PAGE148 無機(jī)及分析化學(xué)實驗PAGE149第五章常用儀器介紹與常用物理量的測定第五章常用儀器介紹與化學(xué)常數(shù)的測定常用儀器介紹一、溫度計1.分類具有與溫度密切相關(guān)且能嚴(yán)格復(fù)現(xiàn)物理性質(zhì)的物質(zhì)，都可以設(shè)計并制成各類測溫儀器，即溫度計。溫度計通常分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度計與被測物質(zhì)直接接觸，當(dāng)二者達(dá)熱平衡時，溫度相等。這樣通過溫度計中測溫物質(zhì)的某種性質(zhì)變化就可以表示出溫度。這類溫度計很多，如最常見的水銀溫度計，還有熱電偶，電阻溫度計等；非接觸式溫度計與被測物質(zhì)不直接接觸，而是利用被測物質(zhì)所發(fā)射的電磁輻射，根據(jù)其波長分布或強(qiáng)度和溫度之間的關(guān)系來測定溫度。2.水銀溫度計的校正水銀溫度計是實驗室中最常用的液體溫度計，水銀具有熱導(dǎo)率大，比熱容小，膨脹系數(shù)均勻，在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)，體積隨著溫度的變化呈直線關(guān)系，同時不潤濕玻璃、不透明而便于讀數(shù)等優(yōu)點，因而水銀溫度計是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量較準(zhǔn)確并且測量范圍大的溫度計。圖5-1溫度計的校正然而，當(dāng)溫度計受熱后，水銀球體積會有暫時的改變而需要較長時間才能恢復(fù)原來體積。由于玻璃毛細(xì)管很細(xì)，因而水銀球體積的微小改變都會引起讀數(shù)的較大誤差。對于長期使用的溫度計，玻璃毛細(xì)管也會發(fā)生變形而導(dǎo)致刻度不準(zhǔn)。另外溫度計有全浸式和半浸式兩種，全浸式溫度計的刻度是在溫度計的水銀柱全部均勻受熱的情況下刻出來的，但在測量時，往往是僅有部分水銀柱受熱，因而露出的水銀柱溫度就較全部受熱時低。這些在準(zhǔn)確測量中都應(yīng)予以校正。圖5-1溫度計的校正（1）溫度計讀數(shù)的校正如圖5-1所示，將一支輔助溫度計靠在測量溫度計的露出部分，其水銀球位于露出水銀柱的中間，測量露出部分的平均溫度，校正值Δt按式下式計算，即：Δt=0.00016h(t體-t環(huán))式中：0.00016一水銀對玻璃的相對膨脹系數(shù)；h—露出水銀柱的高度(以溫度差值表示)；t體一體系的溫度(由測量溫度計測出)；t環(huán)一環(huán)境溫度，即水銀柱露出部分的平均溫度(由輔助溫度計測出)。校正后的真實溫度為：t真=t體+Δt例如測得某液體的t體=183℃，其液面在溫度計的29℃上，則h=183-29而t環(huán)=64℃Δt=0.00016×154×(183℃-64故該液體的真實溫度為：t(真)=183℃+2.9℃=由此可見，體系的溫度越高，校正值越大。在300℃時，其校正值可達(dá)10半浸式溫度計，在水銀球上端不遠(yuǎn)處有一標(biāo)志線，測量時只要將線下部分放入待測體系中，便無需進(jìn)行露出部分的校正。（2）溫度計刻度的校正溫度計刻度的校正通常用兩種方法：A．以純的有機(jī)化合物的熔點為標(biāo)準(zhǔn)來校正。其步驟為：選用數(shù)種已知熔點的純有機(jī)物，用該溫度計測定它們的熔點，以實測熔點溫度作縱坐標(biāo)，實測熔點與已知熔點的差值為橫坐標(biāo)，畫出校正曲線，這樣凡是用這只溫度計測得的溫度均可在曲線找到校正數(shù)值。B．與標(biāo)準(zhǔn)溫度比較來校正。其步驟為：將標(biāo)準(zhǔn)溫度計與待校正的溫度計平行放在熱溶液中，緩慢均勻加熱，每隔5℃分別記錄兩只溫度計讀數(shù)，求出偏差值ΔtΔt=待校正的溫度計的溫度-標(biāo)準(zhǔn)溫度計的溫度以待校正的溫度計的溫度作縱坐標(biāo)，Δt為橫坐標(biāo)，畫出校正曲線，這樣凡是用這只溫度計測得的溫度均可由曲線找到校正數(shù)值。二、氣壓計圖5-2動槽式氣壓計測定大氣壓力的儀器稱為氣壓計，氣壓計的種類很多，實驗室常用的是動槽式和定槽式氣壓計，其中以動槽式(福廷式)氣壓計最為常見。圖5-2動槽式氣壓計1.動槽式氣壓計動槽式氣壓計結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。它是用一支長90cm的玻璃管封閉上端，管中裝滿水銀，然后將開口端倒插入下部汞槽中，管中的汞由于重力作用而下降，因而在封閉的玻璃管上部出現(xiàn)一段真空，汞槽與大氣相通。盛汞的玻璃管裝在黃銅管中，黃銅管上部刻有主標(biāo)尺并在相對兩邊開有長方形小窗，在窗內(nèi)裝一可上下滑動的游標(biāo)尺，通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)游標(biāo)螺旋可使游標(biāo)尺上下移動。汞槽底部為一羊皮袋，可以借助下端的螺旋Q調(diào)節(jié)其中汞面的高度，汞面的高度應(yīng)正好與固定在汞槽頂端的象牙針尖接觸，這個汞面就是測定汞柱高度的“零點”，也就是銅管上主標(biāo)尺的“零點”。氣壓計必須垂直安裝，如果偏離垂直位置1°時，對于101.325kPa(1個大氣壓)來說，就會造成13.33Pa的誤差。動槽式氣壓計的使用方法：(1)讀取溫度首先從氣壓計所附溫度計上讀取溫度。(2)調(diào)節(jié)汞槽中汞面的高度慢慢旋轉(zhuǎn)底部螺旋Q，使汞槽中的汞面與象牙針尖恰好接觸。調(diào)節(jié)時可利用汞槽后面白瓷板的反光來觀察汞槽的高度，調(diào)節(jié)動作要輕而慢，汞面調(diào)節(jié)好以后，稍待30s再次觀察汞面與象牙針尖接觸的情況，沒有變化后繼續(xù)下一步操作。(3)調(diào)節(jié)游標(biāo)尺轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)游標(biāo)螺旋使游標(biāo)尺的下沿高于汞柱面，然后緩慢下降直至游標(biāo)尺下沿與汞柱的凸面相切，此時觀察者的眼睛與游標(biāo)尺的下沿及汞柱的凸面在同一水平面上。(4)讀取氣壓計數(shù)值先從主標(biāo)尺上讀出靠近游標(biāo)尺下端且在其下面的刻度，即為大氣壓的整數(shù)部分，再從游標(biāo)尺上找出一根與主標(biāo)尺上某一刻度線相吻合的刻線，其刻度值即為大氣壓的小數(shù)部分，單位是KPa(老式氣壓計的單位是毫米汞柱)。2.定槽式氣壓計定槽式氣壓計與動槽式氣壓計大同小異，不同之處在于前者的汞槽中汞面無需調(diào)節(jié)，它的水銀是裝在體積固定的槽內(nèi)。當(dāng)大氣壓力發(fā)生變化時，玻璃管內(nèi)水銀柱的液面和水銀槽內(nèi)水銀液面的高度差也相應(yīng)變化。在計算氣壓計的標(biāo)尺時已經(jīng)補(bǔ)償了水銀槽內(nèi)液面的變化量。其使用方法除槽中汞面無需調(diào)節(jié)，其它均與動槽式氣壓計相同，氣壓計讀數(shù)的校正方法二者也完全相同。三、酸度計酸度計(也稱pH計)是用來測量溶液pH值的儀器。實驗室常用的酸度計有雷磁25型，PHS-2型和PHS-3型等。它們的原理相同，結(jié)構(gòu)略有差別。下面介紹PHS-2型酸度計，其它型號酸度計的使用可查閱使用說明書。酸度計測pH值的方法是電位測定法。它除測量溶液的酸度外，還可以測量電池電動勢(mV)。(a)飽和甘汞電極(b)玻璃電極圖5-3電極酸度計主要是由參比電極(甘汞電極)、測量電極(玻璃電極)和精密電位計三部分組成。飽和甘汞電極由金屬汞、Hg2Cl2和飽和KCl溶液組成(如圖5-3(a))，它的電極反應(yīng)是：Hg2Cl2+2e-=2Hg+2Cl(a)飽和甘汞電極(b)玻璃電極圖5-3電極玻璃電極(如圖5-3(b))的電極電勢隨溶液pH值的變化而改變。它的主要部分是頭部的球泡，這是由特殊的敏感玻璃薄膜構(gòu)成。薄膜對氫離子有敏感作用，當(dāng)它浸入被測溶液內(nèi)，被測溶液的氫離子與電極球泡表面水化層進(jìn)行離子交換，球泡內(nèi)層也同樣產(chǎn)生電極電勢。由于內(nèi)層氫離子濃度不變，而外層氫離子濃度在變化，因此內(nèi)外層的電勢差也在變化，所以該電極電勢隨待測溶液的pH值不同而改變。玻=玻+0.0592lgc(H+)=玻-0.0592pH將玻璃電極和飽和甘汞電極一起浸在被測溶液中組成電池，并連接上精密電位計，即可測定電池電動勢ε。在25℃時，ε=正-負(fù)=甘汞-玻=0.245-玻+整理后得：pH=(ε+玻-0.245)/0.0591?？捎靡阎猵H值的緩沖溶液代替待測溶液而求得。為了省去計算手續(xù)，酸度計把測得的電池電動勢直接用pH刻度值表示出來。因而從酸度計上可以直接讀出溶液的pH值。PHS-2型酸度計的使用方法①儀器的安裝裝好電極桿13，插上電源。電源為交流電，電壓必須符合標(biāo)牌上所指明的數(shù)值，電壓太低或電壓不穩(wěn)都會影響使用。電源插頭中的黑線表示接地線，不能與其它兩根電線搞錯（如圖5-4）。正面背面圖5-4PHS-2型酸度計正面背面圖5-4PHS-2型酸度計③校正如要測量pH值，先按下按鍵5，但讀數(shù)開關(guān)16保持不按下狀態(tài)。左上角指示燈2應(yīng)亮，為要保持儀表穩(wěn)定，測量前要預(yù)熱半小時以上。a.用溫度計測量被測溶液的溫度。b.調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償器到被測溶液的溫度值。c.將分擋開關(guān)11放在“6”，調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)器8使指針指在pH“1.00d.將分擋開關(guān)11放在“?！蔽恢茫{(diào)節(jié)校正調(diào)節(jié)器14使指針指在滿刻度。e.將分擋開關(guān)11放在“6”位置上，重復(fù)檢查pH“1.00f.重復(fù)c和d兩個步驟。④定位儀器附有三種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(pH為4.00，6.86，9.20)，可選用一種與被測溶液的pH值較接近的緩沖溶液對儀器進(jìn)行定位。儀器定位操作步驟如下：a.向燒杯內(nèi)倒入標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，按溶液溫度查出該溫度時溶液的pH值。根據(jù)這個數(shù)值，將分擋開關(guān)11放在合適的位置上。b.將電極插入緩沖溶液，輕輕搖動，按下讀數(shù)開關(guān)16。c.調(diào)節(jié)定位調(diào)節(jié)器15使指針指在緩沖溶液的pH值(即開擋開關(guān)上的指示數(shù)加表盤上的指示數(shù))，到指針穩(wěn)定為止。重復(fù)調(diào)節(jié)定位調(diào)節(jié)器。d.開啟讀數(shù)開關(guān)，將電極上移，移去標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，用去離子水清洗電極頭部，并用濾紙將水吸干。這時，儀器已定好位，后面測量時，不得再動定位調(diào)節(jié)器。⑤測量a.放上盛有待測溶液的燒杯，移下電極，將燒杯輕輕搖動。b.按下讀數(shù)開關(guān)16，調(diào)節(jié)分擋開關(guān)11，讀出溶液的pH值。如果指針打出左面刻度，則應(yīng)減少分擋開關(guān)的數(shù)值。如指針打出右面刻度，應(yīng)增加分擋開關(guān)的數(shù)值。c.重復(fù)讀數(shù)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，放開讀數(shù)開關(guān)，移走溶液，用去離子水沖洗電極，將電極保存好。d.關(guān)上電源開關(guān)，套上儀器罩。酸度計的維護(hù)①玻璃電極的維護(hù)a.玻璃電極的主要部分為下端的玻璃泡，這球泡極薄，切忌與硬物接觸，一旦發(fā)生破裂，則完全失效。取用和收藏時應(yīng)特別小心。安裝時，玻璃電極球泡下端應(yīng)略高于甘汞電極的下端，以免碰到燒杯底。b.新的玻璃電極在使用前應(yīng)在去離子水中浸泡48h以上，不用時最好浸泡在去離子水中。c.在強(qiáng)堿溶液中應(yīng)盡量避免使用玻璃電極。如果使用應(yīng)迅速操作，測完后立即用水洗滌，并用去離子水浸泡。d.電極球泡有裂紋或老化(久放二年以上)，則應(yīng)調(diào)換，否則反應(yīng)緩慢，甚至造成較大的測量誤差。②儀器的輸入端(即玻璃電極插口)必須保持清潔，不用時將接續(xù)器插入，以防灰塵落入。在環(huán)境溫度較高時，應(yīng)把電極插子用干凈的布擦干。③在按下讀數(shù)開關(guān)時，如果發(fā)現(xiàn)指針嚴(yán)重甩動，應(yīng)放開讀數(shù)開關(guān)，檢查分擋開關(guān)位置及其他調(diào)節(jié)器是否適當(dāng)，電極頭是否浸入溶液。④轉(zhuǎn)動溫度調(diào)節(jié)旋鈕時，不要用力太大，防止移動緊固螺絲位置，造成誤差。⑤當(dāng)被測訊號較大，發(fā)生指針嚴(yán)重甩動時，應(yīng)轉(zhuǎn)動分擋開關(guān)使指針在刻度以內(nèi)，并需等待一分鐘左右，直至指針穩(wěn)定為止。⑥測量完畢后，必須先放開讀數(shù)開關(guān)，再移去溶液，如果不放開讀數(shù)開關(guān)就移去溶液，則指針?biāo)訁柡Γ绊懞竺鏈y定的準(zhǔn)確性。四、紫外-可見分光光度計分光光度計的基本工作原理是基于物質(zhì)對光(對光的波長)的吸收具有選擇性，不同的物質(zhì)都有各自的吸收光帶，所以，當(dāng)光色散后的光譜通過某一溶液時，其中某些波長的光線就會被溶液吸收。在一定的波長下，溶液中物質(zhì)的濃度與光能量減弱的程度有一定的比例關(guān)系，即符合比爾定律。T=I/Iolg(Io/I)=εcb式中，T為透過率，Io為入射光強(qiáng)度，I為透射光強(qiáng)度，A為消光值(吸光度)，ε為吸收系數(shù)，b為溶液的光徑長度，c為溶液的濃度。從以上公式可以看出，當(dāng)入射光、吸收系數(shù)和溶液厚度一定時，透光率是根據(jù)溶液的濃度而變化的。721型分光光度計的構(gòu)造721型分光光度計允許的測定波長范圍在360～800nm，其構(gòu)造比較簡單，測定的靈敏度和精密度較高。因此，應(yīng)用比較廣泛。圖5-5721型分光光度計基本結(jié)構(gòu)示意圖721型分光光度計的儀器構(gòu)造見圖5-5。從光源燈發(fā)出的連續(xù)輻射光線，射到聚光透鏡上，會聚后，再經(jīng)過平面鏡轉(zhuǎn)角90°，反射至入射狹縫。由此入射到單色器內(nèi)，狹縫正好位于球面準(zhǔn)直物鏡的焦面上，當(dāng)入射光線經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡反射后，就以一束平行光射向棱鏡。光線進(jìn)入棱鏡后，進(jìn)行色散。色散后回來的光線，再經(jīng)過準(zhǔn)直鏡反射，就會聚在出光狹縫上，再通過聚光鏡后進(jìn)入比色皿，光線一部分被吸收，透過的光進(jìn)入光電管，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，經(jīng)放大后在微安表上讀出。圖5-5721型分光光度計基本結(jié)構(gòu)示意圖721型分光光度計的使用方法①首先接通電源，打開電源開關(guān)1，指示燈亮，打開比色皿暗箱蓋8，預(yù)熱20分鐘。圖5-6721型分光光度計②波長選擇旋鈕6，選擇所需的單色光波長，用靈敏度旋鈕2選擇所需的靈敏檔。圖5-6721型分光光度計③放入比色皿，旋轉(zhuǎn)零位旋鈕5調(diào)零，將比色皿暗箱蓋合上，推進(jìn)比色皿拉桿3，使參比比色皿處于空白校正位置，使光電管見光，旋轉(zhuǎn)透光率調(diào)節(jié)旋鈕4，使微安表9指針準(zhǔn)確處于100%。按上述方法連續(xù)幾次調(diào)整零位和100%位，即可進(jìn)行測定工作(儀器面板見圖5-6)。721型分光光度計使用和維護(hù)中應(yīng)注意事項：①連續(xù)使用儀器的時間不應(yīng)超過2小時，最好是間歇0.5小時后，再繼續(xù)使用。②比色皿每次使用完畢后，要用去離子水洗凈并倒置晾干后，存放在比色皿盒內(nèi)。在日常使用中應(yīng)注意保護(hù)比色皿的透光面，使其不受損壞或產(chǎn)生劃痕，以免影響透光率。③儀器不能受潮。在日常使用中，應(yīng)經(jīng)常注意單色器上的防潮硅膠(在儀器的底部)是否變色，如硅膠的顏色已變紅，應(yīng)立即取出烘干或更換。④在托運或移動儀器時，應(yīng)注意小心輕放。實驗三十二氣體常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)氣體體積的測定方法掌握理想氣體狀態(tài)方程和分壓定律的應(yīng)用掌握測定氣體常數(shù)的方法及其操作二、實驗原理在理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT中，氣體常數(shù)R值可通過實驗來測定。稱取一定量的金屬鎂條與過量的稀鹽酸反應(yīng)，在一定溫度和壓力下，測定反應(yīng)放出的氫氣的體積V（H2）。實驗時的溫度T由溫度計測出，總壓力P由氣壓計測出。由于量氣管內(nèi)所收集的氫氣是被水蒸氣飽和的，根據(jù)分壓定律，氫氣的分壓p(H2)應(yīng)是混合氣體總壓p與實驗時水的飽和蒸汽壓p(H2O)之差。反應(yīng)中所放出氫氣的物質(zhì)的量n(H2)可以通過反應(yīng)中鎂條的質(zhì)量求得。將以上所測得各項數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT中，即可求出R值。三、儀器與試劑儀器分析天平測量氣體常數(shù)裝置常用玻璃儀器若干試劑HCl（6.0molL-1）鎂條1.玻璃量氣管2.帶刻度反應(yīng)管3.水平漏斗4.橡膠管1.玻璃量氣管2.帶刻度反應(yīng)管3.水平漏斗4.橡膠管圖5-7氣體體積測定裝置樣品的稱量在分析天平上準(zhǔn)確的稱量0.03-0.04g（準(zhǔn)確值0.1mg連接裝置并檢查氣密性（1）按圖5-7所示連接好裝置后，取下反應(yīng)管，移動水面，使量氣管中的水面略低于“0”刻度，然后把水平漏斗固定，裝上反應(yīng)管。（2）將水平漏斗向上（或向下）移動一段距離，若量氣管中水面有少許下降（或上升）后就保持恒定，則表明裝置不漏氣。若量氣管中水面不斷的下降（或上升），則表明裝置漏氣，應(yīng)找出漏氣處加以糾正。測定前準(zhǔn)備（1）檢查不漏氣后，小心取下反應(yīng)管。向反應(yīng)管中加入約3mL6.0molL-1HCl溶液，注意不要把鹽酸沾在反應(yīng)管壁上部。然后傾斜反應(yīng)管，將一份鎂條用少量水沾在反應(yīng)管的上半部（絕不能與鹽酸接觸），小心將反應(yīng)管按圖5-7連接好。再次檢查氣密性。（2）調(diào)整水平漏斗的位置，使其液面與量氣管液面保持在同一水平面，并記錄量氣管水面的位置V1（準(zhǔn)確至0.01mL）。測定并記錄數(shù)據(jù)（1）輕輕振動試管，使鎂條落入鹽酸中，則反應(yīng)而放出氫氣，此時不斷的調(diào)整水平漏斗的高度，使水平管內(nèi)液面與量氣管液面保持同等高度。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)管冷卻至室溫，再使水平漏斗內(nèi)液面與量氣管液面保持在同一水平面，并記錄量氣管水面的位置V2（準(zhǔn)確至0.01mL）。2分鐘后，再讀一次量氣管水面位置，若兩次讀數(shù)相同，則表明管內(nèi)氣體溫度與室溫相同，記錄數(shù)據(jù)。（2）用另一份重復(fù)上述操作，并記錄實驗數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)記錄與處理編號實驗項目ⅠⅡⅢ鎂條的質(zhì)量W/g反應(yīng)后量氣管的讀數(shù)V2/mL反應(yīng)前量氣管的讀數(shù)V1/mL生成氫氣體積VH2=(V2-V1)10-3/m3室溫T/K大氣壓力p/Pa室溫下水的飽和蒸汽壓p(H20)/Pa氫氣的分壓(p-p(H20)/Pa氫氣物質(zhì)的量氣體常數(shù)/Jmol-1K-1氣體常數(shù)平均值百分誤差六、思考題1.本實驗通過什么方法測定氣體常數(shù)R的數(shù)值？實驗中需要測定哪些數(shù)據(jù)？2.量氣管內(nèi)氣體的體積是否等于置換出氫氣的體積？量氣管內(nèi)氣體的壓力是否等于置換出氫氣的壓力？為什么？實驗三十三化學(xué)反應(yīng)摩爾焓變的測定一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)利用熱量計測定中和反應(yīng)摩爾焓變的原理和方法二、實驗原理酸堿發(fā)生中和反應(yīng)時，有熱量放出。在等溫、等壓下，1mol強(qiáng)酸和1mol強(qiáng)堿完全反應(yīng)時放出的熱量稱為中和熱，也稱中和反應(yīng)的摩爾焓變，以ΔrHmθ表示。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在水溶液中幾乎全部電離，其中和反應(yīng)的實質(zhì)是：H+(ag)+OH-(aq)=H2OΔrHm=-57.2kJmol-1(25℃因此，各種強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的中和熱是相同的。對于弱酸、弱堿來說，ΔrHmθ就不等于-57.2kJmol-1，這是因為在發(fā)生中和反應(yīng)的同時，還發(fā)生了弱酸(或弱堿)的解離。解離過程要吸收熱量。因此，弱酸和強(qiáng)堿或弱堿和強(qiáng)酸的中和熱小于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的中和熱。本實驗用簡易熱量計測定HCl和NaOH反應(yīng)的中和熱。在熱量計中進(jìn)行的放熱反應(yīng)，所放出的熱量除了使溶液溫度升高外，同時也使熱量計的溫度升高，因此，反應(yīng)產(chǎn)生的總熱量可表示為：Q=(CP+CP′)ΔT式中：CP——熱量計的定壓熱容（單位為JK-1）CP′一一溶液的定壓熱容（單位為JK-1）ΔT——由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的體系溫度變化（單位為K）。如果反應(yīng)中生成nmol的H2O，則中和反應(yīng)摩爾焓變可表示為：（n應(yīng)按濃度較小的酸液或堿液來計算）使用熱量計測定反應(yīng)的熱效應(yīng)，首先需要測定熱量計的熱容（指熱量計溫度每升高1K所需要的熱量）。在熱量計中加入一定量的冷水，測得溫度為T1，再加入相同量的熱水，溫度為T2，混合后水溫為T3，已知水的比熱容為c，冷熱水質(zhì)量均為m，則：熱水失熱=mc(T2-T3)冷水得熱=mc(T3-Tl)熱量計得熱=mc(T2-T3)-mc(T3-Tl)=mc(T1+T2-2T3)所以熱量計定壓熱容溶液的熱容CP′=Vdc式中：V一溶液的體積(單位為mL)；（說明：溶液的密度和比熱容近似地取水的密度和比熱容）d一溶液的密度(單位為gmL-1)；（說明：溶液的密度和比熱容近似地取水的密度和比熱容）c一溶液的比熱容(單位為JK-1g-1三、儀器與試劑1.儀器簡易熱量計小燒杯(100mL)酒精燈鐵三腳架溫度計(1/10℃)量筒(50mL)石棉鐵絲網(wǎng)2.試劑HCl溶液約1molL-1(濃度準(zhǔn)確至小數(shù)點后第二位)NaOH溶液約1molL-1(濃度準(zhǔn)確至小數(shù)點后第二位)四、實驗內(nèi)容1.測定熱量計的熱容圖5-8簡易量熱計(1)按圖5-8裝好保溫杯簡易熱量計。注意，切勿使溫度計的水銀球和攪拌器碰到杯底，塑料蓋要嚴(yán)密。圖5-8簡易量熱計(2)用量筒量取50mLH2O，倒入熱量計中，蓋好蓋子，緩緩攪拌，直至體系內(nèi)部達(dá)到熱平衡(即溫度不再變化)，記下此時的溫度T1。另在100mL燒杯中加入50mLH2O，用酒精燈加熱，當(dāng)水溫高于T1約20℃時，停止加熱，取下燒杯，搖均勻，迅速測量熱水溫度T2，并盡快將此熱水全部倒入熱量計中，立即蓋好蓋子，緩緩攪拌。同時將溫度計插入盛有冷水的燒杯中，使其溫度降至接近T12.測定HCl和NaOH反應(yīng)的中和熱將熱量計中的H2O倒盡，量取50mL1molL-1HCl溶液倒入熱量計中，加蓋、攪拌，直到體系達(dá)熱平衡，記錄酸液溫度T4。用量筒量取50mL1molL-1NaOH溶液，從熱量計中取出溫度計，用H2O沖去殘留的酸液，測定NaOH溶液的溫度。此時，要求酸液和堿液的溫度相等。若溫度不等，則用手心捂熱，或用自來水冷卻盛堿液的量筒，使堿液、酸液溫度一致。然后小心地把量筒中的堿液倒入熱量計中，加蓋攪拌，密切注意溫度變化，記錄最高溫度值T5。五、數(shù)據(jù)處理1.熱量計熱容的計算冷水溫度T1K熱水溫度T2K冷熱水混合后的溫度T3K冷水的質(zhì)量(同熱水的質(zhì)量)mg水的比熱容c4.18Jg-1K-1熱量計的定壓熱容JK-12.中和熱的計算起始溫度T4K反應(yīng)后溫度T5K?T=T5-T4K溶液總體積VmL溶液的密度dgmL-1溶液的比熱容cJg-1K-1溶液的定壓熱容JK-1反應(yīng)放出的熱量kJ生成水的物質(zhì)的量nmol中和反應(yīng)的摩爾焓變kJmol-1六、思考題1.1mol鹽酸和lmolHAc被強(qiáng)堿完全中和時放出的熱量是否相同?2.實驗中產(chǎn)生誤差的來源可能有哪些?實驗三十四化學(xué)反應(yīng)速率的測定一、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)測定(NH4)2S2O8與KI反應(yīng)的反應(yīng)速率的原理和方法2.了解濃度、溫度、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響二、實驗原理在水溶液中，(NH4)2S2O8與KI發(fā)生如下反應(yīng)：(NH4)2S2O8+3KI(NH4)2SO4+K2SO4+KI3其離子方程式：S2O82-+3I-2SO42-+KI3-（1）此反應(yīng)的速率方程式可表示如下：式中：c(S2O82-)—反應(yīng)(S2O82-)的起始濃度；c(I-)—反應(yīng)（I-）的起始濃度；—該溫度下的瞬時速率；k—速率常數(shù)；m—S2O82-的反應(yīng)級數(shù)；n—I-的反應(yīng)級數(shù)。此反應(yīng)在?t時間內(nèi)平均速率可表示為：我們近似地利用平均速率代替瞬時速率：為了測定?t時間內(nèi)S2O82-的濃度變化，在將KI與(NH4)2S2O8溶液混合的同時，加入一定量已知濃度Na2S2O3溶液和指示劑淀粉溶液，這樣在反應(yīng)(1)進(jìn)行的同時，還發(fā)生如下反應(yīng)：2S2O32-+I3-S4O62-+3I-（2）反應(yīng)(2)進(jìn)行的速率非?？?，幾乎瞬間完成，而反應(yīng)(1)卻慢得多，反應(yīng)(1)生成的I3-立即與S2O32-作用，生成無色的S4O62-和I-，一旦Na2S2O3耗盡，反應(yīng)(1)生成的I3-立即與淀粉作用，使溶液顯藍(lán)色，記錄溶液變藍(lán)所用時間?t。?t即為Na2S2O3反應(yīng)完全所用時間，由于本實驗中所用Na2S2O3的起始濃度都相等，因而每份反應(yīng)在所記錄時間內(nèi)?c(S2O32-)都相等，從反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)中的關(guān)系可知，S2O32-所減少的物質(zhì)的量是S2O82-的兩倍，每份反應(yīng)的c(S2O82-)都相同，即有如下關(guān)系：在相同溫度下，固定I-起始濃度，而只改變S2O82-的濃度，可分別測出反應(yīng)所用時間?t1和?t2，然后分別代入速率方程得：因為，則通過，求出m。同理保持c(S2O82-)不變，只改變I-的濃度則可求出n，m+n即為該反應(yīng)級數(shù)。由也可求出速率常數(shù)。溫度對化學(xué)反應(yīng)速率有明顯的影響，若保持其它條件不變，只改變反應(yīng)溫度，由反應(yīng)所用時間?t1和?t2，通過如下關(guān)系：得出，從而得出不同溫度下的速率常數(shù)。催化劑能改變反應(yīng)的活化能，對反應(yīng)速率有較大的影響，(NH4)2S2O8與KI的反應(yīng)可用可溶性銅鹽如Cu(NO3)2作催化劑。三、儀器與試劑1.儀器量筒(50mL,10mL)燒杯(100mL)溫度計秒表溫度計恒溫水浴鍋2.試劑KI（0.2molL-1）(NH4)2S2O8（0.2molL-1）(NH4)2SO4（0.2molL-1）Cu(N03)2（0.02molL-1）CuS04（0.1molL-1）Na2S203（0.01molL-1）KN03（0.2molL-1）H202（10%）Mn02（固體）淀粉0.2%鋅粉鋅粒四、實驗內(nèi)容1.濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響在室溫下，分別用三只量筒取20mL0.2molL-1KI、4mL0.2%淀粉、8mL0.01molL-1Na2S203溶液(每種試劑所用的量筒都要貼上標(biāo)簽，以免混亂)，倒入100mL燒杯中，攪勻。然后用另一只量筒量取20mL0.2molL-1(NH4)2S2O8溶液，迅速加入到該燒杯中，同時按動秒表，并不斷用玻璃棒攪拌，待溶液出現(xiàn)藍(lán)色時，立即停止秒表，記下反應(yīng)的時間和溫度。用同樣的方法按下表中所列各種試劑用量進(jìn)行另外4次實驗，記下每次實驗的反應(yīng)時間，為了使每次實驗中離子強(qiáng)度和總體積不變，不足的量分別用0.2molL-1KN03溶液和0.2molL-1(NH4)2SO4溶液補(bǔ)足。濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實驗編號12345反應(yīng)溫度/℃試液的體積V/mL0.2molL-1(NH4)2S2O80.2molL-1KI0.01molL-1Na2S2030.2%淀粉0.2molL-1KN030.2molL-1(NH4)2SO4202084001020840105208401520108410020584150反應(yīng)物的起始濃度c/molL-1(NH4)2S2O8KINa2S203反應(yīng)開始至溶液顯藍(lán)色時所需時間?t/s反應(yīng)的平均速率/molL-1s-1反應(yīng)的速率常數(shù)k反應(yīng)級數(shù)m=n=反應(yīng)級數(shù)=m+n=2.溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響按上表中實驗4各試劑的用量，在分別比室溫高10℃、20℃的溫度條件下，重復(fù)上述實驗。操作步驟是，將KI、淀粉、Na2S203和KN03溶液放在一只100mL燒杯中混勻，(NH4)2S208放在另一燒杯中，將兩份溶液放在恒溫水浴中升溫，待升到所需溫度時，將(NH4)2S20將這兩次實驗編號為6，7的數(shù)據(jù)和編號4的數(shù)據(jù)記錄在下表中，并求出不同溫度下反應(yīng)速率常數(shù)。溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實驗編號反應(yīng)溫度t/℃反應(yīng)時間△t/s反應(yīng)速率v/molL-1s-1反應(yīng)速率常數(shù)k4673.催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)單相催化Cu(N03)2可加快(NH4)2S208和KI的反應(yīng)，按濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響中實驗編號4的各試劑的用量將KI，Na2S203，KN03和淀粉加入到100mL燒杯中，再加3滴0.02molL-1Cu(N03)2溶液做催化劑，攪勻，迅速加入(NH4)2S208溶液，同時開始記錄時間，不斷攪拌，直至溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色為止，記下所用時間，將這次測定的反應(yīng)速率與實驗編號4的反應(yīng)速率相比較。(2)多相催化取兩支試管，分別加入2mL10%的H202溶液，在其中一支試管中加入少量的已灼燒過MnO2固體粉末，觀察比較兩支試管中氣泡產(chǎn)生的速率，寫出方程式并加以解釋。4.接觸面對化學(xué)反應(yīng)速率的影響取兩支試管，各加入2mL0.1molL-1的CuS04溶液，然后向兩只試管中分別加入少量鋅粒和鋅粉，觀察顏色變化，說明了什么?五、思考題1.本實驗中為什么可以由反應(yīng)溶液出現(xiàn)藍(lán)色時間的長短來計算反應(yīng)速率？反應(yīng)溶液出現(xiàn)藍(lán)色后，反應(yīng)是否終止？2.在實驗過程中，向KI、淀粉、Na2S203混合液中加入(NH4)2S208溶液時，為什么必須迅速倒入？3.如果實驗中先加(NH4)2S208溶液，最后加KI溶液，對實驗結(jié)果有何影響？4.本實驗中Na2S203的用量過多或過少，對實驗結(jié)果有何影響？實驗三十五醋酸解離度和解離平衡常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.掌握用pH計法測定醋酸解離度和解離常數(shù)的原理和方法2.加深對弱電解質(zhì)解離平衡的理解3.學(xué)會酸度計的使用方法二、實驗原理HAc是弱電解質(zhì)，在水溶液中部分電離，存在下列平衡：HAc(aq)HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)其解離平衡常數(shù)為：如果HAc的起始濃度c,解離度為α，則解離平衡時：c(H+)=c(Ac-)=cα某一弱電解質(zhì)的解離常數(shù)Ka僅與溫度有關(guān)，而與該弱電解質(zhì)溶液的濃度無關(guān)，其解離度α則隨溶液濃度的降低而增大。測定弱電解質(zhì)Ka和α的方法很多，本實驗利用酸度計來測定弱電解質(zhì)Ka和α。在一定溫度下，用酸度計測定一系列已知濃度HAc溶液的pH值，由pH=-lg[c(H+)/c]換算成c(H+)/c。根據(jù)c(H+)=cα，就可求出一系列對應(yīng)的HAc的解離度α和cα2/(1-α)值。這一系列的cα/(1-α)c值應(yīng)近似為一常數(shù)，取其平均值，即為該溫度時HAc的解離常數(shù)Ka。三、儀器與試劑1.儀器pH計酸式滴定管(50mL)堿式滴定管(50mL)燒杯(100mL，5只)溫度計電極2.試劑HAc標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1000mol×L-1）四、實驗內(nèi)容1.不同濃度的HAc溶液的配制用酸式滴定管分別取48.00mL，24.00mL，12.00mL，6.00mL，3.00mL已標(biāo)定好的HAc溶液標(biāo)準(zhǔn)于三個潔凈干燥的100mL燒杯中。注意：接近所要求的放出體積時，應(yīng)逐滴放出，以確保準(zhǔn)確度。用堿式滴定管裝上去離子水，往后面4只燒杯中分別加入24.00mL，36.00mL，42.00mL，45.00mL去離子水，使各燒杯中溶液的總體積均為48.00mL，混合均勻，計算每份HAc溶液準(zhǔn)確的起始濃度。2.HAc溶液pH的測定把上述配制的系列HAc溶液按濃度大小由稀到濃的順序排列，在pH計上分別測定它們的pH，記錄各份溶液的pH和實驗溫度。并將pH換算成c(H+)。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理將實驗中測得的有關(guān)數(shù)據(jù)填入下，并計算出和α。序號不同濃度HAc溶液的配制HAc溶液的起始濃度c/mol×L-1pHc(H+)/mol×L-1αcα2/(1-α)cV(HAc)/mLV(H2O)/mL148.000.00224.0024.00312.0036.0046.0042.0053.0045.00實驗室溫度/K=醋酸的解離常數(shù)Ka=六、思考題1.若改變所測HAc溶液的濃度和溫度，HAc的電離度和電離常數(shù)有無變化?2.在測定一系列同種溶液的pH時，測定順序由稀到濃和由濃到稀，其結(jié)果可能有何不同?3.如何確定pH計已校正好?實驗三十六難溶電解質(zhì)(PbCl2)溶度積常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)離子交換樹脂的使用方法2.掌握用離子交換法測定溶度積的原理和方法二、實驗原理在一定溫度下，難溶電解質(zhì)PbCl2達(dá)成下列沉淀-溶解平衡：PbCl2(s)Pb2++2Cl-l設(shè)PbCl2的溶解度為S(mol×L-1),則平衡時：c(Pb2+)=S,c(Cl-)=2S所以或知道了PbCl2飽和溶液中Pb2+離子的濃度c(Pb2+)，便可求出Ksp。離子交換樹脂是人工合成的固態(tài)、球狀高分子聚合物，其中含有活性基團(tuán)，能與一些物質(zhì)的離子進(jìn)行離子選擇性交換。含有酸性基團(tuán)而能與其它物質(zhì)的陽離子進(jìn)行交換的樹脂稱為陽離子交換樹脂(如R-SO3H)；含有堿性基團(tuán)而能與其它物質(zhì)的陰離子進(jìn)行交換的樹脂稱為陰離子交換樹脂(如R-NH2)。離子交換樹脂的這一特性，被廣泛應(yīng)用于水的凈化、金屬的回收以及離子的分離和測定等。本實驗是用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂(用RH表示)與一定體積PbC12飽和溶液中的Pb2+離子在離子交換柱中進(jìn)行離子交換，其反應(yīng)如下：2RH+Pb2+R2Pb+2H+再用已知濃度的NaOH溶液滴定生成的H+離子：OH-+H+H2從而求出被交換的Pb2+和Cl-的濃度。根據(jù)Pb2+～2H+～20H-設(shè)所取PbCl2飽和溶液的體積為V1，NaOH的濃度為c2，滴定所消耗NaOH體積為V2；則PbCl2飽和溶液中Pb2+的濃度c(Pb2+)為：c(Pb2+)=(V2c2)/2V1從而求出=4c3(Pb2+)=1/2(c2V2/V1)3（略去c）。市售的陽離子交換樹脂往往是鈉型(RS03Na)，使用前需用稀酸將鈉型轉(zhuǎn)化為酸型(RS03H)。使用過的樹脂，用稀酸淋洗，使樹脂重新轉(zhuǎn)化為酸型，這個過程稱為再生。再生后的樹脂可繼續(xù)使用。三、儀器與試劑1.儀器離子交換柱堿式滴定管錐形瓶燒杯移液管溫度計2.試劑陽離子交換樹脂PbCl2飽和溶液酚酞指示劑NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.05molL-1)pH試紙HCl（1.0molL-1）四、實驗內(nèi)容1.裝柱向陽離子交換樹脂中加入少量去離子水使成“糊狀”，裝入離子交換柱中，裝好后，再加去離子水直至液面高于樹脂2cm左右，確保樹脂完全浸沒在去離子水中。裝柱時盡可能使樹脂緊密，不留氣泡。2.轉(zhuǎn)型向交換柱中加入20mL1.0molL-1HCl溶液，以每分40滴的流速通過交換柱，待柱中液面降至距樹脂表面約1cm時，用去離子水淋洗樹脂直到流出液用pH試紙檢驗呈中性為止。3.交換用移液管準(zhǔn)確吸取25.00mLPbCl2飽和溶液于一潔凈小燒杯中，轉(zhuǎn)入離子交換柱內(nèi)，控制流速約每分30滴，用一潔凈的錐形瓶承接流出液。用適量去離子水洗滌燒杯3次，每次洗滌液均注入離子交換柱內(nèi)。直至交換完畢流出液用pH試紙檢驗呈中性為止。在交換過程中應(yīng)注意及時加入去離子水。防止樹脂曝露在空氣中。4.滴定向錐形瓶中加入酚酞指示劑3滴，用已知濃度的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到溶液顏色由無色變成淡紅色且在30秒內(nèi)不褪色即可。記下消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(V2)。五、數(shù)據(jù)處理PbCl2用量V1/mLNaOH濃度c2/moL-1NaOH體積/mLNaOH消耗量V2/mLc(Pb2+)/molL-1滴定后滴定前25.0025.0025.00六、思考題1.用離子交換法測定PbCl2溶度積的原理是什么?2.在離子交換過程中為何要控制一定的流速?3.為什么要注意使液面始終不得低于離子交換樹脂的上表面?實驗三十七配位化合物配位數(shù)及穩(wěn)定常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)了解分光光度法測定配位化合物組成及其穩(wěn)定常數(shù)的原理和方法2.學(xué)習(xí)掌握721型分光光度計的使用方法二、實驗原理磺基水楊酸與Fe3+可形成穩(wěn)定的配位化合物。形成配位化合物時，其組成因pH值不同而改變；在pH值為2～3時，生成紫紅色的配位化合物(有一個配位體)；pH值為4～9時，生成紅色配位化合物(有2個配位體)；pH值為9～11.5時，生成黃色的配位化合物(有三個配位體)；pH>12時，有色配位化合物被破壞而生成Fe(OH)3沉淀。本實驗是在pH=2.0時測定磺基水楊酸鐵配位化合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)