1-物化实验(饱和蒸汽压电离平衡常数蔗糖水解)---1

大学化学实验(4)目的1学会正确处理实验数据和分析实验结果，加深对物理化学基本理论和概念的理解，从而增强解决化学问题的能力。2通过实验验证、巩固和深入理解所学的物理化学理论知识，培养学生独立工作和独立思考的能力,养成严谨的科学态度和良好的科学思维习惯。实验一静态法测定液体的饱和蒸汽压Ⅰ、实验目的Ⅱ、实验原理Ⅲ、药品仪器Ⅳ、实验步骤Ⅴ、数据处理Ⅶ、思考题Ⅵ、注意事项明确纯液体饱和蒸汽压的定义和气液两相平衡的概念，深入了解纯液体饱和蒸汽压和温度的关系；学会用静态法测定液体的饱和蒸气压，初步掌握低真空实验技术；学会图解法求被测液体在实验范围内的平均摩尔蒸发焓。Ⅰ.实验目的Ⅱ.实验原理饱和蒸汽压：在一定温度下，与纯液体处于平衡状态时的蒸汽压力，称为该温度下的饱和蒸汽压。2*}ln{RTHdTpdmvap纯液体的蒸汽压和温度关系如下：温度范围变化不大时CRTHpmvap}ln{*由实验测定几个不同温度下的饱和蒸气压，用图解法求得直线的斜率，根据上式即可求出。测定饱和蒸气压的常用方法有动态法和静态法两种，本实验采用后者。即在一定的温度下，直接测定体系的压力，测定时要求体系内无杂质气体。实验测定的装置如图1所示。CRTHpmvap}ln{*mvapH图1等压计示意图球a中盛有被测液体，故a称之为样品池，U形管bc部分以被测液体作为封闭液，这一部分称为等压计。实验装置先将a与b之间的空气抽净，然后从c的上方缓慢放入空气，使等压计b、c两端的液面平齐，且不再发生变化时，则ab之间的蒸气压即为此温度下被测液体的饱和蒸气压，因为此饱和蒸气压与c上方的压力相等，而c上方的压力可由压力计得出。温度则由恒温槽内的温度计直接读出，这样可得到一个温度下的饱和蒸气压数据；当升高温度时，因饱和蒸气压增大，故等压计内b液面逐渐下降，c液面逐渐上升。同样从c的上方再缓慢放入空气，以保持bc两液面的平齐，当恒温槽达到设定的温度且在bc两液面平齐时，即可读出该温度下的饱和蒸气压；用同样的方法可测定其它温度下的饱和蒸气压。Ⅲ.仪器和试剂蒸汽压测定装置1套（饱和蒸气压计、缓冲瓶及管路连接盒）水泵1台等压计1个恒温槽一套测温装置一台无水乙醇Ⅳ.实验步骤一、熟悉仪器装置测量线路见实验课本。二、测定不同温度下液体的饱和蒸汽压（4---5个数据）１、转动活塞，使系统与大气相通。压力计调零后改为测试状态。2、测定不同温度下纯液体的饱和蒸汽压设好温度（比室温稍高即可，如25度），开动搅拌，并将水浴加热。加热至设定温度后，旋转活塞，减压抽去ab间空气，补气，待bc液面持平一刻记录下压力计读数。得到一个温度下的压力数据。同理，升温得到另外温度下的压力值即可。实验结束后，打开活塞，使体系内外压力一致。Ⅴ.实验数据处理（大气压）将上述的实验数据记录于下表中：作图，由图中直线的斜率求出样品在实验温度范围内的摩尔气化焓和正常沸点Ⅵ.注意事项本实验共测定4－5个温度下乙醇的饱和蒸气压。人为因素造成的测定误差是影响结果的主要原因。因此，在实验操作过程中应注意以下几点：1、使恒温槽在恒温时具有较高的灵敏度。2、要获得准确的饱和蒸气压数值，关键是要将等压计和样品池之间的空气彻底抽净。在抽气即将结束之前，可松开夹在冷凝管上的夹子，轻轻摇晃压力计，以加速空气的排出。而空气的排净与否，只能根据经验和从实验数据上判断。3、在升温过程中，要及时向体系中放入空气，以保持等压计两液面平齐，不要等温度升高4℃后再放气，以免使等压计内的乙醇沸腾，使封闭液减少。4、最初将样品加入样品池后，残留在等压计U型管内的乙醇要适量，以U型管体积的三分之二左右为宜。过多时会影响抽气，过少时乙醇很快被抽尽。另外，抽气速率要适中，避免抽气速率过快，等压计液体沸腾剧烈，乙醇被很快被抽尽的情况出现。Ⅶ.思考题1、如果测定乙醇水溶液的蒸气压，本实验的方法是否适用？2、在本实验中，如果空气未被抽净，所测定的蒸气压与标准值相比，是偏大还偏是小？实验二pH法测定乙酸的电离平衡常数Ⅰ、实验目的Ⅱ、实验原理Ⅲ、药品仪器Ⅳ、实验步骤Ⅴ、数据处理Ⅶ、思考题Ⅵ、注意事项学习了解pH法测定电离常数的原理和方法；学会pH计的使用方法及注意事项；加强有效数字概念在数据处理上的正确运用。Ⅰ.实验目的Ⅱ.实验原理设乙酸的初始浓度为c0,平衡时乙酸溶液中H+的浓度为x,并假设乙酸的电离常数足够大,可以忽略水的电离平衡的影响,则对乙酸在水中的离解:HAc⇌H++Ac-初始浓度c0--平衡浓度c0–xxx乙酸的电离平衡常数xcxxKi0[HAc]]][Ac[H在一定温度下利用酸度计测定乙酸溶液的pH值，而溶液的pH值与乙酸溶液中H+浓度之间存在如下关系：pH=-lg[H+]或[H+]=10-pH因此，若已知乙酸溶液的初始浓度c0，并且利用酸度计测定了乙酸溶液的pH值，通过计算可以求出电离平衡常数Ki值。Ⅲ.仪器和试剂酸度计1套移液管1支烧杯5只乙酸溶液0.1mol左右蒸馏水滤纸Ⅳ.实验步骤及数据处理1.配制不同浓度的乙酸溶液：取干燥、洁净的100ml烧杯5只，编号1-5，分别配制不同浓度的乙酸溶液（P412）。编号乙酸溶液的体积/ml去离子水体积/ml混合后乙酸浓度/(mol/L)混合后溶液pH测定值混合后溶液c(H+)乙酸电离常数Ki13.0047.0026.0044.0039.0041.00412.0038.00515.0035.002.测定所配乙酸溶液的pH值：利用酸度计依次测定所配乙酸溶液的pH值，并记录在上表中。分别计算出1-5号溶液的电离平衡常数Ki，取平均值即为乙酸溶液的电离平衡常数。Ⅵ.注意事项1.本实验烧杯需干燥，勿洗。2.小心操作勿将复合电极打破。Ⅶ.思考题1.测定乙酸电离常数的依据是什么？当乙酸浓度很稀时，能用此法吗？2.本实验是用酸度计测定溶液中H+的浓度的，能否利用酸碱滴定法来测定溶液中的H+浓度？3.按照此测定弱酸电离常数的方法，能否设计一个实验方案来测定弱碱？实验三蔗糖水解反应速率常数的测定Ⅰ、实验目的Ⅱ、实验原理Ⅲ、药品仪器Ⅳ、实验步骤Ⅴ、数据处理Ⅶ、思考题Ⅵ、注意事项1.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；2.了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；3.了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。Ⅰ.实验目的蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物，也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物。蔗糖经酸性水解后，产生一分子D-葡萄糖和一分子D-果糖：蔗糖葡萄糖果糖612661262112212OHCOHCOHOHCHⅡ.实验原理该反应是一个三级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的，尽管有部分参与了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖反应可看作为假一级反应。一级反应的速率方程为：kCdtdC式中：C为时间t时的反应物浓度，0lnlnCktC定积分可得：式中：C0为反应开始时反应物浓度。K：t，tt，CC2ln2121210即为反应半衰期表示可用时间时当k为反应速率常数。（1）因为蔗糖及其转化产物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度变化来度量反应进程。本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖水解反应的速率常数k和半衰期t1/2。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度Ｃ呈线性关系，即：α=βC式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度（比较不同物质的旋光能力）用下式表示：ADCl100][20).100/(),(,),589(,2020][020mlgCdmlnmDDCAD为浓度为样品管长度为测得的旋光度即线的波长是指用钠灯光源表示实验时温度为右上角的反应物蔗糖是右旋性物质，比旋光度[α]D20=66.6o；生成物葡萄糖也是右旋物质，比旋光度[α]D20=52.5o；生成物果糖是左旋性物质，比旋光度[α]D20=-91.9o。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减少，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水解，这时左旋角达到最大值α∞。设体系最初的旋光度为：00C反（t=0，蔗糖尚未转化）当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为αt，即：体系最终的旋光度为：0C生（t=∞，蔗糖已完全转化）)(0CCCt生反（2）（3）（4）将(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：)ln()ln(0ktt显然，以ln(αt-α∞)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数K。为避免测可用古根亥姆法（P441）得到ctkttt1)ln(旋光管使用示意1.旋光仪一台；2.移液管、锥形瓶、容量瓶等；3.蔗糖(AR)、HCl(2mol/L)；Ⅲ.仪器和试剂Ⅳ.实验步骤1.开机；预热5min左右；2.旋光管中加满蒸馏水，校正零点，记录校正的数据值；3．用移液管移取25mL20%蔗糖液至150mL烧杯，用移液管移取25mL3mol/LHCl液至150mL烧杯，二者混合（记录时间），混匀；4.混合均匀后用待测液润洗两次旋光管，开始测试。（例如：可测试4min、8min、12min、16min、20min、30min、34min、38min、42min、46min数据）5．测试实验温度（管内液体），倒掉测试液体，分别用自来水和蒸馏水冲洗旋光管两次，后放回仪器中；6．收拾好实验台卫生。温度设定及旋光仪零点校正旋光仪零点校正：用蒸馏水清洗样品管后，向管内倒满蒸馏水（不产生气泡），用滤纸吸干管外壁的水，将样品管放入旋光仪中，调整旋光度的刻度值为零或其零刻度附近。实验日期：；恒温器温度：℃；旋光仪零点：。αt的测定：时间(min)旋光度αtⅤ.实验数据处理将实验数据记录于下表中：1.计算αt-αt+Δt；2.作ln(αt-αt+Δt)~t关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数K；4.求出半衰期t1/2；5.文献值。半衰期：Kt2ln21反应速率常数：kK文献值：温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响HCl/mol·L-1K×103/min-1K×103/min-1K×103/min-125℃(298.15K)30℃(308.15K)35℃(318.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的浓度均为10%活化能Ea=108kJ/mol1.装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏液现象；2.样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈，防止摔碎或丢失；3.配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分混均溶液；4.测定α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件恒温50min后(但不能超过60℃，否则有副反应发生)；5.必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。Ⅵ.注意事项1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中？为什么？2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响实验结果的准确度？3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？4.测定α∞时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能超过60℃。为什么？Ⅶ.思考题光线经过起偏镜，再经过盛有旋光性物质的旋光管，通过旋转检偏镜才能让光线再次通过，转过的角度就是。三分视野消失几点要求1、预习报告：实验步骤&原始数据记录表格；2、数据真实可靠；3、实验报告：严禁白纸上作图！可坐标纸作图、也可利用电