1、物理化學實驗報告院系 化學化工學院 班級 化學 061 學號 13 姓名 沈建明 實驗名稱 溶液法測定極性分子的偶極距 日期 2009.3.26 同組者姓名 史黃亮 室溫 17.86 氣壓 101.21kPa 成績 一、目的和要求1、了解偶極距與分子電性質的關系；2、掌握溶液法測定偶極距的試驗技術；3、用溶液法測定乙酸乙酯的偶極距。二、基本原理 1. 偶極矩和極化度 分子的極性可以用“偶極矩”來度量。其定義為 （1） q為正、負電荷中心所帶電荷量，d為正、負電荷中心距離。 是向量，其方向規定從正到負。 若將極性分子置于均勻電場E中，則偶極矩在電場的作用下趨向電場方向排列，分子被極化，極化的程度

2、可用摩爾轉向極化度P轉向來衡量： （2） 在外電場作用下，不論永久偶極為零或不為零的分子都會發生電子云對分子骨架的相對移動，分子骨架也輝因電場分布不均衡發生變形。用摩爾變形極化度P變形來衡量： P變形 P電子 P原子 （3） 分子的摩爾極化度： P P轉向 P變形 = P轉向 P電子 P原子 (4) 該式適用于完全無序和稀釋體系（互相排斥的距離遠大于分子本身大小的體系），即溫度不太低的氣相體系或極性液體在非極性溶劑中的稀溶液。在中頻場中= 0。則P P電子 P原子 （5）在高頻場中=0 則P P電子 （6）因此，原則上只要在低頻電場下測得極性分子的摩爾極化度P，在紅外頻率下測得極性分子的摩爾誘

3、導極化度，兩者相減得到極性分子的摩爾轉向極化度，然后代人（2）式就可算出極性分子的永久偶極矩來。2、極化度的測定首先利用稀溶液的近似公式 （7） （8）再根據溶液的加和性，推導出無限稀釋時溶質摩爾極化度的公式 （9）根據光的電磁理論，在同一頻率的高頻電場作用下，透明物質的介電常數與折光率n的關系為 因為此時= 0， =0，則 R2 = （10）在稀溶液情況下也存在近似公式 （11）同樣，從（9）式可以推導得無限稀釋時溶質的摩爾折射度的公式 （12）從（2）、（4）、（9）和（12）式可得 即 3、介電常數的測定 介電常數是通過測定電容計算而得。設C0為電容器極板間處于真空時的電容量，C為充以電

4、介質時的電容量，則C與C0之比值e稱為該電介質的介電常數 = C/C空 （13） 用小型電容儀測得的電容Cx包括樣品電容C樣和電容池Cd Cx C樣 Cd （14） 測得Cd的方法如下。用一已知介電常數e標的標準物質測定電容為C標，再測電容器中不放樣品時的電容C空，近似取C0 C空 C標 = C標 + Cd C空 = C空 + Cd （15） 由（13）（14）（15）三式即可求得Cd和C空三、儀器、試劑 PCM-1A型介電常數測量儀 無水酒精 WAY-2S 阿貝折射儀 乙酸乙酯(A.R.)電吹風、分析天平 四氯化碳(A.R.) 150ml容量瓶6只 10ml小容量瓶1只 2ml移液管7支 膠

5、頭滴管、小燒杯若干四、實驗步驟 .前期準備 取一只10ml的小容量瓶，用蒸餾水洗凈，再用無水乙醇潤洗后放入烘箱中干燥； 重量法配制摩爾濃度大約為5%、8%、10%、12%、15%、20%的乙酸乙酯的四氯化碳溶液，依次裝入6只150ml容量瓶中，并貼好標簽； .測定 對干燥好的小容量瓶承重，取3次的平均值； 用被測溶液將干燥的小容量瓶裝滿，立即稱取其總質量(因溶液易揮發，取第一次較穩定的值的為準)； 用膠頭滴管取適量小容量瓶中的溶液，測定其折光率，取3次的平均值； 用PCM-1A型介電常數測量儀測定空氣的電容值，取2次的平均值； 用2ml的移液管移取2ml溶液，裝入PCM-1A型介電常數測量儀，

6、測量其電容值，取2次的平均值； 將小容量瓶中剩余的溶液倒回盛該溶液的大容量瓶中(因為溶液是與其他組共用的)； 依次測定各不同濃度的溶液，兩次測定間用后測的溶液潤洗小容量瓶(測定從低濃度到高濃度)； 另外，將小容量瓶裝滿蒸餾水，測定其總質量；測定純四氯化碳的折光率和電容。五、原始數據溶液法測定極性分子的偶極距溶質摩爾百分比約值5%8%10%12%15%20%四氯化碳m乙酸乙酯/g3.1657 5.2279 6.7852 7.2160 9.3032 12.5157 m四氯化碳/g96.4562 94.6544 93.2057 92.8304 90.9903 87.4660 11.4579 1.45

7、37 1.4513 1.4506 1.4479 1.4429 1.4627 折光率21.4576 1.4535 1.4515 1.4504 1.4480 1.4430 1.4628 31.4579 1.4536 1.4515 1.4507 1.4478 1.4430 1.4627 空氣電容/pF18.32 8.71 9.02 9.09 9.40 9.97 7.76 4.32 28.32 8.73 9.03 9.10 9.42 9.98 7.73 4.33 水m總/g26.6824 26.4241 26.2446 26.2258 25.9512 25.5602 21.0455 m0=(10.95

8、98+10.9601+10.9612)/3 = 10.9604 gT=17.86 M乙酸乙酯=88.11 g/mol水=0.9986207 g/mlP=101.21 kPaM四氯化碳=153.84 g/mol乙酸乙酯=0.894-0.898 g/ml四氯化碳=1.595 g/ml六、數據處理溶 液 法 測 定 極 性 分 子 的 偶 極 距溶質摩爾百分比約值5%8%10%12%15%20%CCl4 m乙酸乙酯(g)3.1657 5.2279 6.7852 7.2160 9.3032 12.5157 m四氯化碳(g)96.4562 94.6544 93.2057 92.8304 90.9903

9、87.4660 實際濃度x25.73%9.64%12.71%13.57%17.85%24.98%100%11.4579 1.4537 1.4513 1.4506 1.4479 1.4429 1.4627 折光率n21.4576 1.4535 1.4515 1.4504 1.4480 1.4430 1.4628 31.4579 1.4536 1.4515 1.4507 1.4478 1.4430 1.4627 平均1.4578 1.4536 1.4514 1.4506 1.4479 1.4430 1.4627 空氣電容C測(pF)18.32 8.71 9.02 9.09 9.40 9.97 7.

10、76 4.32 28.32 8.73 9.03 9.10 9.42 9.98 7.73 4.33 平均8.32 8.72 9.03 9.10 9.41 9.98 7.75 4.33 四=標=2.242 7.55=C四+CdC0=2.593 pF4.33=C空+CdC四=5.813 pF2.242=C四/C0Cd=1.737 pFC空=C0Cx=C測-Cd6.58 6.98 7.29 7.36 7.67 8.24 溶2.54 2.69 2.81 2.84 2.96 3.18 水m總(g)26.6824 26.4241 26.2446 26.2258 25.9512 25.5602 21.0455

11、 m0=(10.9598+10.9601+10.9612)g/3 = 10.9604 gm溶液(g)15.7220 15.4637 15.2842 15.2654 14.9908 14.5998 10.0851 溶液(g/ml)1.5568 1.5312 1.5134 1.5116 1.4844 1.4457 1.5950 0.9986 T=17.86 M乙酸乙酯=88.11 g/mol水=0.9986 g/mlP=101.21 kPaM四氯化碳=153.84 g/mol乙酸乙酯=0.894-0.898 g/ml四氯化碳=1.595 g/ml=1.4559 P2=88.4383 =-0.359

12、6 R2=21.0596 =-0.0511 =1.4826E-30C*m =1.79 D計算過程說明：=3.2641/1=3.2641/2.242= 1.4559=0.5735/1=0.5735/1.5950= 0.3596 =0.0748/n1=0.0748/1.4627= 0.0511 P2= 3*1.4559 *2.242*153.82/(2.242+2)/(2.242+2)/1.5950+(2.2421)*(88.11(0.3596)*153.82)/(2.242+2)/1.5950=88.4383 R2=(1.4627*1.46271)*(88.11(0.3596)*153.82)/

13、(1.4627*1.4627+2)/1.5950+6*1.46272*153.82*(0.0511)/(1.46272+2)/(1.46272+2)/1.583= 21.0596 = 0.04274*10(-30)*( 88.438321.0596)*(17.86+273.15)0.5= 1.4826E-30 （c*m）= 1.79 (D)七、思考題1、本實驗測定偶極距時作了哪些近似處理？ 答：由于原子極化度只有電子極化度的5%-10%，而P轉向 又比P電子大得多，故忽視原子極化度; 在推導P2，R2兩個公式時，用到了溶液的近似公式；在測定儀器本底電容時，近似的認為空氣與真空的電容想同。2、準確測定溶質的摩爾極化度和摩爾摩爾折射度時，為何要外推到無限稀釋？ 答：因為溶液中，溶質分子與分子之間是有相互作用的，為了盡可能的減小這些影響，實驗過程中就將溶液稀釋，以期得到較理想的實驗結果，最后在數據處理時，還需將數據外推到無限稀釋的情況測算時理想的狀態。這就是溶液法的基本思想。3、分析本實驗的誤差來源，并盡可能說明最終(=1.79D)較文獻值偏小的原因。答：本實驗使用的均為易揮發藥品，在稱取質量時雖然有蓋住小容量瓶的塞子，但從多次稱量的結果來看，仍有不少的揮發，這可能帶來誤差； 在測定溶液電容的時候，兩種溶液的中間要將儀器內的前一種溶液清