物理化学实验课后练习参考.doc

物理化学实验课后练习参考
一、问答题
1. 用最大气泡法测定溶液的表面张力的实验操作中, 为什么要求读出最大压力差?
[答] p(内)<p(外)时, 气泡会从毛细管口逸出。
Dp＝p(外)－p(内),Dp 可从压力计两边读数的差值h读出。 (1分)
p r2Dp 为气泡逸出时受到向下的总作用力
2p rs 为气泡在毛细管口受到的表面张力 (2分)
当 p r2Dpmax＝2p rs 时, 气泡就逸出了
故实验中要求读出最大压力差 h 。 (2分)

2.最大气泡压力法测液体的表面张力实验时，某同学发现，当毛细管管端不是刚刚与液面相接触，而是插入液面一小段距离时，测得的 △h 偏高。因而该同学在讨论中说毛细管管端插入液体内部，将使测得的表面张力值偏高，你认为这一说法对吗？为
什么？
答：知标样 S 及未知样 X，则 g x/g s= △hx/△hs影响 g x值的因素与 △h 之测定值, X, S 样的密度及毛细管端插入深浅等众多因素有关。
3.在恒温、恒压下，测定化学反应速率常数的方法常分为物理法及化学法两类, 请你以做过的实验为例, 简述这两类方法的主要区别及优缺点。
物理法：如电导法测乙酸乙酯皂化速率常数等, 优点是不需要直接取样, 不需中止反应, 测量快, 测得数据多, 数据误差小, 所测的物理量易转化为电讯号, 易实现测定、记录、处理的自动化。缺点是:对不同反应体系要用不同物理量, 有的体系找不到合适的物理量, 物理量与浓度关系不规则, 易引入系统误差,需要比较特殊的仪器。 (5分)
化学法：如用KMnO4滴定法测定H2O2分解反应速率常数, 其优点是使用通常用的化学分析方法, 如多为容量法分析测定浓度, 取得的数据直接引入动力学方程, 不加其他关系。 缺点是需取样并中止反应才能进行分析, 取样记时及反应条件控制易引入误差, 化学分析慢, 取得数就少, 增加了数据处理误差, 不易实现自动化。 (5分)
4.请设计一电化学实验，测定下列反应的等压热效应，并说明其理论根据（不写实验装置及实验步骤）。Ag(s) + HCl(aq) ＝ AgCl(s)↓ + 1/2 H2(g)
[答] (1) 设计电池 Ag - AgCl(s)│HCl(aq)│H2(Pt) (1.5分)
(2) 压力 p 一定时，测该电池于某温度下的电动势 E 和电池的温度系数 (¶E/¶T)p
可得电池的反应焓变值 △H = -zFE + zFT(¶E/¶T)p
此△H 即为该反应不在电池中进行时，反应的等压热效应。 (1.5分)
(3) 因为反应不论是否在电池中进行，其初、终态相同，利用状态函数的性质
△H（电池中）＝△H（烧杯中），在等 T ，等 p，Wf = 0 时，△H = Qp (2分)
5.某种不可燃固体物质, 加热可使它分解成为另一种固体和一种气体, 请设计一个实验以测定上述分解反应的DH$ 和DS$ , 简要叙述实验方法和所依椐的热力学原理, 不必绘出实验装置图。
[答] 实验方法: 将该固体放在密闭容器中, 将容器抽成真空, 置于电炉上加热, 测定不同温度下的平衡分解压。 (3分)
平衡时: DG＝DG$＋RTlnQp＝0 (2分)
DG$＝－R T ln Kp= DH$－TDS$ (1分)
Kp值即相当于此固体分解压: lnKp＝－DH$/(RT)＋DS$/R (2分)
以 ln Kp对 1/T 作图, 得一直线, 从斜率求出 DH$ (1分)
在直线上找一点, 代入上式, 求出 DS$。
6.某研究所，需要测定牛奶样品的热值，请提出所需仪器及实验步骤。
[答]仪器：氧弹燃烧热测定仪一套
步骤：(1) 水当量的测量；
(2) 空白滤纸的热能测定；
(3) 牛奶样品用滤纸吸取烘干称重进行测量。
7. 用氧弹量热计测定有机化合物的燃烧热实验, 有的实验教材上要求在量热测定时，在氧弹中加几滴纯水，然后再充氧气、点火，请说明加的这几滴水的作用是什么？
[答] 希望产物 H2O 尽快凝聚为液态水。
8. 为什么在测量原电池电动势时，要用对消法进行测量？而不能使用伏特计来测量？
答： 要准确测量电池电动势只有在电流无限小的可逆情况下进行，对消法可达到此目的。伏特计与待测电池接通后，要使指针偏转，线路上必须有电流通过，这样一来变化方式不可逆，所测量结果为有“极化”现象发生时的外电压。
9.作为盐桥使用的电解质有什么要求？
答：⑴ 盐桥电解质不能与两端电极溶液发生化学反应；⑵ 盐桥电解质溶液中的正、负离子的迁移速率应该极其接近；⑶ 盐桥电解质溶液的浓度通常很高，甚至达到饱和状态。
10. 以本实验中的装置来说，哪一部分是体系？
答：（将装置图中的平衡管部分转化一下）
根据实验题目可知，体系中应包含液体部分和气体部分，因此本实验的体系是A中的液体和A—B液面之间的气体。
11. 体系中的气体部分含有空气等惰性气体时，是否对饱和蒸气压的测定产生影响？
答：有影响。参见【物理化学】教科书有关部分（P147～148）。公式为

公式中Pg*为没有惰性气体存在时液体的饱和蒸气压，Pg为有惰性气体存在且总压为pe时液体的饱和蒸气压。
12. 怎样才能把体系中的空气排出到环境中去，使得体系的气体部分几乎全部是由被测液体的蒸气所组成？如何判断空气已被赶净？
答：通过对体系加热或（/和）减小环境的压力，可以把体系中的空气等惰性气体排出到环境中去。刚开始时，空气比较多，通过B—C管液体冒泡排出的速度较快，后来逐步减慢。当体系温度达到液体的沸点并且空气很少时，冒泡排出气体的速度比较慢并且均匀，此时冒泡排出的气体主要是饱和蒸气。
13. B—C之间的U形状液体所起到的作用是什么？
答：⑴ 起到一个液体活塞（或液封）的作用，用于分隔体系与环境。（同时通过该液体活塞，可将体系中的空气排除到环境中去）
⑵ 起到检测压力的作用。（当B、C管中的液面等高时，说明体系的压力等于环境的压力，可以通过测量环境的压力来代表体系的压力）
⑶ 当B、C管中的液面等高时测定温度和压力的数据，也可保持多次测量数据时体系的体积几乎相等。
14. 怎样才能使环境的空气不会进入到体系中去？
答：读测完温度和压差的数据以后，赶快给体系加热，或减小环境的压力
15. 对于动力学研究中，物理量及其测量仪器的选择有哪些方面的考虑：
答：⑴ 反应前后，体系的物理量的变化非常显著；⑵ 测的物质浓度成线性关系的特征物质量为最佳；⑶ 测的物质浓度不成线性关系的非特征物质量为最差。
16. 根据具有简单反应级数的化学反应动力学特征，大致有哪几种确定反应级数的数据处理方法？
答：微分法，积分法，半衰期法，改变初始物质浓度法。
17. 动力学实验，一般情况下为什么要在恒温条件下进行？
答：不同温度下的反应速度不一样，反应速率常数与温度有关，电导率的数值与温度也有关，所以要准确进行动力学测量，必须在恒温条件下进行。
18. 在本实验的装置中哪部分是燃烧反应体系？燃烧反应体系的温度和温度变化能否被测定？为什么？
答：在本实验装置中，氧弹的内部是被测物质的燃烧空间，也就是燃烧反应体系。由于做燃烧实验时要在氧弹中充入高压的氧气，燃烧瞬间将产生高温，这样就无法将温度计（或温差计）直接插入到高压氧弹中或者因为温度计无法承受高压或高温，另外温度计是玻璃或金属外壳，在氧弹外面也无法与氧弹紧密接触，或者有的温度计（如热电偶）达不到测量精度，所以很难对燃烧反应体系进行温度或温度差的测量。
19. 在本实验的装置中哪部分是测量体系？测量体系的温度和温度变化能否被测定？为什么？
答：由于不能直接对燃烧反应体系进行温度或温度差测量，因此就需要将燃烧反应体系（氧弹）放入到一种可以进行温度或温度差测量的介质中去，构成比燃烧反应体系大的测量体系。在本实验的装置中，盛水桶、3000ml水（刚好可以淹没氧弹）和氧弹三部分组成了测量体系，温度计可以插入到水中并与水紧密接触，不需要承受高压和高温，这样可以根据测量体系的温度变化去推断燃烧反应进行所放出的热量。
20. 测量体系与环境之间有没有热量的交换？（即测量体系是否是绝热体系？） 如果有热量交换的话，能否定量准确地测量出所交换的热量？
答：测量体系与环境之间有热量的交换，因为理想的绝热条件是不可能达到的。同时影响热量的交换量大小的因素也比较多，①与体系、环境的材质有关；②与体系、环境的接触界面积大小有关；③与体系、环境的温差有关，所以要定量准确地测量出体系与环境交换的热量是比较困难的。如果有净的热量交换的话，将会增大实验的测量误差。
21. 在一个非绝热的测量体系中怎样才能达到相当于在绝热体系中所完成的温度和温度差的测量效果？
答：既然无法避免体系与环境之间有热量的交换，就希望体系与环境之间交换的热量为零或尽可能的小。在本实验过程中，样品点火燃烧以后体系的温度肯定将高于环境的温度，体系将热传递给环境，因此就必须在样品点火燃烧以前使体系的温度低于环境的温度，使体系从环境处获得热量，并使体系获得的热量与传出的热量尽量抵消，这样测量的效果就相当于绝热体系的结果。这就是“雷诺校正图”的设计思想。
22. 在本实验中采用的是恒容方法先测量恒容燃烧热，然后再换算得到恒压燃烧热。为什么本实验中不直接使用恒压方法来测量恒压燃烧热？
答：原因为：①如果是使用恒压燃烧方法，就需要有一个无摩擦的活塞，这是机械摩擦的理想境界，是做不到的；②做燃烧热实验需要尽可能达到完全燃烧，恒压燃烧方法难于使另一反应物——“氧气”的压力（或浓度）达到高压，会造成燃烧不完全，带来实验测定的实验误差。
23. 苯甲酸物质在本实验中起到什么作用？
答：热量交换很难测量，温度或温度变化却很容易测量。本实验中采用标准物质标定法，根据能量守恒原理，标准物质苯甲酸燃烧放出的热量全部被氧弹及周围的介质等吸收，使得测量体系的温度变化，标定出氧弹卡计的热容。再进行奈的燃烧热测量和计算。
24. 恒压燃烧热与恒容燃烧热有什么样的关系？
答：Qp=Qv+Δn(RT)
Qp：恒压燃烧热；Qv：恒溶燃烧；Δn：反应前后气态物质的量之差；T为环境（外夹套）的温度。
25.在本实验装置中哪些是体系？哪些是环境？体系和环境通过哪些哪些途径进行热交换？这些热交换对结果影响怎样？如何进行校正？
答：体系包括内筒以内的部分，如氧弹,水等；内筒以外的为环境。
体系和环境以空气层绝热。体系和环境交换能量的途径有：传导、辐射、对流、蒸发和机械搅拌等。在测定的前期和末期，体系和环境间温差的变化不大，交换能量较稳定。而反应期温度改变较大,体系和环境间温差随时改变，交换的能量也不断改变，很难用实验数据直接求算，通常采用作图或经验公式等方法消除其影响。
26.搅拌过快或过慢有何影响？
答：搅拌过快会产生大量热量使体系温度升高造成误差；搅拌过慢会使体系温度不均匀造成误差。
27.扼要说明测定市售麦片热值的方案
回答要点：
(1)针对麦片的某一品牌从商店里随机抽样取一定量的麦片
(2) 用氧弹量热计测定麦片的燃烧热。
(3)用标准物质法来测量氧弹量热计的热容即确定仪器的水当量。这里所说的标准物质为苯甲酸，其恒容燃烧时所放出的热量为26460 J·g-1。实验中将苯甲酸压片后准确称量与该数值的乘积即为所用苯甲酸完全燃烧放出的热量；点火用的Cu-Ni合金丝燃烧时放出的热量；实验所用O2气中带有的N2气燃烧生成氮氧化物溶于水所放出的热量，其总和一并传给氧弹量热计使其温度升高。根据能量守恒原理，物质燃烧放出的热量全部被氧弹及周围的介质（本实验为2000毫升水）等所吸收，得到温度的变化为ΔT，所以氧弹量热计的热容为：

(4) 欲测物质的恒容燃烧热QV，即：

(5)主要仪器与试剂：氧弹量热计1套，压片机1台，温差测定仪1台，计算机1台，氧气钢瓶（需大于80Kg压力），氧气减压器1个，万用表1个，充氧导管1个，点火丝若干，扳手1把，容量瓶（1000mL 1只，2000mL 1只），苯甲酸（分析纯），蔗糖（分析纯）。
28.要说明测定(-)Ag|AgCl|KCl(饱和)|| KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg(+)电池反应的ΔrHm
回答要点：
(1)制作AgCl |Ag电极：在银丝或铂金丝上用镀银液镀上一层银，然后将镀上银的金属丝插入0.1mol.dm-3HCl溶液中用电镀的方法在银表面生成一层AgCl。
(2) 以AgCl |Ag电极作为负极，KCl(饱和)|Hg2Cl2|Hg作为正极组成原电池。
(3)测定不同温度时的原电池的电动势，作图求出原电池的温度系数 。
(4)

(5) 主要仪器设备：EM-2A型电子电位差计；光亮铂金电极；饱和甘汞电极；饱和KCl盐桥；容量瓶；超级恒温水浴；带恒温夹套的电解池等。
29.将沉淀反应Ag+ +Cl-→AgCl设计成原电池，并说明实验测定Ksp(AgCl)的原理
回答要点：
(1) 设计原电池如下：
阳极：AgCl (s)+ e- → Ag + Cl-
阴极：Ag++ e- →Ag
(-)Ag(s)| AgCl (s)| Cl-|| Ag+| Ag(s)(+)
25℃时此电池的标准电动势：
Eθ= Eθ(Ag+| Ag)- Eθ(Cl-| AgCl (s)| Ag)=0.799-0.2221=0.5769V

(2)主要仪器设备：EM-2A型电子电位差计；Ag+| Ag电极；Cl-| AgCl (s)| Ag电极；饱和KCl盐桥；容量瓶；超级恒温水浴；带恒温夹套的电解池等。
30.拟订测定表面活性剂临界胶束浓度的实验原理，并列出实验所需的主要仪器设备
回答要点：
(1)表示表面活性物质的浓度足够大时达到饱和状态，液面上刚刚挤满一层定向排列的表面活性物质的分子，形成单分子膜；此时在溶液本体则形成具有一定形状的胶束。把开始形成一定形状胶束所需要表面活性物质的最低浓度，称为临界胶束浓度。达到临界胶束浓度时溶液的表面张力最低。
(2).用最大气泡法测定不同浓度时的表面张力，先用已知表面张力的纯水测定仪器常数k；再测定表面活剂的表面张力，即

(3)用所测得的一组σ—c作图，曲线的最低拐点所对应的的浓度即为所测定的临界胶束浓度。
(4) 仪器与药品：超级恒温水浴；恒温套管； 250mL抽水泵；毛细管（半径为0.15～0.2mm）； 400mL烧杯；100mL容量瓶等。
31.简要说明用电化学方法测定反应NADH + H++CH3COH NAD++ C2H5O的平衡常数K⊕
回答要点：
(1) 设计原电池如下：
阳极：NAD++H++2e- NADH
阴极：CH3COH+2H++2e- C2H5OH
Pt |NAD+(α=1),NADH(α=1),H+(pH=7)|| CH3COH(α=1) ,H+(pH=7) ,C2H5OH(α=1) |Pt
(2)测定上述电池在25℃时的标准电动势E⊕
(3)按下式计算K⊕

(4)主要仪器设备：EM-2A型电子电位差计；NAD+(α=1),NADH(α=1),H+(pH=7)|Pt电极；CH3COH(α=1) ,H+(pH=7) ,C2H5OH(α=1) |Pt电极；容量瓶；超级恒温水浴；带恒温夹套的电解池等。
32.将反应H2O→H+ +OH-设计成原电池，并说明实验测定Kw的原理
回答要点：
(1) 设计原电池如下：
阳极：H+ +e- → 1/2H2(g)
阴极：H2O + e- → 1/2 H2(g) + OH-
(+)Pt|H2(g,100kPa)|H+(α=1)|| OH-| H2(g,100kPa)|Pt(-)
(2)测定上述电池在25℃时的标准电动势Eθ
(3)按下式计算K⊕

(4)主要仪器设备：EM-2A型电子电位差计；H2(g,100kPa)|H+(α=1)|Pt电极；OH-| H2(g,100kPa)|Pt电极；容量瓶；超级恒温水浴；带恒温夹套的电解池等。

二、简答题
1.画出简图说明对消法测定电池电动势的原理，并写出测量所需主要仪器设备的名称。
2. 试画出恒温槽恒温原理的示意图，并对其恒温原理作简要说明。
3.试画出惠斯登电桥法测量电解质溶液电导的原理图，并简要说明其测量原理及使用的主要仪器名称。
4. 简要说明测定奶粉热值的实验原理及方案
5.简述氧弹量热计测量物质燃烧热的原理和方法。
6. 简述测定表面活性剂饱和吸附浓度的实验原理，并列出实验所需的主要仪器设备。
7. 在氢氧化铁电泳实验中，胶体的电泳速度与哪些因素有关？可以通过什么方法改进？
8. 试述甲基红解离常数测定的原理，且在实验中需首先确定被测物质溶液的最大吸收波长，然后将波长固定在最大吸收波长位置上再测定数据，为什么？
9.简述测定液体饱和蒸气压的原理和方法。
10. 乙酸乙酯皂化和蔗糖水解中t时刻的浓度分别用什么变量进行间接测定的？它们和浓度之间符合什么关系式？在乙酸乙酯皂化实验中，乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度需不需要准确配制？为什么