1、物理化學實驗課后練習參考一、問答題1. 用最大氣泡法測定溶液的表面張力的實驗操作中, 為什么要求讀出最大壓力差? 答 p(內)<p(外)時, 氣泡會從毛細管口逸出。 Dpp(外)p(內),Dp 可從壓力計兩邊讀數的差值h讀出。 (1分) p r2Dp 為氣泡逸出時受到向下的總作用力 2p rs 為氣泡在毛細管口受到的表面張力 (2分) 當 p r2Dpmax2p rs 時, 氣泡就逸出了 故實驗中要求讀出最大壓力差 h 。 (2分) 2.最大氣泡壓力法測液體的表面張力實驗時，某同學發現，當毛細管管端不是剛剛與液面相接觸，而是插入液面一小段距離時，測得的 h 偏高。因而該同學在討論中說毛細

2、管管端插入液體內部，將使測得的表面張力值偏高，你認為這一說法對嗎？為 什么？ 答：知標樣 S 及未知樣 X，則 g x/g s= hx/hs影響 g x值的因素與 h 之測定值, X, S 樣的密度及毛細管端插入深淺等眾多因素有關。3.在恒溫、恒壓下，測定化學反應速率常數的方法常分為物理法及化學法兩類, 請你以做過的實驗為例, 簡述這兩類方法的主要區別及優缺點。物理法：如電導法測乙酸乙酯皂化速率常數等, 優點是不需要直接取樣, 不需中止反應, 測量快, 測得數據多, 數據誤差小, 所測的物理量易轉化為電訊號, 易實現測定、記錄、處理的自動化。缺點是:對不同反應體系要用不同物理量, 有的體系找不

3、到合適的物理量, 物理量與濃度關系不規則, 易引入系統誤差,需要比較特殊的儀器。 (5分) 化學法：如用KMnO4滴定法測定H2O2分解反應速率常數, 其優點是使用通常用的化學分析方法, 如多為容量法分析測定濃度, 取得的數據直接引入動力學方程, 不加其他關系。 缺點是需取樣并中止反應才能進行分析, 取樣記時及反應條件控制易引入誤差, 化學分析慢, 取得數就少, 增加了數據處理誤差, 不易實現自動化。 (5分) 4.請設計一電化學實驗，測定下列反應的等壓熱效應，并說明其理論根據（不寫實驗裝置及實驗步驟）。Ag(s) + HCl(aq) AgCl(s) + 1/2 H2(g) 答 (1) 設計電

4、池 Ag - AgCl(s)HCl(aq)H2(Pt) (1.5分) (2) 壓力 p 一定時，測該電池于某溫度下的電動勢 E 和電池的溫度系數 (¶E/¶T)p 可得電池的反應焓變值 H = -zFE + zFT(¶E/¶T)p 此H 即為該反應不在電池中進行時，反應的等壓熱效應。 (1.5分) (3) 因為反應不論是否在電池中進行，其初、終態相同，利用狀態函數的性質 H（電池中）H（燒杯中），在等 T ，等 p，Wf = 0 時，H = Qp (2分) 5.某種不可燃固體物質, 加熱可使它分解成為另一種固體和一種氣體, 請設計一個實驗以測定上述分解反

5、應的DH$ 和DS$ , 簡要敘述實驗方法和所依椐的熱力學原理, 不必繪出實驗裝置圖。 答 實驗方法: 將該固體放在密閉容器中, 將容器抽成真空, 置于電爐上加熱, 測定不同溫度下的平衡分解壓。 (3分) 平衡時: DGDG$RTlnQp0 (2分) DG$R T ln Kp= DH$TDS$ (1分) Kp值即相當于此固體分解壓: lnKpDH$/(RT)DS$/R (2分) 以 ln Kp對 1/T 作圖, 得一直線, 從斜率求出 DH$ (1分) 在直線上找一點, 代入上式, 求出 DS$。 6.某研究所，需要測定牛奶樣品的熱值，請提出所需儀器及實驗步驟。答儀器：氧彈燃燒熱測定儀一套 步

6、驟：(1) 水當量的測量； (2) 空白濾紙的熱能測定； (3) 牛奶樣品用濾紙吸取烘干稱重進行測量。 7. 用氧彈量熱計測定有機化合物的燃燒熱實驗, 有的實驗教材上要求在量熱測定時，在氧彈中加幾滴純水，然后再充氧氣、點火，請說明加的這幾滴水的作用是什么？ 答 希望產物 H2O 盡快凝聚為液態水。 8. 為什么在測量原電池電動勢時，要用對消法進行測量？而不能使用伏特計來測量？答： 要準確測量電池電動勢只有在電流無限小的可逆情況下進行，對消法可達到此目的。伏特計與待測電池接通后，要使指針偏轉，線路上必須有電流通過，這樣一來變化方式不可逆，所測量結果為有“極化”現象發生時的外電壓。9.作為鹽橋使用

7、的電解質有什么要求？答： 鹽橋電解質不能與兩端電極溶液發生化學反應； 鹽橋電解質溶液中的正、負離子的遷移速率應該極其接近； 鹽橋電解質溶液的濃度通常很高，甚至達到飽和狀態。10. 以本實驗中的裝置來說，哪一部分是體系？答：（將裝置圖中的平衡管部分轉化一下）根據實驗題目可知，體系中應包含液體部分和氣體部分，因此本實驗的體系是A中的液體和AB液面之間的氣體。11. 體系中的氣體部分含有空氣等惰性氣體時，是否對飽和蒸氣壓的測定產生影響？答：有影響。參見【物理化學】教科書有關部分（P147148）。公式為公式中Pg*為沒有惰性氣體存在時液體的飽和蒸氣壓，Pg為有惰性氣體存在且總壓為pe時液體的飽和蒸氣

8、壓。12. 怎樣才能把體系中的空氣排出到環境中去，使得體系的氣體部分幾乎全部是由被測液體的蒸氣所組成？如何判斷空氣已被趕凈？答：通過對體系加熱或（/和）減小環境的壓力，可以把體系中的空氣等惰性氣體排出到環境中去。剛開始時，空氣比較多，通過BC管液體冒泡排出的速度較快，后來逐步減慢。當體系溫度達到液體的沸點并且空氣很少時，冒泡排出氣體的速度比較慢并且均勻，此時冒泡排出的氣體主要是飽和蒸氣。13. BC之間的U形狀液體所起到的作用是什么？答： 起到一個液體活塞（或液封）的作用，用于分隔體系與環境。（同時通過該液體活塞，可將體系中的空氣排除到環境中去） 起到檢測壓力的作用。（當B、C管中的液面等高時

9、，說明體系的壓力等于環境的壓力，可以通過測量環境的壓力來代表體系的壓力） 當B、C管中的液面等高時測定溫度和壓力的數據，也可保持多次測量數據時體系的體積幾乎相等。14. 怎樣才能使環境的空氣不會進入到體系中去？答：讀測完溫度和壓差的數據以后，趕快給體系加熱，或減小環境的壓力15. 對于動力學研究中，物理量及其測量儀器的選擇有哪些方面的考慮：答： 反應前后，體系的物理量的變化非常顯著； 測的物質濃度成線性關系的特征物質量為最佳； 測的物質濃度不成線性關系的非特征物質量為最差。16. 根據具有簡單反應級數的化學反應動力學特征，大致有哪幾種確定反應級數的數據處理方法？答：微分法，積分法，半衰期法，改

10、變初始物質濃度法。17. 動力學實驗，一般情況下為什么要在恒溫條件下進行？答：不同溫度下的反應速度不一樣，反應速率常數與溫度有關，電導率的數值與溫度也有關，所以要準確進行動力學測量，必須在恒溫條件下進行。18. 在本實驗的裝置中哪部分是燃燒反應體系？燃燒反應體系的溫度和溫度變化能否被測定？為什么？答：在本實驗裝置中，氧彈的內部是被測物質的燃燒空間，也就是燃燒反應體系。由于做燃燒實驗時要在氧彈中充入高壓的氧氣，燃燒瞬間將產生高溫，這樣就無法將溫度計（或溫差計）直接插入到高壓氧彈中或者因為溫度計無法承受高壓或高溫，另外溫度計是玻璃或金屬外殼，在氧彈外面也無法與氧彈緊密接觸，或者有的溫度計（如熱電偶

11、）達不到測量精度，所以很難對燃燒反應體系進行溫度或溫度差的測量。19. 在本實驗的裝置中哪部分是測量體系？測量體系的溫度和溫度變化能否被測定？為什么？答：由于不能直接對燃燒反應體系進行溫度或溫度差測量，因此就需要將燃燒反應體系（氧彈）放入到一種可以進行溫度或溫度差測量的介質中去，構成比燃燒反應體系大的測量體系。在本實驗的裝置中，盛水桶、3000ml水（剛好可以淹沒氧彈）和氧彈三部分組成了測量體系，溫度計可以插入到水中并與水緊密接觸，不需要承受高壓和高溫，這樣可以根據測量體系的溫度變化去推斷燃燒反應進行所放出的熱量。20. 測量體系與環境之間有沒有熱量的交換？（即測量體系是否是絕熱體系？） 如果

12、有熱量交換的話，能否定量準確地測量出所交換的熱量？答：測量體系與環境之間有熱量的交換，因為理想的絕熱條件是不可能達到的。同時影響熱量的交換量大小的因素也比較多，與體系、環境的材質有關；與體系、環境的接觸界面積大小有關；與體系、環境的溫差有關，所以要定量準確地測量出體系與環境交換的熱量是比較困難的。如果有凈的熱量交換的話，將會增大實驗的測量誤差。21. 在一個非絕熱的測量體系中怎樣才能達到相當于在絕熱體系中所完成的溫度和溫度差的測量效果？答：既然無法避免體系與環境之間有熱量的交換，就希望體系與環境之間交換的熱量為零或盡可能的小。在本實驗過程中，樣品點火燃燒以后體系的溫度肯定將高于環境的溫度，體系

13、將熱傳遞給環境，因此就必須在樣品點火燃燒以前使體系的溫度低于環境的溫度，使體系從環境處獲得熱量，并使體系獲得的熱量與傳出的熱量盡量抵消，這樣測量的效果就相當于絕熱體系的結果。這就是“雷諾校正圖”的設計思想。22. 在本實驗中采用的是恒容方法先測量恒容燃燒熱，然后再換算得到恒壓燃燒熱。為什么本實驗中不直接使用恒壓方法來測量恒壓燃燒熱？答：原因為：如果是使用恒壓燃燒方法，就需要有一個無摩擦的活塞，這是機械摩擦的理想境界，是做不到的；做燃燒熱實驗需要盡可能達到完全燃燒，恒壓燃燒方法難于使另一反應物“氧氣”的壓力（或濃度）達到高壓，會造成燃燒不完全，帶來實驗測定的實驗誤差。23. 苯甲酸物質在本實驗中

14、起到什么作用？答：熱量交換很難測量，溫度或溫度變化卻很容易測量。本實驗中采用標準物質標定法，根據能量守恒原理，標準物質苯甲酸燃燒放出的熱量全部被氧彈及周圍的介質等吸收，使得測量體系的溫度變化，標定出氧彈卡計的熱容。再進行奈的燃燒熱測量和計算。24. 恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱有什么樣的關系？答：Qp=Qv+n(RT)Qp：恒壓燃燒熱；Qv：恒溶燃燒；n：反應前后氣態物質的量之差；T為環境（外夾套）的溫度。25.在本實驗裝置中哪些是體系？哪些是環境？體系和環境通過哪些哪些途徑進行熱交換？這些熱交換對結果影響怎樣？如何進行校正？答：體系包括內筒以內的部分，如氧彈,水等；內筒以外的為環境。體系和環境以空

15、氣層絕熱。體系和環境交換能量的途徑有：傳導、輻射、對流、蒸發和機械攪拌等。在測定的前期和末期，體系和環境間溫差的變化不大，交換能量較穩定。而反應期溫度改變較大,體系和環境間溫差隨時改變，交換的能量也不斷改變，很難用實驗數據直接求算，通常采用作圖或經驗公式等方法消除其影響。26.攪拌過快或過慢有何影響？答：攪拌過快會產生大量熱量使體系溫度升高造成誤差；攪拌過慢會使體系溫度不均勻造成誤差。27.扼要說明測定市售麥片熱值的方案回答要點：(1)針對麥片的某一品牌從商店里隨機抽樣取一定量的麥片(2) 用氧彈量熱計測定麥片的燃燒熱。(3)用標準物質法來測量氧彈量熱計的熱容即確定儀器的水當量。這里所說的標準

16、物質為苯甲酸，其恒容燃燒時所放出的熱量為26460 J·g-1。實驗中將苯甲酸壓片后準確稱量與該數值的乘積即為所用苯甲酸完全燃燒放出的熱量；點火用的Cu-Ni合金絲燃燒時放出的熱量；實驗所用O2氣中帶有的N2氣燃燒生成氮氧化物溶于水所放出的熱量，其總和一并傳給氧彈量熱計使其溫度升高。根據能量守恒原理，物質燃燒放出的熱量全部被氧彈及周圍的介質（本實驗為2000毫升水）等所吸收，得到溫度的變化為T，所以氧彈量熱計的熱容為：(4) 欲測物質的恒容燃燒熱QV，即：(5)主要儀器與試劑：氧彈量熱計1套，壓片機1臺，溫差測定儀1臺，計算機1臺，氧氣鋼瓶（需大于80Kg壓力），氧氣減壓器1個，萬用

17、表1個，充氧導管1個，點火絲若干，扳手1把，容量瓶（1000mL 1只，2000mL 1只），苯甲酸（分析純），蔗糖（分析純）。28.要說明測定(-)Ag|AgCl|KCl(飽和)| KCl(飽和)|Hg2Cl2|Hg(+)電池反應的rHm回答要點：-3HCl溶液中用電鍍的方法在銀表面生成一層AgCl。(2) 以AgCl |Ag電極作為負極，KCl(飽和)|Hg2Cl2|Hg作為正極組成原電池。(3)測定不同溫度時的原電池的電動勢，作圖求出原電池的溫度系數 。(4)(5) 主要儀器設備：EM-2A型電子電位差計；光亮鉑金電極；飽和甘汞電極；飽和KCl鹽橋；容量瓶；超級恒溫水浴；帶恒溫夾套的電解

18、池等。29.將沉淀反應Ag+ +Cl-AgCl設計成原電池，并說明實驗測定Ksp(AgCl)的原理回答要點：(1) 設計原電池如下：陽極：AgCl (s)+ e- Ag + Cl-陰極：Ag+ e- Ag(-)Ag(s)| AgCl (s)| Cl-| Ag+| Ag(s)(+)25時此電池的標準電動勢：E= E(Ag+| Ag)- E(Cl-| AgCl (s)| Ag)=0.799-0.2221=0.5769V(2)主要儀器設備：EM-2A型電子電位差計；Ag+| Ag電極；Cl-| AgCl (s)| Ag電極；飽和KCl鹽橋；容量瓶；超級恒溫水浴；帶恒溫夾套的電解池等。30.擬訂測定表

19、面活性劑臨界膠束濃度的實驗原理，并列出實驗所需的主要儀器設備回答要點：(1)表示表面活性物質的濃度足夠大時達到飽和狀態，液面上剛剛擠滿一層定向排列的表面活性物質的分子，形成單分子膜；此時在溶液本體則形成具有一定形狀的膠束。把開始形成一定形狀膠束所需要表面活性物質的最低濃度，稱為臨界膠束濃度。達到臨界膠束濃度時溶液的表面張力最低。(2).用最大氣泡法測定不同濃度時的表面張力，先用已知表面張力的純水測定儀器常數k；再測定表面活劑的表面張力，即(3)用所測得的一組c作圖，曲線的最低拐點所對應的的濃度即為所測定的臨界膠束濃度。(4) 儀器與藥品：超級恒溫水浴；恒溫套管； 250mL抽水泵；毛細管（半徑

20、為0.150.2mm）； 400mL燒杯；100mL容量瓶等。31.簡要說明用電化學方法測定反應NADH + H+CH3COH NAD+ C2H5O的平衡常數K回答要點：(1) 設計原電池如下：陽極：NAD+H+2e- NADH 陰極：CH3COH+2H+2e- C2H5OHPt |NAD+(=1),NADH(=1),H+(pH=7)| CH3COH(=1) ,H+(pH=7) ,C2H5OH(=1) |Pt(2)測定上述電池在25時的標準電動勢E(3)按下式計算K(4)主要儀器設備：EM-2A型電子電位差計；NAD+(=1),NADH(=1),H+(pH=7)|Pt電極；CH3COH(=1) ,H+(pH=7) ,C2H5OH(=1) |Pt電極；容量瓶；超級恒溫水浴；帶恒溫夾套的電解池等。32.將反應H2OH+ +OH-