于液 相.为防止差异可采用以下方法:给气相保温,如本实验那样,在恒沸点仪上部和支管处缠 绕石棉绳;使温度计置气,液两相中量取两相的折中温度;在恒沸点仪设计上,在保证沸腾 的液体不会溅到 D 处的条件下尽量缩短支管的长度和降低支管的位置.
3.查乙醇或环己烷在不同温度的折射率数据,估计其温度系数,如不恒温,对折射率的数据 影响如何
答:查书后乙醇,环己烷不同温度下折射率数据表,计算折射率温度系数 dn/dT.大多数液 态有机物的 dn/dT 为负值,对乙醇其值约为-0.0004/℃,随温度的升高折射率降低.
4.温度计的水银球为什么一半浸在液体中,一半留在气相中 答:为兼顾测量气,液两相的折中温度.
5.本实验中所用温度计的精确度是多少 答:本实验中所用温度计为 1/10 温度计,最小分度 0.1℃,可估计读到 0.01℃.
6.讨论本实验的主要误差来源. 答:本实验的主要误差来源有: (1)温度的测量.实际上测得的温度只是气相和液相的折中 温度,并不是两相的平衡温度,且气相本身就存在温度梯度.另外,并不能完全保持蒸汽全 回流,因而温度也就不能完全恒定. (2)在取样分析过程中,成分可能有变化,从而使测得 的折射率并非平衡相组成. (3)折射率测定的恒温效果不好.
7.如何判断气,液相已达到平衡状态 答:当体系温度恒定(t≤±0.05℃)时可判断气,液相已达到平衡状态. 8.实验时,若所吸取的蒸汽冷凝液挥发掉了,是否需要重新配制溶液 答:一般不需要.再重新加热蒸馏,待积存足够的气相冷凝液时再取样分析即可,因体系可 在新的条件下达新的平衡.但若需要原来的物系组成,则可在实验完成后,专门配制漏掉点 的溶液进行测定. 9.该体系用普通蒸馏办法能否同时得到两种纯组分 为什么 答:不能.因该体系具有最低恒沸点,实际上将体系分为两个部分:乙醇-恒沸混合物和环 己烷-恒沸混合物. 在每个部分内的溶液通过蒸馏只能得到相应的一种纯组分和恒沸混合物, 故不能同时得到两种纯组分. 10.实验测得的溶液的沸点与标准大气压下的沸点是否一致 若不一致,对沸点～成分图有 何影响 答:通常不一致,因为一般实验时的大气压并不等于标准大气压.不一致时,测得的同一成 分溶液的沸点会稍偏高或偏低,可借用褚鲁统规则和克劳修斯-克拉贝龙方程导出的溶液沸 点随大气压变化的关系式进行分析: t 标= t/℃+(273.15 + t/℃)/10 × (101325-P/Pa)/101325 式中 t 标为校正到 101325 Pa 下的正常沸点(C°),t/℃为实验大气压 P(Pa)下测得的沸点. 可见,
若实验时的大气压不等于标准大气压,则沸点～成分图在温度轴上稍有平移. 11.为什么工业上常生产 95%的酒精 只用精馏含水酒精的方法能否获得无水酒精 答:因为乙醇与水的体系具有最低恒沸点(78.15℃) ,恒沸混合物的组成含乙醇 95.57%, 所以只能生产 95%的乙醇.只用精馏含水酒精的方法不能获得无水酒精.要想得到无水酒 精, 可在 95.57%的乙醇中加入 CaO, 使之与其中的水反应生产 Ca(OH)2,然后进行蒸馏方可.
蔗糖的转化
1.蔗糖的转化速率和哪些条件有关
答:蔗糖的转化速率与反应温度,蔗糖浓度,水的浓度,催化剂 H 离子浓度有关. 2.如何判断某一旋光物质是左旋还是右旋 答:可有 4 种回答:
(1)能使偏振光的振动面顺时针方向旋转的为右旋物质,旋光度为正值;能使偏振光的振 动面逆时针方向旋转的为左旋物质,旋光度为负值.
(2)先用蒸馏水调零,然后测试溶液.如果在测试中只有当检偏镜顺时针方向旋转时才能 使视野中三分视界明暗相同, 则被测物质的旋光性为右旋; 若只有当检偏镜逆时针方向旋转 时才能使视野中三分视界明暗相同,则被测物质的旋光性为左旋.
(3)看实验教材第229页上的叙述. (4)将溶液稀释后测旋光度,若旋光度增大则为左旋,否则为右旋.
3.为什么配蔗糖溶液可用粗天平称量 答: 因为反应过程中反应液的浓度是用旋光仪测定旋光度来跟踪的, 所以不必知道蔗糖溶液 的准确浓度.
4.一级反应的特点是什么 答:一级反应的特点是:反应的半衰期只与速率常数有关,而与反应物的起始浓度无关. (t1/2=0.693/k,速率常数的量纲是时间的倒数. )
5.已知蔗糖的*α+D =65.55°,设光源为钠光 D 线,旋光管长为 20cm.试估计你所配的蔗糖 和盐酸混合液的最初旋光角度是多少 20 20
答: 旋光物质的比旋光角可用下式计算: D =10α/LC 表示钠光黄线, *α+ (D 893nm) 式中*α+D . 为比旋光角;α为测量值;L 为旋光管长度(cm) ,即光在液柱中所经过的距离;C 为溶质浓 3 度(g/cm ) .比旋光角定义为:当光经过一个 10cm 长,每立方厘米溶液中含有 1 克旋光物 质的液柱时所产生的旋光角.
∵C=10g/50ml×1/2=0.1g/ml,蔗糖的*α+D =65.55°,L=20cm ∴α=*α+D LC/10=65.55×20×0.1/10=13.11°
6.在数据处理中,由αt-t 曲线上读取等时间间隔 t 时的αt 值,这称为数据的\匀整\此法 有何意义 什么情况下采取此法 答: 此法可使数据采集均匀, 既避免某些测量数据带来的偶然误差又可以避免对大量数据作处理.此法适用于测量数据较多,作图点的密度较大的情况.时间间隔的取值应适宜,在允 许的范围内均匀选取.
7.实验中我们用去离子水来校正旋光仪的零点, 蔗糖转化过程中所测的旋光度αt 是否需要零 点校正 为什么 答:不需要.因为在数据处理中用到的都是旋光角之差,校正值会消掉,所以没必要对测量 数据作零点校正.
8.旋光管的凸出部位有何用途 答:一是加液用,二是可从此处赶走气泡.
9.α∞不准(偏高或偏低)对 k 有何影响 答:α∞不准对 k 的影响可做如下误差分析: 由式 ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞),可得k=1/t*α∞/(α0-α∞) + α∞/(αt-α∞)+ .可以看出,因α∞是负值,所以若α∞测得值偏低则k (这里不考虑 t,αt 和α0 的测量误差) 偏小;若α∞测得偏高则k 偏大.
10.估计本实验的误差,怎样减小实验误差 答: (1)根据蔗糖水解速度常数κ=1/t,ln*(α0-α∞)-( αt-α∞ )+-的相对误差分析,可得: t 2α 2α k/k = —— + —————————————— + —————————————— t (α0-α∞)ln*(α0-α∞)-( αt-α∞ )+ (αt-α∞)ln*(α0-α∞)-( αt-α∞ )+ 可见在反应初期,由于 t 值较小,时间测定的相对误差较大;随着反应的进行,αt 值不断减 小,使αt-α∞值也不断减小,故由旋光度测定的相对误差增大. (2)温度对 k 的影响可由阿累尼乌斯公式进行误差分析: k/k=[Aexp(-Ea/RT2)-Aexp(-Ea/RT1)]/[Aexp(-Ea/RT1)]=[-Ea/R(1/T2-1/T1)]-1 -1 -1 -1 若实验温度由 298K 偏高 1K,活化能 Ea=46024Jmol ,常数 R=8.314JK mol ,则将引起 k 值 6%的系统误差.可见,在动力学实验中,反应温度恒定十分重要,否则会引入较大的系 统误差.
11.蔗糖溶液的初始浓度是否影响最后的旋光角α∞ 答:若不存在副反应,则最后的旋光角只与生成物的浓度有关,而生成物的浓度与蔗糖溶液 的初始浓度有关.所以,蔗糖溶液的初始浓度会影响最后的旋光角α∞.
乙酸乙酯皂化反应
1.配制乙酸乙酯溶液时,为什么在容量瓶中要事先加入适量的去离子水 答:在容量瓶中事先加适量去离子水,可使乙酸乙酯滴入水中形成溶液,减少挥发.
2.将 NaOH 溶液稀释一倍的目的是什么 答:测定κ0 时将 NaOH 溶液稀释一倍是为了使之与反应液中 NaOH 溶液初始浓度一致. 3.为什么乙酸乙酯与 NaOH 溶液的浓度必须足够的稀
答:因为只有溶液足够稀,每种强电解质的电导率才与其浓度成正比,溶液的总电导率才等 于组成溶液的各种电解质的电导率之和, 才可通过测定反应液的电导率来跟踪反应物浓度的 变化.
4. 如果 NaOH 与 CH3COOC2H5 起始浓度不相同,试问其动力学方程式如何表示 测得的k 值与本实验结果是否相同
答:若乙酸乙酯与 NaOH 溶液的起始浓度不等,则应具体推导 k 的表达式.设 t 时生成物浓度为 x,则反应的动力学方程式为
dx/dt=k(a-x)(b-x) …(1)
令 NaOH 溶液起始浓度等于 a,乙酸乙酯溶液起始浓度等于 b. 当 a≠b 时,将上式积分得:
k=[1/t(a-b)]ln[b(a-x)/a(b-x)+ …(2)
当 a>b 时,有:
NaOH + CH3COOC2H5 = CH3COONa + CH3CH2OH
t=0 a b 0 0
t=t a-x b-x x x t=∞ a-b 0 b b 则:
k0 = aA1
k∞ = bA2+A1(a-b) kt = A1(a-x)+A2x ,
得 联立解之,得
x=b(k0-kt)/(k0-k∞),
代入式(2)
k=[1/t(a-b)]ln{[a(k0-k∞)-b(k0-kt)]/a(kt-k∞)}
k∞的测定:配制(a-b)浓度的 NaOH 和 b 浓度的 NaAc 混合溶液,在与反应相同
条件下 测其电导率.
当 b>a 时,有:
NaOH + CH3COOC2H5 = CH3COONa + CH3CH2OH
t=0 a b 0 0 t=t a-x b-x x x t=∞ 0 b-a a a
则: k0=aA1 k∞=aA2 kt=A1(a-x)+ A2x ,
得 联立解之,得
x=a(k0-kt)/(k0-k∞),
代入式(2)
k=[1/t(b-a)]ln{[b(k0-k∞)-a(k0-kt)]/b(kt-k∞)-
k∞的测定:配制(b-a)浓度的乙酸乙酯,a 浓度的 NaAc 和 b 浓度的 CH3CH2OH 混合溶 液,在相同条件下测其电导率.
以 ln{[b(k0-k∞)-a(k0-kt)]/b(kt-k∞)-对 t 作图得一直线,由直线斜率求 k. 从得到的动力学方程可以看出,二级反应的速率常数与初始浓度有关.当 a,b 相等时, 速率常数与初始浓度成反比.
5.若实验中用二次水代替电导水可能会产生的影响是什么 –
1 答:通常二次水中含有杂质(电导率一般在 10-5 Scm ),如从空气中溶入的 CO2 和一般玻璃 器皿上溶下来的离子,将会影响电导率的测量.但在实际的计算过程中,水的电导率 kw 的 -1 影响可被消掉.本实验中用去离子水代替电导水,二者的电导率相近,约为 10-6 Scm ,即 -1 10-3 mScm (在本实验的测量精度以下),故不会对结果产生影响.
6.反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念, 反应级数只能通过实验来确定. 试问如何 从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应应为二级反应 答:设乙酸乙酯皂化反应为二级反应,可得到速率方程的积分式.若反应物浓度相等,并设 为 a,则有:k=(1/t)[x/a(a-x)] .可用两种方法来验证: (1)在反应的不同时刻取样,并立即终止反应,然后用化学分析方法测定某反应物或生成 物的浓度,并将测得数据代入方程计算 k 值.若 k 值为常数,则可判定反应为二级; (2)用物理化学分析法测定反应进程中某物理量(如电导率)的变化,根据推导出的含有 所测物理量的速率方程作图.若得直线,则可判定反应为二级.
7.如果乙酸乙酯和 NaOH 溶液均为浓溶液,试问能否用此法求得 k 值 答:不能.因为浓溶液中强电解质的电导率不与其浓度成正比,失去得到此动力学方程的前 提,所以不能求得 k 值.
8.本实验为什么可以用测得的反应液的电导率来代替浓度变化 答:因为本实验的反应液中只有 NaOH 和 NaAc 两种强电解质,并且 OH-离子的电导率比 Ac-离子的电导率大许多.在反应溶液的浓度相当低的条件下,可近似地认为溶液的电导率 与 OH-离子的浓度成正比,所以可用测得的反应液的电导率来代替浓度变化.
9.为什么本实验要求反应液一混合就开始记时 此时反应液中的 a 应为多少 答: 因为本实验的速率方程积分式为: k=(k0-kt )/kat + k∞ , kt～(k0-kt)/t 直线的斜率 m=1/ka 由 知,k=1/ma,即速率常数 k 与起始浓度成反比.所以必须一混合就开始记时,此时反应液中 各反应物溶液的浓度为原溶液浓度的 1/2.