物理化学实验报告参考(4)

2019-04-17 15:13

?m?0 n=0

(3)根据未成对电子数讨论FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O中Fe 的最外层电子结构以及由此构成的配键类型。

(a)FeSO4·7H2O

由于Fe2+ 外层含有6个d电子,且已知d轨道的能级分裂图为,而在本实验中测得未成对电子数为4,可见其排列方式如图,说明在成键时电子没有发生重排,可见形成的是SP3d2杂化,而且形成的是外轨型化合物,这是由于H2O有相当大的偶极矩与中心离子Fe2+相结合形成配位键,此配合物是外轨型化合物,外轨型配合物玩不需中心离子腾出空轨道,中心离子Fe2+有4个未成对电子,同时说明电子成对能大于分裂能。

(b)K4Fe(CN)6·3H2O

Fe2+外层含有6个d电子,且已知d 轨道的能级分裂图为,在实验中测得未成对电子数n=0可见其排列方式如图,说明在成键时Fe2+离子外电子层结构发生了重排,形成6个d2SP3轨道,接受6个CN-的6个孤对电子,形成6个配位键,磁矩为0,是内轨型配合物,同时说明电子成对能小于分裂能。

(4)实验结论

通过测定配离子的磁矩,得出未成对电子数来判断内轨型配合物和外轨型配合物

本实验的结果表明Fe2+外层电子可能出现两种排布状况 ①SP3d2杂化 有4个未成对电子,形成外轨型配合物

②d2SP3杂化 外电子层发生重排,未成对电子数为零,形成内轨型配合物。

(5)实验误差分析

通过实验结果可知在用莫尔盐标定时计算得磁场强度值

H1=1.7064×105A/M H2=1.9073×105A/M 而通过,关系式计算得

2+

0.3T对应的H1'?2.3885?10A/M5

H'2?2.7866?10A/M5 这说明标

定值误差很大,这就致使下一步计算出现问题,而如果用标准值计算得出的结果也不是刚好为4,这说明每一步称量所得质量均有误差,其原因可能是:

(1)样品不纯

(2)操作误差:样品高度不是每次都为10.5cm或在操作过程中有振动,在加砝码时,致使挂样品端振动,使样品管晃动,致使H波动造成误差

(3)由于主观因素,在添加砝码使天平平衡时出现错误。

二组分简单共熔体系相图的绘制

------Cd~Bi二组分金属相图的绘制 1 实验目的及要求:

1)应用步冷曲线的方法绘制Cd~Bi二组分体系的相图。 2)了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同,其相变点的温度应如何确定。

2 实验原理: ?

用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何,不同相的相对量是多少,以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图,叫相图。 绘制相图的方法很多,其中之一叫热分析法。在定压下把体系从高温逐渐冷却,作温度对时间变化曲线,即步冷曲线。体系若有相变,必然伴随有热效应,即在其步冷曲线中会出现转折点。从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。测定一系列组成不同样品的步冷曲线,从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度,就可绘制出被测体系的相图,如图Ⅱ一6一l所示。

纯物质的步冷曲线如①⑤所示,从高温冷却,开始降温很快,口6线的斜率决定于体系的散热程度。冷到A的熔点时,固体A开始析出,体系出现两相平衡(溶液和固体A),此时温度维持不变,步冷曲线出现bc的水平段,直到其中液相全部消失,温度才下降。

混合物步冷曲线(如②、④)与纯物质的步冷曲线(如①、⑤)不同。如②起始温度下降很快(如a′b′段),冷却到b′点的温度时,开始有固体析出,这时体系呈两相,因为液相的成分不断改变,所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出,其温度下降较慢,曲线的斜率较小(b′c′段)。到了低共熔点温度后,体系出现三相,温度不再改变,步冷曲线又出现水平段c′d′,直到液相完全凝固后,温度又迅速下降。

曲线⑧表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线,其图形与纯物相似,但它的水平段是三相平衡。

用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分,在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度,把这些点连接起来即得相图。 3 仪器与药品:

加热电炉1只,热电偶(铜一康铜)1根,不锈纲试管8只,控温测定装置1台,计算机1台,镉(化学纯),铋(化学纯)。 4 实验步骤: 1)配制不同质量百分数的铋、镉混合物各100g(含量分别为0%,15%,25%,40%,55%,75%,90%,100%),分别放在8个不锈纲试管中。

2)用控温测定装置装置,依次测纯镉、纯铋和含镉质量百分数为90%,75%,55%,40%,25%,15%样品的步冷曲线。将样品管放在加热电炉中加热,让样品熔化,同时将热电偶的热端(连玻璃套管)插入样品管中,待样品熔化后,停止加热。用热电偶玻璃套管轻轻搅拌样品,使各处温度均匀一致,避免过冷现象发生。

3)样品冷却过程中,冷却速度保持在6K/min~8K/min之间(当环境温度较低时,可加一定的低电压于电炉中),热电偶的热端应放在样品中央,离样品管管底不小于lcm,否则将受外界的影响,而不能真实反映被测体系的温度。当样品均匀冷却时,用计算机记录降温曲线, 直到步冷曲线的水平部分以下为止。 5 实验注意事项:

1)电炉加热时注意温度不宜升得过高,以防止欲测金属样品氧化,最高加热温度设置为350℃,到设定的最高加热温度时,控温测定装置会自动切断加热电流。

2)热电偶热端应插在玻璃套管底部,在搅拌时需注意勿使热端离开底部导致测温点变动。

6 数据记录:

室温: 24.0 ℃ 大气压p0: 101.7 kPa

组成(Cd%) A B C

0

15

25

40

55

75

90

100 321 140

271 247.3 214.3

140

140 140 202.2 280.2 312.5

7 数据处理:

1.利用所得步冷曲线,绘制铋镉二组分体系的相图,并注出相图中各区域的相平衡。

2.从相图中求出低共熔点的温度及低共熔混合物的成分。

8 思考题:

1)对于不同成分混合物的步冷曲线,其水平段有什么不同? 2)用加热曲线是否可作相图? 3)作相图还有哪些方法? 9 讨论:

1)步冷曲线的斜率即温度变化速率,取决于体系与环境间的温差,体系的热容量和热传导率等因素有关,当固体析出时,放出凝固热,因而使步冷曲线发生折变,折变是否明显决定于放出的凝固热能抵消散失热量多少,若放出的凝固热能抵消散失热量的大部分,折变就明显,否则就不明显。故在室温较低的冬天,有时在降温过程中需给电炉加以一定的电压(约20V左右),来减缓冷却速度,以使转折明显。

2)测定一系列成分不同样品的步冷曲线就可绘制相图。但在很多情况下随物

相变化而产生的热效应很小,步冷曲线上转折点不明显,在这种情况下,需采用较灵敏的方法进行,另一方面目前实验所用的简单体系为Cd~Bi,Bi~Sn,Pb~Zn等,它们挥发的蒸气对人体健康有危害性,而且样品用量大,危害性更大。时间用久了这些混合物难以处理。故实验改用热分析的另一种差热分析(DTA)法或差示扫描法(DSC)法。

实验三 凝固点降低法测摩尔质量

【目的要求】

1. 测定水的凝固点降低值,计算尿素的摩尔质量。

2. 掌握溶液凝固点的测定技术,并加深对稀溶液依数性质的理解。 3. 掌握贝克曼温度计(或SWC-Ⅱ数字贝克曼温度计)的使用方法。 【实验原理】

当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时,则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点,其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。即

ΔTf =Tf* - Tf = Kf mB (1)

式中,ΔTf 为凝固点降低值,Tf*为纯溶剂的凝固点,Tf为溶液的凝固点,mB

为溶液中溶质B的质量摩尔浓度,Kf为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数,它的数值仅与溶剂的性质有关。

若称取一定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g),配成稀溶液,则此溶液的质量摩尔浓度为

m=

WMBBW×103

A式中,MB为溶质的分子量。将该式代入(1)式,整理得:

MB=Kf

WWAB?T×103 (g/mol) (2)

若已知某溶剂的凝固点降低常数Kf值,通过实验测定此溶液的凝固点降低值ΔTf,即可根据(2)式计算溶质的分子量MB。

显然,全部实验操作归结为凝固点的精确测量,其方法是:将溶液逐渐冷却成为过冷溶液,然后通过搅拌或加入晶种促使溶剂结晶,放出的凝固热使体系温度回升,当放热与散热达到平衡时,温度不再改变,此固液两相平衡共存的温度,即为溶液的凝固点。本实验测纯溶剂与溶液凝固点之差,由于差值较小,所以测温采用较精密的贝克曼温度计(或SWC-Ⅱ数字贝克曼温度计)。

从相律看,溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂两相共存时,自由度


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