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物理化学实验思考题及参考答案

发布日期: 2019-11-26 04:26
 

  实验七十恒温水浴组装及性能测试 简要回答恒温水浴恒温原理是什么?主要由哪些部件组成?它们的作用各是什么?答:恒温水浴的恒温原理是通过电子继电器对加热器自动调节来实现恒温的目的。当恒温水浴因热量向外扩散 等原因使体系温度低于设定值时,继电器迫使加热器工作,到体系再次达到设定温度时,又自动停止加热。这样周 而复始,就可以使体系的温度在一定范围内保持恒定。 恒温水浴主要组成部件有:浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件和温度控制器。浴槽用来盛装恒温介质; 在要求恒定的温度高于室温时,加热器可不断向水浴供给热量以补偿其向环境散失的热量;搅拌器一般安装在加热 器附近,使热量迅速传递,槽内各部位温度均匀;温度计是用来测量恒温水浴的温度;感温元件的作用是感知恒温 水浴温度,并把温度信号变为电信号发给温度控制器;温度控制器包括温度调节装置、继电器和控制电路,当恒温 水浴的温度被加热或冷却到指定值时,感温元件发出信号,经控制电路放大后,推动继电器去开关加热器。 恒温水浴控制的温度是否是某一固定不变的温度?答:不是,恒温水浴的温度是在一定范围内保持恒定。因为水浴的恒温状态是通过一系列部件的作用,相互配 合而获得的,因此不可避免的存在着不少滞后现象,如温度传递、感温元件、温度控制器、加热器等的滞后。所以 恒温水浴控制的温度有一个波动范围,并不是控制在某一固定不变的温度,并且恒温水浴内各处的温度也会因搅拌 效果的优劣而不同。 为波动最高温度,则该恒温水浴灵敏度为:测定恒温水浴灵敏度的方法是在设定温度 下,用精密温差测量仪测定温度随时间的变化,绘制 温度-时间曲线(即灵敏度曲线)分析其性能。 恒温槽内各处温度是否相等?为什么?答:不相等,因为恒温水浴各处散热速率和加热速率不可能完全一致。 如何考核恒温槽的工作质量?答:恒温水浴的工作质量由两方面考核:(1)平均温度和指定温度的差值越小越好。(2)控制温度的波动范围 越小,各处的温度越均匀,恒温水浴的灵敏度越高。 欲提高恒温浴的灵敏度,可从哪些方面进行改进?答:欲提高恒温水浴的灵敏度,可从以下几个方面进行改进:恒温水浴的热容量要大,恒温介质流动性要好, 传热性能要好。尽可能加快加热器与感温元件间传热的速度,使被加热的液体能立即搅拌均匀并流经感温元件及 时进行温度控制。为此要使:感温元件的热容尽可能小;感温元件、搅拌器与电加热器间距离要近些;搅拌器效率 要高。作调节温度用的加热器要导热良好,热容量要小,功率要适宜。 恒温槽的主要部件有哪些,它们的作用各是什么?答:恒温水浴主要组成部件有:浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件和温度控制器。浴槽用来盛装恒温 介质;在要求恒定的温度高于室温时,加热器可不断向水浴供给热量以补偿其向环境散失的热量;搅拌器一般安装 在加热器附近,使热量迅速传递,槽内各部位温度均匀;温度计是用来测量恒温水浴的温度;感温元件的作用是感 知恒温水浴温度,并把温度信号变为电信号发给温度控制器;温度控制器包括温度调节装置、继电器和控制电路, 当恒温水浴的温度被加热或冷却到指定值时,感温元件发出信号,经控制电路放大后,推动继电器去开关加热器。 答:影响恒温槽灵敏度的因素有:(1)恒温水浴的热容,恒温介质的流动性,传热性能。(2)加热器与感温元件间传热的速度,感温元件的热容;感温元件、搅拌器与电加热器间的距离;搅拌器的效率。(3)作调节温度用的 加热器导热性能和功率大小。 10. 简要回答恒温槽主要由哪些部件组成?你在哪些物理化学实验中用了恒温技术,试举出一个实验实例。 答:(1)主要部件:浴槽(恒温介质),加热器,搅拌器,温度计,感温元件(导电表、电接触温度计、热敏电 阻温度计),温度控制器。(2)化学平衡常数及分配系数的测定,溶液电导的测定——测HAc 的电离平衡常数,电导 法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数,最大泡压法测定溶液的表面张力,粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量, 电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度,双液系的气-液平衡相图中折光率的测定。 11.恒温槽中水的温度、加热电压是否有特殊要求?为什么? 槽中水的温度应与室温相差不宜过大,以减少对环境的散热速度;加热电压也不能太小和太大。否则会使 得散热速度过大、加热速度也过大且加热惯性大,使得控温时灵敏度降低。加热电压太小时,会使得体系的温度偏 低时间相对较长,或达不到所设定的温度。 实验七十一 燃烧热的测定 简述燃烧热测定的实验原理。答:1mol 的物质完全燃烧时所放出的热量称为燃烧热。所谓完全燃烧是指该化合物中的 变为CO (气),Cl成为HCl(水溶液),其它元素转变为氧化物或游离态。 燃烧热可在恒压或恒容条件下测定。由热力学第一定律可知:在不做非膨胀功情况下,恒容燃烧热 等于内能变化ΔU,恒压燃烧热Q 为燃烧反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差;R为摩尔气体常数;T 为反应热力学温度。 测量燃烧热的仪器称为热量计。本实验采用氧弹式热量计,如图71-1 所示。在盛有定量水的容器中,放入内装 有一定量样品和氧气的密闭氧弹(图71-2),然后使样品完全燃烧,放出的热量传给盛水桶内的水和氧弹,引起温度 上升。 氧弹热量计的基本 原理是能量守恒定律,样 品完全燃烧所释放出的 热量使氧弹本身及其周 围的介质(实验用水)和 热量计有关的附件温度 升高,测量介质在燃烧前 后体系温度的变化值ΔT, 就可求算出该样品的恒 容燃烧热,其关系式如 lQ点火丝 为物质的恒容燃烧热(Jg-1 为燃烧物质的质量(g);Q点火丝为点火丝的燃烧热(J 为燃烧了的点火丝的质量(g);q 为空气中的氮氧化为二氧化氮的生成热(用0.1mol/L NaOH 滴定生成的硝酸时,每毫升碱相当于5.98J), 为滴定硝酸耗用的NaOH的体积(mL);C 计为氧弹、水桶、温度计、搅拌器的热容(Jk -1 为燃烧前后的水温的变化值(K)。如在实验过程中,每次的用水量保持一定,把式(2)中的常数合并,即令 lQ点火丝 lQ点火丝 。实验中常忽略qV 的影响,因为氧弹中的 而言可以忽略,其次因滴定HNO ,这样既快捷又准确。先由苯甲酸的理论恒压燃烧热根据公式算出恒容燃烧热,从而计算出仪器常数k,然后再测定恒容燃烧热根据公 式转换的实际恒压燃烧热。 在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时,应注意哪些事项?答:在使用氧气钢瓶及氧气减压阀时,应注意以下几点: 测定非挥发性可燃液体的热值时,能否直接放在氧弹中的不锈钢杯里测定?挥发性的可燃液体情况又怎样?答:均不能直接放在氧弹中的不锈钢杯里测定,非挥发性或挥发性的可燃液体均应化装入胶囊或玻璃小球内点 燃,这样才能保证样品完全燃烧。 燃烧热的测定实验中,标定量热计热容后,测定试样时忘记换铁桶中的水对实验有无影响?为何要严格控制样品的称量范围? 答:有影响,因为热容是温度的函数,不同温度下量热计的热容严格来讲不等。样品质量太少了温差测量误差 较大,样品质量太多了,不能保证燃烧完全。 在燃烧热的测定实验中,为什么要测真实温差?怎样测定?答:在燃烧热的测定实验中,实验成功的首要关键是保证样品完全燃烧;其次,还须使燃烧后放出的热量尽可 能全部传递给热量计本身及其介质,而几乎不与周围环境发生热交换。为了做到这一点,热量计在设计制造上采取 了几种措施,例如:在热量计外面设置一个套壳,此套壳有些是恒温的,有些是绝热的。因此,热量计又可分为主 要包括恒温式热量计和绝热式热量计。另外,热量计壁高度抛光,这是为了减少热辐射。量热计和套壳间设置一层 挡屏,以减少空气的对流。但是,热量的散失仍然无法完全避免,这可以是由于环境向热量计辐射热量而使其温度 升高,也可以是由于热量计向环境辐射而使热量计的温度降低。因此,燃烧前后温度的变化值不能直接准确测量, 而必须经过雷诺(Renolds)温度校正图进行校正。具体方法如下。 当适量待测物质燃烧后使热量计中的水温升高 1.5-2.0。将燃烧前后历次观测到的水温记录下来,并作图,连 成abcd 线)。图中b 点相当于开始燃烧之点,c 点为观测到的最高温度读数点,由于量热计和外界的热量交 换,曲线ab 及cd 常常发生倾斜。取b 点所对应的温度T ,其平均温度为T,经过T点作横坐标 的平等线TO,与折线abcd 相交于O 点,然后过O 点作垂直线AB,此线与ab 线和cd 线的延长线交于E,F 两点, 点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT。如图71-3所示, 表示环境辐射进来的热量所造成热量计温度的升高,这部分必须扣除;而 表示量热计向环境辐射出热量而造成热量计温度的降低,因此这部分必须加入。经过这样校正后的温差表示由于样品燃烧使热量计温度升高的数值。 绝热较差时的71-3 雷诺校正图 71-4绝热良好时的雷诺校正图 有时热量计的绝热情况良好,热量散失少,而搅拌器的功率又比较大,这样往往不断引进少量热量,使得燃烧 后的温度最高点不明显出现,这种情况下ΔT 仍然可以按照同法进行校正(图71-4)。 必须注意,应用这种作图法进行校正时,量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大(最好不超过 2-3),否 则会引起误差。 燃烧热测定实验成败的关键是什么?怎样提高点火效率?答:燃烧热测定实验成功的首要关键是保证样品完全燃烧;其次,还须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给 热量计本身及其介质,而几乎不与周围环境发生热交换。压片不能压的太紧,点火丝与药品要接触良好,不要短路, 可提高点火效率。 答:氧弹热量计中氧弹、水桶、温度计、搅拌器、桶中的水属于体系,除了体系外的其他的部分都是环境。只要体系和环境间有温差就会有热损耗,当环境温度高于体系温度时,环境就会向热量计辐射热量而使其温度 升高;当体系温度高于环境温度时,热量计就会向环境辐射而使热量计的温度降低,从而使燃烧前后温度的变化不 能直接准确测量,即直接测量的温差不是测真实温差。 氧弹充气后,用万用表检查两电极,导电不良应如何处理?答:把氧弹里面氧气放掉,打开氧弹盖,检查点火丝是否与电极接好,重新装点火丝。 在燃烧热的测定实验中,哪些因素容易造成误差?提高本实验的准确度应该从哪些方面考虑?答:在燃烧热的测定实验中以下因素容易造成误差:(1)样品压片过程中混入污染物、称重后脱落、造成称重 误差;(2)如果样品燃烧后残留了不易观测到的试样残留物、而又把它当作没有残留完全充分燃烧处理数据,势必 造成较大误差;(3) 搅拌器功率较大,搅拌器不断引进的能量形成误差;(4)热量计的绝热性能应该良好,如果存在 有热漏,漏入的热量造成误差;(5)数据处理中用直接测量的温差当成真实温差进行计算; 提高本实验的准确度应该从以下几方面考虑:(1)待测样品需干燥,受潮样品不易燃烧且称量有误差;(2)严 格控制样品的称量范围;(3)压片机要专用,清洁干净;(4)将压片制成的样品放在干净的称量纸上,小心除掉易 脱落部分,然后在分析天平上精确称量;(5)用用雷诺法校法得到线. 燃烧热的定义是什么?恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系是什么? 答:燃烧热的定义定义:1mol 的物质完全燃烧时所放出的热量称为燃烧热。所谓完全燃烧是指该化合物中的 (气),Cl成为HCl(水溶液),其它元素转变为氧化物或游 ,在恒压条件下测的燃烧热为恒压燃烧热。由热力学第一定律可知:在不做非膨胀功情况下,恒容燃烧热Q 等于焓变化ΔH。在氧弹式热量计中测得燃烧热为Q 为燃烧反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差;R为摩尔气体常数;T 为反应热力学温度。 11. 在燃烧热的测定实验中,所测温差值为什么要进行雷诺图的校正? 答:在燃烧热的测定实验中,只要体系和环境间有温差就会有热损耗,当环境温度高于体系温度时,环境就会 向热量计辐射热量而使其温度升高;当体系温度高于环境温度时,热量计就会向环境辐射而使热量计的温度降低, 从而使燃烧前后温度的变化不能直接准确测量,即直接测量的温差不是测真实温差,因此必须经过雷诺温度校正图 进行校正。 12. 在燃烧热的测定实验中,如何用雷诺图解法校正温度改变值? 答:当适量待测物质燃烧后使热量计中的水温升高1.5-2.0。将燃烧前后历次观测到的水温记录下来,并作图, 连成abcd 线)。图中b 点相当于开始燃烧之点,c 点为观测到的最高温度读数点,由于量热计和外界的热量 交换,曲线ab 及cd 常常发生倾斜。取b 点所对应的温度T 标的平等线TO,与折线abcd相交于O 点,然后过O 点作垂直线AB,此线与ab 线和cd 线的延长线交于E,F 两点, 点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT。如图71-3所示, 表示环境辐射进来的热量所造成热量计温度的升高,这部分必须扣除;而 表示量热计向环境辐射出热量而造成热量计温度的降低,因此这部分必须加入。经过这样校正后的温差表示由于样品燃烧使热量计温度升高的数值。皇冠比分 有时热量计的绝热情况良好,热量散失少,而搅拌器的功率又比较大,这样往往不断引进少量热量,使得燃烧 后的温度最高点不明显出现,这种情况下ΔT 仍然可以按照同法进行校正(图71-4)。 必须注意,应用这种作图法进行校正时,量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大(最好不超过 2-3),否则会 引起误差。 绝热较差时的71-3 71-4绝热良好时的雷诺校正图 13. 在燃烧热的测定实验中,直接测量的物理量是什么?用氧弹式量热计所测得的燃烧热是Q 答:氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律,样品完全燃烧所释放出的热量使氧弹本身及其周围的介质(实验用水)和热量计有关的附件温度升高,测量介质在燃烧前后体系温度的变化值ΔT,就可求算出该样品的恒容燃烧热, 其关系式如下: lQ点火丝 为物质的恒容燃烧热(Jg-1 为燃烧物质的质量(g);Q点火丝为点火丝的燃烧热(J 为燃烧了的点火丝的质量(g);q 为空气中的氮氧化为二氧化氮的生成热(用0.1mol/L NaOH 滴定生成的硝酸时,每毫升碱相当于5.98J), 为滴定硝酸耗用的NaOH的体积(mL);C 计为氧弹、水桶、温度计、搅拌器的热容(Jk -1 为燃烧前后的水温的变化值(K)。如在实验过程中,每次的用水量保持一定,把式(2)中的常数合并,即令 lQ点火丝 lQ点火丝 在燃烧热的测定实验中,直接测量的物理量是燃烧样品的质量m,燃烧了的点火丝的质量 l,滴定硝酸耗用的 NaOH 的体积 V(实验中常忽略 qV 的影响,因为氧弹中的N 而言可以忽略,其次因滴定HNO 而带来的误差可能会超过N 本身带来的误差),介质在燃烧前后体系温度的变化值ΔT,仪器常数k。因为氧弹是一个恒容的容器,所以用氧弹式量热计所测得的燃烧热是Q 14.测定燃烧热成败的关键在哪里?点火失败的可能原因有哪些? 答:燃烧热测定实验成功的首要关键是保证样品完全燃烧;其次,还须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给 热量计本身及其介质,而几乎不与周围环境发生热交换。在实验操作过程中应使样品的量合适,压片松紧合适,温 差进行雷诺温度校正。 点火失败的原因:压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着;点火丝与样品接触不好;点火丝碰到燃烧皿壁, 点火丝上部分相连,形成短路。 15. 在燃烧热的测定实验中,使用定量的已知燃烧热的标准物质苯甲酸做什么? 为仪器常数,可以通过用定量的已知燃烧热的标准物质苯甲酸在热量计中燃烧,测出燃烧前后温度的变化,求出k=(mQ +lQ点火丝+qv)/ 16.固体样品为什么要压成片状?如何测定液体样品的燃烧热? 答:固体样品压成片状有利于样品充分完全燃烧,以免充气时冲散样品或者在燃烧时飞散开来,造成实验误差。 测定液体样品的燃烧热时,为了防止充气时冲散样品或者在燃烧时样品飞散开来,应以药用胶囊作为样品管, 将液体样品装入药用胶囊内,并用内径比胶囊外径大0.5~1.0mm的薄壁软玻璃管套住,装样示意如图1 所示。胶囊 的燃烧热热值应预先标定以便计算时扣除。 17. 在量热测定中,还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法? 答:在量热测定实验中,如中和热的测定、溶解热的 测定、稀释热的测定等,热量计与周围环境的热交换无法 完全避免,只要热量计和环境间有温差就会有热损耗,当 环境温度高于热量计温度时,环境就会向热量计辐射热量 而使其温度升高;当热量计温度高于环境温度时,热量计 就会向环境辐射而使热量计的温度降低,从而使测量前后 温度的变化不能直接准确测量,即直接测量的温差不是测 真实温差,因此都可能需要用到雷诺温度校正方法进行校 必须注意,应用这种作图法进行校正时,量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大(最好不超过2-3),否 则会引起误差。 18. 在燃烧热的测定实验中,在实验中是否每次都必须准确量取3000 mL 答:必须准确量取3000ml 水。因为水量的变化,使苯甲酸的水当量和测定样品水当量没有严格保持一致,会产 生很大的实验误差。 19.在燃烧热的测定实验中,如何快捷、合理地消除氧弹中氮气对测量结果的影响? 答:操作中可以采用高压O ,这样既快捷又准确。即对氧弹充两次氧气。第一次充好后再把氧弹内的气体放掉,这样氮气可以随着氧气被放出去,从而达到消除氮气的影响。 实验七十二 差热分析 简述差热分析的基本原理.答:差热分析,是在温度程序控制下,测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热 (冷却)过程中,凡有物理变化或化学变化发生时,就有吸热(或放热)效应发生,若以在实验温度范围内不发生 物理变化和化学变化的惰性物质作参比物,试样和参比物之间就出现温度差,温度差随温度变化的曲线称差热曲线 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热(或冷却)过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。 差热分析中如何判断物质发生了变化?答:当差热曲线出现峰或者谷时,表示物质发生了热焓的变化,即说明了物质发生了变化。 差热分析中如何选择参比物?答:作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定,一般用α-氧化铝、煅烧过的氧化镁、 二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质,以提高准确性。 在差热分析实验中,作温度工作曲线的目的是什么?答:目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度,以准确快速的测 出物质在相应温度下产生的热效应。 差热分析图中什么说明了物质的变化次数?答:差热图中峰的数目说明了样品在这段时间(或温度)范围内变化的次数。 差热图主要受哪些实验条件的影响?答:(1)仪器方面的因素:包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记 录系统精度、走纸速率等。(2)试样因素:包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样 的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。(3)实验条件:包括加热速度、气氛和压力等。 在差热分析实验中,为什么加热过程中即使试样未发生变化,差热曲线仍会出现基线漂移?答:可能是机器的噪音,样品与参比物的粒度和热容不一致所引起的基线漂移。 在差热分析实验中,为什么要控制升温速度?升温过快或过慢有何后果?答:升温速率对差热曲线有重大的影响,常常影响峰的形状、分辨率和峰所对应的温度值。升温速率较低时, 基线漂移较小,分辨率较高,但测定的时间相对较长;而升温速率过高,基线漂移严重,分辨率较低,但测试时间 较短。 在差热分析实验中,如何应用差热曲线来解释物质的物理变化及化学变化过程?答:通过测定样品与参比物的温度差对时间(或温度)的函数关系,来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、 热效应等物理及化学变化过程。 10. 差热曲线的形状与哪些因素有关?影响差热分析结果的主要因素是什么? 答:影响差热曲线的形状的因素有:升温速率,气氛及压力,参比物的选择,稀释剂的影响,样品的颗粒大小, 走纸速度。影响差热分析结果的主要因素也是:升温速率,气氛及压力,参比物的选择,稀释剂的影响,样品的颗 粒大小,走纸速度。11. 差热分析和简单热分析(步冷曲线法)有何异同? 答:相同点:都是研究物质随着温度的变化发生各种物理和化学效应时产生的各种能量变化,依据这些能量的 变化对试样进行定性和定量分析。不同点:简单的热分析是直接研究物质本身的温度随时间的变化关系,通过步冷 曲线的拐点和平台对样品进行定性和定量分析是热力学平衡状态。差热分析是研究物质与参比物的温度差随温度的 变化关系,通过差热峰的峰的数目,位置,方向,大小对样品进行定性和定量分析,不是热力平衡状态。 12. 试从物质的热容解释差热曲线的基线漂移 答:基线漂移说明参比物和样品有热容差异,且与粒子的颗粒,填装的密度有关。 13. 在什么情况下,升温过程与降温过程所得到的差热分析结果相同?在什么情况下,只能采用升温或降温方法? 答:(1)一般来说高纯度金属样品的熔点(凝固点),由于其熔距极窄,用升温或降温分析的结果基本相同。 (2)根据物质测定所需要的条件来确定,如熔化,脱水则升温,物质凝聚则降温。 14. 在差热分析实验中,装试样与参比物的两只坩埚如果放颠倒了,出来的图谱会怎样? 答:出来图像凹凸与正常测试图像相反(原来凹的凸原来凸的凹)。 15.在差热分析实验中,试样的量过多有什么不好? 答:有些物质加热伴随的体积增大使试样溢出坩锅影响时间准确度。 16. 在差热分析实验中,为什么参考物都置于样品杆上? 答:必须都放在样品杆的托盘上,因为参考物和被测物必须同时升温,在被测物不发生热效应时,保持两者温 差T=0,在被测物发生热效应时,反应出此时两者的温差T。 17. 在差热分析实验中,反应前后差热曲线的基线往往不在一条水平线上,为什么? 答:在实际测量时,由于样品与参比物的比热容,导热系数,粒度,装填情况等不可能完全相同,因而差热曲 线的极限不一定与时间轴平行,峰前后的基线也不一定在同一条直线上。试样的热容量和热导率的变化会引起差热 曲线的基线变化,一台性能良好的差热仪的基线应是一条水平直线,但试样差热曲线的基线在热反应的前后往往不 会停留在同一水平上。这是由于试样在热反应前后热容或热导率变化的缘故。 18. 从差热图上我们可以得出哪些信息? 答:从差热图上可清晰在看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示 在测定温度范围内,待测样品发生变化的次数;峰的位置表示物质发生变化的转化温度范围;峰的方向表明体系发 生热效应的正负性;峰面积说明热效应的大小;在相同的情况下,峰面积大的表示热效应也大。 19. 在差热分析实验中,在样品的处理上,有哪些要求?为什么? 答:样品粒度大约200 目左右(可用分子筛筛选,如果没有,直接目测,如在本实验中,研磨后的试样CuSO 与参比物α-氧化铝粒径差不多则可)。虽然颗粒小可以改善导热条件,但太细可能破坏晶格或分解,颗粒太大则会造成较大的基线. 在差热分析实验中,升温速率对峰的形状有何影响? 答:升温速率较低时,基线漂移较小,分辨率较高,但测定的时间相对较;而升温速率过高,基线漂移严重, 分辨率较低,但测试时间较短,一般升温速率10 度每分钟。 实验七十三凝固点降低法测定摩尔质量 1、简述凝固点降低法测定摩尔质量的基本原理 答:化合物的分子量是一个重要的物理化学参数。非挥发性溶质溶解在溶剂中后,其稀溶液的蒸气压下降、沸 点升高、冰点降低、渗透压等值只与溶质的分子数有关而与溶质的种类无关,这四种性质称为稀溶液的依数性。凝 固点降低是依数性的一种表现。用凝固点降低法测定物质的分子量是一种简单而又比较准确的方法。稀溶液有依数 性,稀溶液的凝固点降低(对析出物是纯溶剂的体系)与溶液中溶质 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, 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。已知某溶剂的凝固点降低常数Kf 并测得溶液的凝固点降低值Δ T,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mB mB=1000WB/MBWA,式中,MB 为溶质的分子量。代入上式,则: MB TfWA(g/mol)因此,只要取得一定量的溶质(WB)和溶剂(WA)配成一稀溶液,分别测纯溶剂和稀溶液的凝固点,求得Δ Tf,再查 得溶剂得凝固点降低常数,代入上式即可求得溶质的摩尔质量。 2、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,当溶质在溶液中有离解,缔合和生成络合物的情况下,对摩尔质量的测定 值各有什么影响? 答:用凝固点降低法测分子质量靠的是依数性,即依靠溶质在溶液中粒子的数目。注意,依靠的是粒子的数目 而不是分子的数目。如果发生缔合或解离,自然是导致所测得的粒子所并不等同于分子数,那测出来的相对分子质 量自然有偏差。解离使粒子数增多,表观上是分子数增加,于是测得的分子量变小。缔合和生成络合物使粒子数减 少,于是测得的分子量比实际的要大。 3、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,根据什么原则考虑加入溶质的量,太多太少影响如何? 答:根据溶液凝固点的下降值考虑加入溶质的量,加入的溶质的量约使溶液的凝固点降低0.5左右。加入太多, 因为浓度大了,就不是稀溶液,就不满足依数性了。加入太少,会使溶液的凝固点降低不明显,测量误差会增大。 4、凝固点降低的公式在什么条件下才适用?它能否用于电解质溶液? 答:凝固点降低公式适用于难挥发非电解质稀溶液和强电解质稀溶液。其次溶剂凝固点不应太高或太低,应在 常温下易达到。如:水、苯、环己烷等。当溶质在溶液里有解离、缔合、溶剂化或形成配合物等情况时,会使测出 来的相对分子质量,所以在电解溶液中不适用上式计算。 5、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为什么会产生过冷现象?过冷太甚对结果有何影响?如何控制过冷程度? 答:过冷现象是由于溶解在溶液中的溶质在温度降到凝固点以后,没有晶体析出而达到过饱和状态的现象,原 因一般是由于寒剂温度过低,降温过快或溶液中较干净,没有杂质晶核。 在冷却过程中,如稍有过冷现象是合乎要求的,但过冷太厉害或寒剂温度过低,则凝固热抵偿不了散热,此时 温度不能回升到凝固点,在温度低于凝固点时完全凝固,就得不到正确的凝固点。因此,实验操作中必须注意掌握 体系的过冷程度。对于溶液而言,过冷太甚还会导致溶剂大量析出,mB 变大,Tf 变小,显然回升的最高温度不是原浓 度溶液的凝固点,引起测量误差。 控制过冷程度的方法:调节寒剂的温度以不低于所测溶液凝固点3为宜;为了判断过冷程度,本实验先测近似 凝固点;当溶液温度降至高于近似凝固点的0.5时,迅速取出冷冻管,擦去水后插入空气套管中,以防止过冷太甚。 6、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为了提高实验的准确度,是否可用增加溶液浓度的办法来增加 什么?10 答:不可以,原因是只有稀溶液才具有稀溶液的依数性,溶剂的凝固点降低值与溶剂的粒子数成正比。才满足: 7、什么是稀溶液依数性质?稀溶液依数性质和哪些因素有关?答:非挥发性溶质溶解在溶剂中后,其稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、冰点降低、渗透压等值只与溶质的分子数 有关而与溶质的种类无关,这四种性质称为稀溶液的依数性。 稀溶液依数性质与以下因素有关:只取决于溶剂的种类、数量和溶质粒子的数目。 8、测定溶液凝固点时若过冷程度太大对结果有何影响?两相共存时溶液系统和纯溶剂系统的自由度各为多少? 答:过冷程度太低,则凝固热抵偿不了散热,此时温度不能回升到凝固点,在低于凝固点时完全凝固,就得不 到正确的凝固点。对于溶液而言,过冷太甚还会导致溶剂大量析出,mB 变大,Tf 变小,显然回升的最高温度不是原浓 度溶液的凝固点,引起测量误差。 溶剂系统的自由度为1,溶液系统的自由度为2。 9、什么叫凝固点?凝固点降低的公式在什么条件下才适用?它能否用于电解质溶液? 答:纯溶剂凝固点是固体与液体成平衡的温度,溶液的凝固点是固体溶剂与溶液成平衡的温度。不同晶体具有 不同的凝固点。凝固点降低的公式适用于于难挥发非电解质稀溶液和强电解质稀溶液。其他电解质溶液不能用。 10、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为什么要使用空气夹套?过冷太甚有何弊病? 答:为了防止过冷太甚;过冷程度太低,则凝固热抵偿不了散热,此时温度不能回升到凝固点,在低于凝固点 时完全凝固,就得不到正确的凝固点。 11、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,实验测量成败的关键是什么? 答:实验测量成败的关键是:控制过冷程度和搅拌速率。控制过冷程度的方法:调节寒剂的温度以不低于所测 溶液凝固点 3为宜;为了判断过冷程度,本实验先测近似凝固点;当溶液温度降至高于近似凝固点的 0.5时,迅 速取出冷冻管,擦去水后插入空气套管中,以防止过冷太甚。本实验规定了搅拌方式:将冷冻管插入冰水浴中,缓 慢搅拌,使之逐渐冷却,并观察温度计温度,当环己烷液的温度降至高于近似凝固点的0.5时,迅速取出冷冻管, 擦去水后插入空气套管中,并缓慢搅拌(每秒1 次),使环己烷温度均匀地逐渐降低。当温度低于近似凝固点0.2-0.3 时应急速搅拌(防止过冷超过0.5),促使固体析出。当固体析出时,温度开始回升,立即改为缓慢搅拌,一直到 温度达到最高点,此时记下的温度即为纯溶剂的精确凝固点。每次测定应按要求的速率搅拌,并且测溶剂与溶液凝 固点的时候搅拌条件要完全一致。 12、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,加入萘的时候,不小心将萘附着在内管壁上,对实验结果有何影响? 答:若不小心将萘附着在内管壁上,则溶液中的溶质含量将减少,导致所测温差偏小,溶质摩尔质量偏大。 13、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为什么要先测近似凝固点? 答:先测近似凝固点,可防止过冷太甚。过冷程度太低,则凝固热抵偿不了散热,此时温度不能回升到凝固点, 在低于凝固点时完全凝固,就得不到正确的凝固点。先测近似凝固点,可准确判断过冷程度,减小凝固点测量误差, 使误差范围小于0.006以内,保证测定值得准确性。 14、当溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时,测定的结果有何意义? 答:当溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时,可根据溶质在溶液中的表观摩尔质量与真实摩尔 质量相比,可以求出溶质在溶液中有解离度、缔合度、溶剂化程度及配位数。 11 15、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,测定环已烷和萘丸质量时,精密度要求是否相同?为什么? 答:不同,因为在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,环已烷的用量远远大于萘丸,如果要达到相同的相对误 差,测定环已烷质量的精密度要远远的小于萘丸。因此在测定环已烷的质量时,使用移液管量取体积再乘以密度; 在测定萘丸质量时,精密度要求高,因此用电子天平测量。 16、用凝固点降低法测定摩尔质量在选择溶剂时应考虑哪些因素? 答:首先溶质能在此溶液很好的溶解,不出现解离,缔和,溶剂化和形成配合物等现象,另外此溶剂的凝固点 温度不宜太高或太低,应很容易达到。 17、为什么纯溶剂和稀溶液的的凝固曲线不同? 答:由相率可知,在一定外压下,纯溶剂在凝固点时的条件自由度为零,在冷却曲线上可得到温度不变的水平 线段。而溶液在凝固点时的条件自由度为1,其凝固点随溶液浓度的改变而改变,因此在冷却曲线上得不到温度不变 的水平线段。 在纯溶剂的冷却曲线中,曲线中的低下部分表示发生了过冷现象,即溶剂冷至凝固点以下仍无固相析出,这是 由于开始结晶出的微小晶粒的饱和蒸气压大于同温度下普通晶体的饱和蒸气压,所以往往产生过冷现象,即液体的 温度要降低到凝固点以下才能析出固体,随后温度再上升到凝固点。 溶液的冷却情况与此不同,当溶液冷却到凝固点时,开始析出固态纯溶剂,随着溶剂的析出,溶液浓度逐渐增 大,溶液的凝固点不断下降,在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段。因此,在测定浓度一定的溶液的凝固点时, 析出的固体越少,测得的凝固点才越准确。同时过冷程度应尽量减小,一般可采用在开始结晶时,加入少量溶剂的 微小晶体作为晶种的方法,以促使晶体生成,溶液的凝固点应从冷却曲线上待温度回升后外推而得。 18、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,寒剂温度的温度应控制在什么范围?为什么? 答:寒剂的温度以不低于所测溶液凝固点3为宜,实验时寒剂应经常搅拌并间断地补充少量碎冰,使寒剂温度 基本保持不变。寒剂温度对控制过冷程度影响很大,从而影响实验结果,寒剂温度的温度过高会导致冷却太慢,过 低则测不出正确的凝固点。 19、在凝固点降低法测定摩尔质量实验中,为什么实验所用的内套管必须洁净、干燥? 答:因为的内套管是用来装纯溶剂环己烷的,如果内套管不是洁净干净的,那么测得的就不是纯溶剂的凝固点,

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