第一篇：【清华】物化实验报告sy

恒温槽的装配和性能测试 姓名：孙悦

学号：2010011825

班级：化 01

同组实验者：肖雅博 实验日期：202_.3.6

提交报告日期：202_.3.11 带实验老师：刘晓慧引言 1.1 实验目的 1． 了解恒温槽的原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。

2． 分析恒温槽的性能，找出合理的最佳布局。

3． 掌握水银接点温度计、热敏电阻温度计、继电器、自动平衡记录仪的基本测量原理和使用方法。

1.2 实验原理 许多物理化学实验都需要在恒温条件下进行。欲控制被研究体系的某一温度，通常采取两种方法：一是利用物质相变时温度的恒定性来实现，叫介质浴。如：液氮（-195.9℃）、冰－水（0℃）、沸点水（100℃）、干冰－丙酮（-78.5℃）、沸点萘（218℃）等等。相变点介质浴的最大优点是装置简单、温度恒定。缺点是对温度的选择有一定限制，无法任意调节。另一种是利用电子调节系统，对加热或制冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定的温度之下。

本实验讨论的恒温水浴就是一种常用的控温装置，它通过继电器、温度调节器（水银接点温度计）和加热器配合工作而达到恒温的目的。其简单恒温原理线路如图 2-1-1所示。当水槽温度低于设定值时，线路 I 是通路，因此加热器工作，使水槽温度上升；当水槽温度升高到设定值时，温度调节器接通，此时线路 II 为通路，因电磁作用将弹簧片 D 吸下，线路 I 断开，加热器停止加热；当水槽温度低于设定值时，温度调节器断开，线路 II 断路，此时电磁铁失去磁性，弹簧片回到原来的位置，使线路 I 又成为通路。如此反复进行，从而使恒温槽维持在所需恒定的温度。

恒温槽由浴槽、温度计、接点温度计、继电器、加热器、搅拌器等部件组成。如图 2-1-2所示。为了对恒温槽的性能进行测试，图中还包括一套热敏电阻测温装置。现将恒温槽主要部件简述如下。

1.浴槽

浴槽包括容器和液体介质。根据实验要求选择容器大小，一般选择 10L 或者20L 的圆形玻璃缸做为容器。若设定温度与室温差距较大时，则应对整个缸体保温。以减少热量传递，提高恒温精度。

恒温槽液体介质根据控温范围选择，如：乙醇或乙醇水溶液（-60－30℃）、水（0－100℃）、甘油或甘油水溶液（80－160℃）、石蜡油、硅油（70－200℃）。本实验采用去离子水为工作介质，如恒温在 50℃以上时，可在水面上加一层液体石蜡，避免水分蒸发。

2.温度计

观察恒温浴槽的温度可选择 1/10℃水银温度计，测量恒温槽灵敏度则采用热敏电阻测温装置。将热敏电阻与 1/10℃温度计绑在一起，安装位置应尽量靠近被测系统。

3.接点温度计（温度调节器）

接点温度计又称接触温度计或水银导电表，如图 2-1-3 所示。它的下半段是水银温度计，上半段是控制指示装置。温度计上部的毛细管内有一根金属丝和上半段的螺母相连，螺母套在一根长螺杆上。顶部是磁性调节冒，当转动磁性调节冒时螺杆转动，可带动螺母和金属丝上下移动，螺母在温度调节指示标尺的位置就是要控制温度的大致温度值。顶部引出的两根导线，分别接在水银温度计和上部金属丝上，这两根导线再与继电器相连。当浴槽温度升高时，水银膨胀上升，与上面的金属丝接触，继电器内线圈通电产生磁场，加热线路弹簧片吸下，加热器停止加热。随着浴槽热量的散失，温度下降，水银收缩并与上面的金属丝脱离，继电器电磁效应消失，弹簧片回到原来位置，接通加热电路，系统温度回升。如此反复，从而使系统温度得到控制。

需要注意的是，温度调节指示标尺的刻度一般不是很准确，恒温槽温度的设定和测量需要 1/10℃温度计来完成。

接点温度计是恒温槽的重要部件，它的灵敏度对控温精度起着关键作用。

4.继电器

继电器与加热器和接点温度计和加热器相连，组成温度控制系统。实验室常用的继电器有晶体管继

电器和电子管继电器。典型的晶体管继电器电路如图 2-1-4 所示，它是利用晶体管工作在截止区以及饱和区呈现的开关特性制成的。其工作过程是：当接点温度计 T r 断开时时，E c 通过 R k 给锗三极管 BG 的基极注入正向电流 I b，使 BG 饱和导通，继电器 J 的触点 K 闭合，接通加热电源。当温度升高至设定温度，接点温度计 T r 接通，BG 的基极和发射极被短路，使 BG 截至，触点 K 断开，加热停止。当继电器 J 线圈中的电流突然变小时，会感生出一个较高的反电动势，二极管 D 的作用是将它短路，避免晶体管被击穿。必须注意的是，晶体管继电器不能在高温下工作，因此不能用于烘箱等高温场合。

5.加热器

常用的是电加热器。加热器的选择原则是热容量小、导热性能好、功率适当。加热器功率的大小是根据恒温槽的大小和所需控制温度的高低来选择的。通常我们都在加热器前加一个和加热器功率相适应的调压器，这样加热功率可根据需要自由调节。

6.搅拌器

搅拌器的选择与工作介质的粘度有关，如：水、乙醇类粘度较小的工作介质选择功率 40W 左右的搅拌器。若工作介质粘度或搅拌棒的叶片较大时，应选择功率大一些的搅拌器。

7.热敏电阻测温装置

用来对恒温槽的性能进行测试，测温原理见附录温度的测量与控制。

综上所述，恒温效果是通过一系列元件的动作来获得的。因此不可避免地存在着滞后现象，如温度传递、感温元件、继电器、加热器等的滞后。因此，装配时除对上述各元件的灵敏度有一定要求外，还应根据各元件在恒温槽中作用，选择合理的摆放位置，合理的布局才能达到理想的恒温效果。灵敏度是恒温槽恒温好坏的一个重要标志。一般在指定温度下，以 T 始、T 停 分别表示开始加热和停止加热时槽内水的温度（相对值），以1/2()T T T  始 停为纵坐标，时间 t 为横坐标，记录仪自动画出灵敏度曲线如图 2-1-5。

若最高温度为 T 高，最低温度为 T 低，测得恒温槽的灵敏度为 2ET TT 低 高 通过对上述曲线分析可以看出图中（a）表示灵敏度较高；（b）表示灵敏度较低；（c）表示加热功率偏大。如果加热器功率偏小，则达不到设定的温度值。

实验操作 2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

2.1.1 实验药品及仪器

恒温槽 1 套：玻璃缸、电动搅拌器、1/10℃温度计、电加热器、水银接点温度计、继电器、调压器；热敏电阻温度计、电阻箱、甲电池、电桥盒、记录仪、放大镜等各一个。

2.1.2 测试装置示意图 2-1-2

2.2 实验条件

实验温度：21.0℃

大气压：101.38kPa

湿度：28.0%

2.3 实验操作步骤及方法要点 2.3.1

实验操作步骤 1.恒温槽的装配

根据所给原件和仪器，按图 2-1-2 安装恒温槽，接好线路，经教师检查后方可接通电源。

2.恒温槽的调试

玻璃缸中加入去离子水，约总容积的 4/5。打开搅拌器（中速搅拌）、继电器，旋开接点温度计上端磁性调节帽固定螺丝，调节设定温度至比要实际设定的温度低一些的位置（因为温度调节指示标尺的刻度一般不是很准确，适当调低一点防止超过需要设定的温度）。为了保证恒温效果，单加热型恒温槽温度设定最低值一般要高于室温 8～10℃，加热开始。开始可将加热电压调到 200V 左右，待接近设定温度时，适当降低加热电压。仔细观察 1/10℃温度计，当水槽温度将要达到设定值时，旋转磁性调节帽，使接点温度计上部的金属丝与水银处于通断的临界状态，可通过继电器指示灯判断。再观察 1/10℃温度计，所示温度是否是要设定的温度，进行进一步调整。最后拧紧磁性调节帽的固定螺钉。

3.温度波动曲线的测定

打开记录仪和电桥盒上的开关，用电阻箱将电桥调平衡，使记录笔停在记录纸的中部。判断电桥电源极性是否连接正确，增大阻值，记录笔应向右侧移动，升高温度，记录笔也应向右侧移动。反之则需将甲电池正负接线对调。记录仪走纸速度定在定在 4mm/min，开始记录，记录 7～8 个周期即可停止。

4.布局对恒温槽灵敏度的影响

改变各元件间的相互位置，重复测定温度波动曲线，找出一个合理的最佳布局。

5.影响温度波动曲线的因素

选定某个布局，分别改变加热电压（加热功率）和搅拌速

度，测定温度波动曲线与未改变条件的温度波动曲线比较。

6.测定热敏电阻温度计的仪器常数（℃/格）

将恒温槽温度升高，用放大镜观察 1/10℃温度计，记录温度升高 0.3～0.5℃记录笔移动的格数。

7.实验结束。剪下记录纸，将仪器复原。

2.3.2

注意事项 1.1/10℃温度计所在位置就将来利用这个恒温槽做实验的系统所在区域。

2.温度设定时要留有提前量，避免水槽温度高于欲设定值。

3.接点温度计的刻度不是很准确，温度的设定与测量以 1/10℃温度计为准。

结果与讨论 3.1 原始实验数据 及计算结果 设定温度：30.0℃ 另附实验记录纸 1.测定热敏电阻温度计的仪器常数：

仪器常数=△T/走纸格数 表 表 1 水温降低 0.2℃ 记录笔走纸格数 组号 号 水温 降低△ △T/ ℃ 走纸格数 仪器常数/ ℃ 1 0.2 33.5 0.00597

2.确定最佳布局：

搅拌档数：4

电压：100V 搅拌器：；

加热器：；

接点温度计：；

热敏电阻和温度计：

灵敏度计算：

T

第二篇：蔗糖水解物化实验报告

均相酸催化蔗糖水解反应

一、实验目的1、根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测量其反应速率常数。

2、了解旋光仪的基本原理，掌握使用方法。

3、研究不同种类酸催化对蔗糖水解反应反应速率常数的影响，验证布朗斯特德定律。

4、研究不同浓度酸对蔗糖水解反应反应速率常数的影响，了解催化剂的比活性概念。

二、

实验原理1、蔗糖的水解反应和利用旋光法测水解速率常数的原理

蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：

C 12 H 22 O 11

+ H 2 O —→ C 6 H 12 O 6

+ C 6 H 12 O 6

（蔗糖）

（葡萄糖）

（果糖）

其中，20℃时，蔗糖的比旋光度〔α〕＝66.6°；葡萄糖比旋光度〔α〕＝52.5°；果糖的比旋光度〔α〕＝－91.9° 蔗糖水解反应，开始体系是右旋的角度大，随反应进行，旋光角度减少，变成左旋。

蔗糖水解反应是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常在 H+催化作用下进行，由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，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，蔗糖转化反应可作为一级反应。

如果以 c 表示到达 t 时刻的反应物浓度，k 表示反应速率常数，则一级反应的速率方程为：

-d c

/ d t

= kt

对此式积分可得：

ln c =-k t + ln c 0

式中 c 为反应过程中的浓度，c 0 为反应开始时的浓度。当 c = c 0 / 2 时，时间为 t 1/2，称为半衰期。代入上式，得：

t 1/2 = ln 2 / k = 0.693 / k

测定反应过程中的反应物浓度，以 ln c 对 t 作图，就可以求出反应的速率常数 k。但直接测量反应物浓度比较困难。在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。

用旋光仪测出的旋光度值，与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光度α与反应物浓度 c成线性关系。物质的旋光能力用比旋光度来度量：

蔗糖的比旋光度[α] D20 =66.6°，葡萄糖的比旋光度[α]D20 =52.5°，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为[α] D20 =-91.9°。因此，在反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。

当 t=0 时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：

α 0

= β 反应物 c 0

......1

当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为：

α ∞

= β 生成物 c 0

......2

此处，β 为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。

时间 t 时，蔗糖浓度为 c，旋光度应为：

α t

= β 反应物 c + β 生成物(c 0

-c)

......3

由 1、2 式：

由 2、3 式：

代入

ln c =-kt + ln c

0

式，可得：

ln(α t

-α ∞)=-kt + ln

(α 0

-α ∞)

根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算 ln(α t

-α ∞)，再对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。

2、、均相酸催化布朗斯特德定律

在酸催化反应中包含了催化剂分子把质子转移给反应物，因此催化剂的效率常与酸催化剂的酸强度有关。在酸催化时，酸失去质子的趋势可用它的解离常数K 来衡量：

HA + H 2 O = H 3 O+

+ A-

酸催化反应速率常数 ka 应与酸的解离常数 Ka 成比例，实验表明，两者有如下的关系：

k a

=G a K aα

或

lg k a

= lgG a

+αlgK a 式中 G a，α均为常数，它决定于反应的种类和反应条件。

对于碱催化的反应，碱的催化作用速率常数 k b 同样与它的解离常数 Kb 有如下的关系：

k b

=G b K bβ

式中 G b，β均为常数，它决定于反应的种类和反应条件。3、催化剂的比活性

催化活性是指催化剂催化物质发生反应的能力，是催化剂的重要性质之一。物质的催化活性是针对给定的化学反应而言的。通常，催化剂并不按照化学方程式计量关系进行作用，其用量可以是任意的。在相同条件下，反应速率与催化剂用量成正比，在均相催化中可以用生成中间化合物来解释。为了描述不同物质催化活性的差异，工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间内转化原料反应物的数量来表示，如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千克数。对于液相催化反应，通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。比催化活性表明，催化剂的催化作用取决于其本性，而与用量无关。

三、

仪器药品

旋光仪

台;

停表

块 锥形瓶（100 ml）

个;

移液管（20 ml）

支 蔗糖（分析纯）；HCl 溶液（2M）；HCl 溶液（4M）；磷酸（4 M）；硫酸（2M）； 四、实验操作步骤

1．测定不同浓度盐酸(2M 和 4M)催化蔗糖水解的速率常数，计算盐酸的比催化活性。

（1）在室温下进行实验。

（2）旋光仪零点校正：开启旋光仪,将光源开关拔至交流(AC),钠灯亮,经 20 分钟预热后使

之发光稳。按测量开关,仪器进入待测状态。将装有蒸馏水的旋光管放入样品测量室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零。

（3）2MHCl催化蔗糖水解过程中a t 的测定：用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中，然后再移取 30mL6mol/LHCl 溶液于另 100mL 带赛三角瓶中。将 HCl 溶液迅速倒入蔗糖溶液中，来回倒三次，使之充分混合。并在加 HCl时同时启动秒表以记录反应时间, 立即用少量反应液荡洗旋光管两次,然后将反应液装满旋光管,旋上端盖,外部用滤纸擦干后放进旋光仪内,盖好箱盖,先记下时间，再读取旋光度值。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每 3 分钟读一次，30min 后，每 5min 读一次。

（4）a ∞ 的测定：将步骤（3）剩余的混合溶液置于近60℃的水浴中，恒温 30min以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即可认为是 a ∞。

（5）3MHCl 催化蔗糖水解过程中 a t 的测定：将步骤（3）的 2MHCl 换成 4MHCl，重复步骤（3）、（4）。

2．测定不同种类酸对催化速率常数的影响，包括 HAC（4 M）、磷酸（4 M）、硫酸（4M）、验证布朗斯特德定律:

lg k a

= lgG a

+αlgK a。

（6）不同种类酸催化蔗糖水解过程的测定：将 2MHCl 分别换成 4 M 磷酸、2M 硫酸按照步骤（3）测定水解过程中 a t，然后再按照步骤（4）测定 a ∞。

五、

数据记录与处理1、l 2mol/L HCl 催化蔗糖水解数据记录与处理：

（1）蔗糖溶液完全水解旋光度 a ∞ =

-1.302（2）2mol/L HCl 催化蔗糖水解数据记录：

表一

温度：室温

盐酸浓度：2mol/L 反应时间/min α t

α t-α ∞

ln(α t-α ∞)3 2.838 4.140 1.420696 6 2.711 4.013 1.389539 9 2.500 3.802 1.335527 12 2.275 3.577 1.274524 15 2.056 3.358 1.211346 18 1.846 3.148 1.146767 21 1.631 2.933 1.076026 24 1.420 2.722 1.001367 27 1.194 2.496 0.914689 30 1.036 2.338 0.849296 33 0.821 2.123 0.75283 36 0.604 1.906 0.645007 39 0.453 1.755 0.562469 42 0.300 1.602 0.471253 45 0.149 1.451 0.372253 48-0.009 1.293 0.256965 51-0.105 1.197 0.179818 54-0.249 1.053 0.051643 57-0.349 0.953-0.04814

60-0.401 0.901-0.10425 63-0.498 0.804-0.21816 66-0.598 0.704-0.35098 69-0.649 0.653-0.42618 71-0.696 0.606-0.50088

(3)以 ln(α t-α ∞)对 t 作图如图 1：

图 1

2mol/L HCl 催化蔗糖水解 由图 1 得 ln(α t-α ∞)t 所做图的直线为 ln(α t-α ∞)=1.65044-0.02931t

R2 =0.991，可见直线的斜率为-0.02931，则反应的速率常数为 0.02931，半衰期t 1/2 =0.693/k=23.6438。2、l 4mol/L HCl 催化蔗糖水解数据记录与处理：

（1）蔗糖溶液完全水解旋光度 a ∞ =

-1.345（2）4mol/L HCl 催化蔗糖水解数据记录：

表二

温度：室温

盐酸浓度：4mol/L 反应时间/min α t

α t-α ∞

ln(α t-α ∞)3 2.489 3.834 1.343909 6 1.909 3.254 1.179885 9 1.463 2.808 1.032472 12 1.062 2.407 0.878381 15 0.695 2.04 0.71295 0.414 1.759 0.564745 21 0.136 1.481 0.392718 24-0.083 1.262 0.232698 27-0.29 1.055 0.053541 30-0.492 0.853-0.159 33-0.638 0.707-0.34672 36-0.741 0.604-0.50418 39-0.846 0.499-0.69515 42-0.944 0.401-0.91379 45-0.993 0.352-1.04412 48-1.043 0.302-1.19733 51-1.091 0.254-1.37042

(3)以 ln(α t-α ∞)对 t 作图如图 2：

图 2 4mol/L HCl 催化蔗糖水解 由图 2 得 ln(α t-α ∞)对 t 所做图的直线为 ln(α t-α ∞)=1.56427-0.05759t

R2 =0.999，可见直线的斜率为-0.05759，则反应的速率常数为 0.05759，半衰期t 1/2 =0.693/k=12.0333。3、2mol/L H 2 2 SO 4 4 催化蔗糖水解数据记录与处理：

（1）蔗糖溶液完全水解旋光度 a ∞ =-1.003

（2）2mol/L

H 2 SO 4 催化蔗糖水解数据记录：

表三

温度：室温

硫酸浓度：2mol/L 反应时间/min α t

α t-α ∞

ln(α t-α ∞)3 3.026 4.029 1.393518 6 2.796 3.799 1.334738 9 2.498 3.501 1.253049 12 2.286 3.289 1.190584 15 2.06 3.063 1.119395 18 1.791 2.794 1.027474 21 1.572 2.575 0.94585 24 1.412 2.415 0.881699 27 1.215 2.218 0.796606 30 1.003 2.006 0.696143 33 0.866 1.869 0.625404 36 0.658 1.661 0.50742 39 0.503 1.506 0.409457 42 0.4 1.403 0.338613 45 0.237 1.24 0.215111 48 0.134 1.137 0.128393 51-0.018 0.985-0.01511 54-0.118 0.885-0.12217 57-0.216 0.787-0.23953 60-0.266 0.737-0.30517 63-0.379 0.624-0.4716 66-0.431 0.572-0.55862 69-0.483 0.52-0.65393 71-0.533 0.47-0.75502 74-0.581 0.422-0.86275 77-0.629 0.374-0.9835

（3）ln(α t-α ∞)对 t 作图如图 3：

图 3

2mol/L H 2 SO 4 催化蔗糖水解 由图 3 得 ln(a t-a ∞）对 t 所做图的直线为 ln(α t-α ∞)=1.61793-0.03254t

R2 =0.993 可见直线的斜率为-0.03254，则反应的速率常数 0.03254，半衰期t 1/2 =0.693/k=21.2969。4、4mol/L H 3 3 PO 4 4 催化蔗糖水解数据记录与处理：

（1）蔗糖溶液完全水解旋光度 a ∞ =-1.0365（2）4mol/L H 3 PO 4 催化蔗糖水解数据记录：

表四

温度：室温

磷酸浓度：4mol/L 反应时间/min α t

α t-α ∞

ln(α t-α ∞)3 3.181 4.2175 1.439243 6 3.139 4.1755 1.429234 9 3.086 4.1225 1.41646 12 2.985 4.0215 1.391655 15 2.882 3.9185 1.365709 18 2.768 3.8045 1.336185 21 2.664 3.7005 1.308468 24 2.566 3.6025 1.281628 27 2.466 3.5025 1.253477 30 2.367 3.4035 1.224804 33 2.211 3.2475 1.177885

2.11 3.1465 1.146291 39 2.007 3.0435 1.113008 42 1.907 2.9435 1.079599 45 1.806 2.8425 1.044684 48 1.702 2.7385 1.00741 51 1.551 2.5875 0.950692 54 1.452 2.4885 0.91168 57 1.353 2.3895 0.871084 60 1.254 2.2905 0.82877 63 1.151 2.1875 0.782759 66 1.051 2.0875 0.735967 69 1 2.0365 0.711233 71 0.9 1.9365 0.660882 74 0.801 1.8375 0.608406 77 0.754 1.7905 0.582495 80 0.654 1.6905 0.525024 83 0.605 1.6415 0.49561 86 0.503 1.5395 0.431458 89 0.455 1.4915 0.399782（3）ln(α t-α ∞)对 t 作图如图 4：

图 4

4mol/L H 3 PO 4 催化蔗糖水解

由图 4 得 ln(a t-a ∞）对 t 所做图的直线为 ln(α t-α ∞)=1.56649-0.0126t

R2 =0.988，可见直线的斜率为-0.0126，则反应的速率常数为 0.0126，半衰期t 1/2 =0.693/k=55。5..不同浓度盐酸 下的比催化活性：

对于液相催化反应，通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。比催化活性表明，催化剂的催化作用取决于其本性，而与用量无关。

表五不同盐酸浓度的比催化活性

反应速率常数 比催化活性 2mol/L HCl 0.02931 0.014655 4mol/L HCl 0.05759 0.0143975 反应的速率常数是和[H+ ]的浓度呈线性相关。根据 lgk=lgk“-pH 这一公式，k”其实和比催化活性是相同的，该公式应该对同一种酸的不同浓度使用，或者对特殊酸催化体系（只与 H+ 有关，与其他离子存在无关）适用。

表六 Lgk 和 pH 的数值

pH lgk 2mol/L HCl-0.30103-1.53298 4mol/L HCl-0.60206-1.23965

图 5

以 lgk 对 pH 作图

由图 5 所得的不同浓度盐酸的比催化活性得：lgk=-1.82631-0.97442pH。

6.布朗斯特德定律的应用：

根据布朗斯特德定律：lgk =lgG a +algK a，由硫酸和磷酸的速率常数和解离平衡常数，计算出 G a、a。查阅硫酸和醋酸的解离常数，其中磷酸只考虑一级电离。

H 2 SO 4 的一级解离常数：1.0×103

H 3 PO 4 的一级解离常数：7.52×10-3

所得数据如下表：

表七

硫酸、磷酸相关数据

K a

lgK a

k lgk 硫酸 1000 3 0.03254-1.48758 磷酸 0.00752-2.12378 0.0126-1.89963

按照公式 lgk =lgG a +algK a 作图，如下图 6：

图 6

蔗糖在硫酸、磷酸水解过程中，布朗斯特德关系图 由图 6 可知 lgk =-1.72884+0.08042lgK a，则 G a =--1.72884，α=0.08042。

7、不同酸根离子的比催化活性 ：

计算硫酸的比催化活性与盐酸比较，如下表：

表八不同酸根离子比催化活性的比较

反应速率常数

比催化活性 2mol/L HCl 0.02931 0.014655 4mol/L HCl 0.05759 0.0143975 2mol/L H 2 SO 4

0.03254 0.0162708、不同强度酸的蔗糖水解速率常数：

表九不同强度酸的蔗糖水解速率常数 酸 4mol/L HCl

2mol/L H 2 SO 4

4mol/L H 3 PO 4

k 0.05759

0.03254

0.0126

六、结果与讨论1、蔗糖水解反应：

观察图 1-4，可见以 ln(a t-a ∞）对 t 作图，并不是完全的直线，而是有稍稍的弯曲，这是因为蔗糖浓度比较高，水的浓度无法远远大于蔗糖的浓度，不属于稀溶液的范畴，因此不可以看成是一级反应，因此曲线开始是稍稍弯曲的线，这会对实验结果引起一定的误差，但曲线的线性还是不错的。2、不同浓度盐酸 下的比催化活性：

催化活性是指催化剂催化物质发生反应的能力，是催化剂的重要性质之一。为了描述液相催化反应催化活性的差异，通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。

从表五可以得到 2mol/L HCl、4mol/L HCl 比催化活性分别是 0.014655 和0.0143975，可看出不同浓度盐酸的比催化活性基本上是相同的。因此，通过比较可以得知催化剂的催化作用取决于其本性，而与用量无关。

但是，酸的浓度会影响蔗糖水解的反应速率常数。加大酸的浓度可以加快反应速率，但是并不是酸的浓度越高越好，因为酸的浓度过大，蔗糖水解反应就不是一级反应了。3、布朗斯特德定律--氢离子催化蔗糖水解反应对酸的强度敏感性分析 ：

根据布朗斯特德定律：lgk =lgG a +algK a，其中 α 值为 0~1。α 越小，表明反应对催化剂的酸强度不敏感，此时任何一种酸都是优良的催化剂，反应与催化剂酸强度无关。α 接近1，表明反应对催化剂酸强度很敏感，只有强酸才能催化该反应。

本次实验中看图 6，可知 G a =--1.72884，α=0.08042。α 比较小，说明蔗糖反应对催化剂氢离子的酸度不敏感，因此，因此对于蔗糖反应来说，任何一种酸都算是优良的催化剂，反应与催化剂酸强度无关，弱酸也能催化蔗糖水解反应。4、不同酸根离子的比催化活性 ：

根据表八，比较硫酸与盐酸的比催化活性，4mol/L HCl、2mol/L H 2 SO 4 的比催化活性分别为 0.0143975 和 0.016270，这说明了在不同的酸根离子存在下，它们得比催化活性基本相同（在误差允许的范围内）。可见均相酸催化蔗糖中酸根离子不影响催化作用，只与氢离子的浓度有关。即蔗糖水解反应速率只取决于 H+ , 与溶液中其它离子的浓度无关。5、不同强度酸的蔗糖水解速率常数 ：

从表九看出，不同强度的酸因 H+ 的浓度不同, 对蔗糖水解速率影响也不一样, 酸性愈强,解离 H+ 愈多,催化能力也愈强, 所以对蔗糖水解起催化作用的是 H +。

讨论：分析产生误差的原因有哪些？

（1）温度的影响。

在实验过程中，温度会影响反应的速率常数，由于钠光灯的散热 ,放在旋光暗室中的蔗糖水解溶液的温度并不恒定 , 经过一定时间后，反应液温度开始上升，蔗糖转化反应速率加快，使得测得的速率常数会有误差，这可能是产生实验误差的主要原因。

（2）本实验是以 ln(a t-a ∞)对 t 作图，从拟合直线的斜率即可求出蔗糖水解反应的反应速率常数 k 值，拟合曲线引入误差，但是拟合曲线的相关系数均在 0.98以上，可忽略不计。

（3）以 ln(a t-a ∞）对 t 作图的曲线刚开始是稍稍弯曲的，这是因为蔗糖浓度比较高，水的浓度无法远远大于蔗糖的浓度，不属于稀溶液的范畴，因此不可以看成是一级反应，这对速率常数的测定产生误差。

（4）实验仪器的影响。本小组所使用的旋光仪不稳定，数值总是在跳动。数据不准确也会造成误差。

七、注意事项

1、本实验均在室温条件下操作。

2、因反应液为酸性，测量旋光度之前，切记将旋光管外侧的液体擦拭干净，以免腐蚀仪器。

3、在测定 a ∞ 时，通过加热使反应速度加快转化完全，但加热温度不要超过 60摄氏度。

4、将酸倒入蔗糖溶液后，要进行充分的振荡；并且在加入酸之后就进行计时；混合液要装满旋光管。

5、实验过程中的钠光灯不应开启时间太长，否则应熄灭，以延长钠光灯寿命，但下一次测量之前提前 10min 打开钠光灯，使光源稳定。

八、思考题

1、为什么可以用蒸馏水校正仪器零点？ 答：主要是因为蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零，其次是因为它无色透明，方便可得，化学性质较为稳定。另外实验中的蔗糖溶液是使用蒸馏水来配制，且看成是稀溶液处理，故可用来校正仪器零点。

2、本实验可否不进行零点校正？为什么？ 答：实验中所测的旋光度α t，可以不校正零点，因为实际上在处理数据时α t-α ∞，已将系统的零点误差消除掉。

3、为什么用 ln（α t －α ∞）对 t 作图就可得到 k？

答：因为蔗糖转化反应对蔗糖为一级反应，以 ln(α t －α ∞)对 t 作图求 k，不需要α

0 的数值。

4、蔗糖反应是真一级还是假一级反应？ 答：蔗糖反应是假一级反应。蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，反应的方程式是：

C 12 H 22 O 11

+ H 2 O —→ C 6 H 12 O 6

+ C 6 H 12 O 6，可见蔗糖水解反应是一个二级反应，但由于反应时水是大量存在的，所以尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，因此，蔗糖转化反应可作为一级反应。

5、在测量过程中，为什么旋光度逐渐减小？为什么α ∞ 为负值？ 答：蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖。蔗糖、葡萄糖为右旋，而果糖为左旋，且果糖的左旋能力比葡萄糖的强。当反应开始时，t=0，溶液只有蔗糖的右旋，旋光度为正值，随着反应的进行，蔗糖溶液浓度减少，葡萄糖和果糖浓度增大，由于果糖的左旋能力强于葡萄糖的右旋。整体来说，溶液的旋光度随着时间而减少。当反应进行完全时，蔗糖溶液浓度为零，溶液中只有葡萄糖和果糖，这时，溶液的旋光度为负值。

第三篇：燃烧热-物化实验报告

燃烧热的测定

姓名：憨家豪 学号：2012012026 班级：材23 同组人：赵晓慧 实验日期：202_年4月19日 提交报告日期：202_年4月20日

实验老师姓名：郭勋 引言

1．1 实验目的

（1）熟悉弹式量热计的原理、构造及使用方法；（2）明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系；（3）掌握温差测量的实验原理和技术；（4）学会用雷诺图解法校正温度改变值； 1．2 实验原理

在指定温度及一定压力下，1 mol物质完全燃烧时的定压反应热，称为该物质在此温度下的摩尔燃烧热，记作△cHm。通常，完全燃烧是指C→CO2（g），H2→H2O（l），S→SO2（g），而N、卤素、银等元素变为游离状态。由于在上述条件下△H＝Qp，因此△cHm也就是该物质燃烧反应的等压热效应Qp。

在实际测量中，燃烧反应在恒容条件下进行（如在弹式量热计中进行），这样直接测得的是反应的恒容热效应Qv（即燃烧反应的△cUm）。若反应系统中的气体均为理想气体，根据热力学推导，Qp和Qv的关系为

=+∆（1）

式中：T——反应温度，K；

∆ ——反应前后产物与反应物中气体的物质的量之差；

R——摩尔气体常数。

通过实验测得值，根据上式就可计算出，即燃烧热的值。

测量热效应的仪器称作量热计。量热计的种类很多。一般测量燃烧热用弹式量热计。本实验所用量热计和氧弹结构如图2-2-1和图2-2-2所示。实验过程中外水套保持恒温，内水桶与外水套之间以空气隔热。同时，还对内水桶的外表面进行了电抛光。这样，内水桶连同其中的氧弹、测温器件、搅拌器和水便近似构成一个绝热体系。

弹式量热计的基本原理是能量守恒定律。样品完全燃烧所释放的能量使得氧弹本身及周围的介质和量热计有关附件的温度升高。测量介质在燃烧前后的变化值，就可求算该样品的恒容燃烧热。=∙∆−棉线∙棉线−点火丝∙点火线（2）

式中: m——为待测物的质量，kg ；

——为待测物的摩尔质量，kg·mol ；

-1 ——仪器常数，kJ·℃

－1

；

∆——样品燃烧前后量热计温度的变化值；

棉线，镍丝——分别为棉线和点火丝的恒容燃烧热（－16736和－3243 kJ/mol）

棉线 ,镍丝——分别为棉线和点火丝的质量，kg；

先燃烧已知燃烧热的物质（如苯甲酸），标定仪器常数K，再燃烧未知物质，便可由上式计算出未知物的恒容摩尔燃烧热，再根据（1）式计算出摩尔燃烧热。实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

实验药品：萘（AR）；苯甲酸（AR）。

实验仪器:弹式量热计1套；202_ ml容量瓶1个；1000 ml容量瓶1个；水盆1个（容量大于3000 ml）；电脑及数据记录仪一套；压片机、镍丝、棉线、万用表、分析天平、剪刀、氧气瓶及减压阀公用。

测试装置示意图见上。

2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）

大气压100.6 kPa，室温18.2 ℃，相对湿度44%。

2.3 实验操作步骤、现象及方法要点

1．仪器常数的测定（1）样品准备

取8 cm镍丝和10 cm棉线各一根,分别在分析天平上准确称量。

在台秤上称量0.8 g左右的苯甲酸，在压片机上压成片状，取出药片并轻轻去掉粘附在药片上的粉末，用称好的棉线捆绑在药片上，固定好。将镍丝穿入棉线，在分析天平上准确称量。

将苯甲酸片上的镍丝固定在氧弹的两根电极上，如图2-2-3，用万用表检查是否通路。确认通路后旋紧弹盖，通入1.0 MPa氧气，然后将氧弹放入内水桶，接上点火电极。（2）仪器准备

打开量热计电源，开动搅拌，将温度传感器置于外水套中，观察温度显示。待温度稳定后，记下温度。

用水盆接取自来水（大于3000 ml），将温度传感器放入水盆中，不断搅动，通过加入凉水或热水调节水温，使温度低于外水套0.7 ℃左右。准确量取3000 ml，倒入内桶。

（3）燃烧测量

盖上桶盖，将温度传感器插入内桶，开动搅拌。待温度稳定后，打开电脑记录软件，记录体系温度随时间的变化情况（软件记录的是电压随时间的变化关系，以下不再区分）。开始阶段（打开软件到点火），相当于图2-2-4中的AB部分，；6～8分钟后，按下点火开关，半分钟内温度应迅速上升（若温度不能短时间内迅速升高，应停止实验，检查氧弹和仪器找出原因后再继续实验），进入反应阶段，相当于图2-2-4中的BC部分。直到温度上升速度明显减慢，进入末期，相当于图2-2-4中的CD部分。8～10分钟后，取出温度传感器，放入外水套中，读出外套水温，即图2-2-4中E点。

切断电源，取出氧弹，放出氧弹中的气体。打开氧弹，检查样品是否完全燃烧。若燃烧完全，将剩余镍丝取下称重（注意：称量剩余镍丝时，应去除镍丝顶端熔融的小球）。

当氧弹打开后，如发现氧弹中有较多的黑色物质，则此次实验燃烧不完全，应重新测量。燃烧不完全最主要的愿因就是氧气的量不足（氧弹漏气、充氧不足、操作失误未能冲入氧气等），此外样品量过大，药片松散部分脱落也可造成燃烧不完全。

将内桶的水倒入水盆用于下次的测量，将氧弹洗净擦干。2．未知物测量

取0.6g左右的萘，同上述操作方法。结果与讨论 3.1实验原始数据

表1 原始数据记录

实验组数 1 2(镍)/ 0.0257 0.0202

(棉线)/ 0.0099 0.0117

(总)/ 0.8139 0.6015

(剩余)/ 0.0170 0.0185

摩尔质量 曲线峰高/ 122.12 128.17

/ 125.4956 139.1136 注：组号为1的物质为苯甲酸，组号为2的物质为待测的萘，下同。

3.2实验数据处理

选择并双击物理化学实验，选择并双击燃烧热测定，输入镍丝、棉线、剩余镍丝、总质量及标准只样品和被测样品的摩尔质量，点击打开，选择并打开文件，交替移动光标1和2到点火前一段平稳的基线位置，点击线性拟合1，交替移动光标1和2到完全燃烧后温度不变的位置（水平线位置），点击线性拟合2，交替移动光标移动到外套水温曲线位置，点击线性拟合3，移动光标，将绿色光标放在拟和曲线３与升温曲线的交点上，蓝色光标放在升温曲线上的任何位置，点击计算△H；如果线性拟合交点不理想，点击刷新，移动光标重新拟合。确定后，点击提交，峰高值就会显示出来。两条曲线都处理完成后，点击计算处理，就可以得到被测样品的燃烧热值。

这样做是因为使内水桶完全绝热是很困难的，总会有内外水套之间的热交换。为了校正这部分热损失，需在升温曲线上找出与外水套温度相等的点，过此点作垂线与曲线的两条始末阶段直线的外延线相交于两点，此二点之间的距离即为校正后的△H值。苯甲酸和萘的电压（温度）—时间曲线

540510480V(mV)******t(s)

图3-2-1 苯甲酸电压（温度）—时间曲线

570540510V(mV)***06009001200t(s)

图3-2-2 萘温度（时间）—电压曲线

软件计算得到的萘的燃烧热为 △H = 5076.4824 kJ/mol。

3.3讨论分析：

1、首先是水温的调节，要使水的温度低于外水套温度约0.6 ℃左右，但水加入仪器中之后会有一定地升高，因而在调节水温的时候应该使水的温度低于外水套温度约0.8 ℃左右。我们在第一次测量时水温没有控制好，调水温时温差只取了0.5 ℃，水倒入内桶后，内外筒温差只有0.1 ℃，无法继续实验。重新配时温差扩大为约0.8 ℃，后续试验可以顺利进行。

2、点火是实验的一个关键步骤，我们两次点火都成功了。总结点火不成功的可能原因如下：（1）深入弹体内部的电极和氧弹壁接触短路；（2）连接燃烧丝的电炉断了，应用万用表检查；（3）弹内氧气不足，应取出氧弹检查。

3、弹内氧气不足还会造成燃烧不充分，燃烧后打开氧弹会发现大量黑色物质，遇到此情况需重新做。本次实验燃烧完全，说明充气操作比较规范。

4、本次实验燃烧焓误差约为1.5%，相较最大允许误差是比较小的，实验结果还是比较令人满意。分析误差产生的原因如下：

（1）反应温度（外水套温度）一直处于变化之中，无法精确测量，故计算的摩尔燃烧热的实际值与文献值略有差异；

（2）燃烧热的定义中要求燃烧前后温度不变，实验中却是需要利用内水桶水温的升高来进行曲线峰值的计算，属于非等温反应系统。在计算方法上进行了简化，认为温度近似不变；（3）尽管内水桶与外水套之间以空气隔热但系统并不能做到严格绝热，热交换是存在的，具体表现为外水套的温度点火后会升高。为了减小热交换的影响，内水桶点火前水温应调节成比外水套温度低0.7 ℃左右（这样测量过程中的吸热量会近似等于放热量）。但是由于在内同水倒入的过程中温度会发生变化，故温差会减少，导致测量不准；

（4）操作不严格，例如在制作药片时应带手套，徒手操作对样品的质量测量会带来误差；（5）氧弹中除了氧气外还有一部分空气，空气中的氮气也会燃烧放热，但在本实验中并未校正。结论

通过这个实验，熟悉了弹式量热计的原理、构造及使用方法；明确恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。同时，掌握温差测量的实验原理和技术。

实验结果：萘的燃烧热：△H = 5076.4824 kJ/mol，标准数据（1 atm，25 ℃）为△H = 5153.8 kJ/ mol，相对误差：1.5%。参考文献

1.北京大学化学院物理化学实验教学组．物理化学实验．北京：北京大学出版社，202_．44～45。

2.清华大学化学系物理化学实验编写组．物理化学实验．北京：清华大学出版社，1991．26～37。

3.复旦大学等．物理化学实验．北京：高等教育出版社，1992．43～47。附录（思考题）

1.本实验中如何考虑系统与环境？系统与环境通过哪些途径进行热交换？这些热交换对结果影响怎样？如何校正？

答：内水桶以内为系统，具体包括氧弹、测温器件、搅拌器和水，近似为绝热系统。内水桶以外的外水桶和水为环境。

系统和环境主要通过内外水桶之间的空气对流进行热交换。这些热交换使得环境吸收系统的热量，系统升温变慢，可能引起实验结果偏低。可以通过雷诺法校正。

2.使用氧气时应注意哪些问题？ 答：（1）尽可能远离热源；

（2）在使用室特别注意在手上，工具上，钢瓶和周围不能占有油脂。扳子上的油可用酒精洗去，待干后再使用，以防爆炸和燃烧；

（3）氧气瓶应与应氧气表一齐使用，不能随便用在其他钢瓶上；

（4）开阀门及调压时，人不要站在钢瓶出气口，头不要在瓶头之上，而应在侧面；（5）开气瓶总阀之前，必须检查氧气表调节阀门是否处于关闭。不要在调节阀开放状态，突然打开气瓶总阀。

3.搅拌过快或过慢有何影响？

答：搅拌过快会生成一部分另外的非反应生成的热，使得结果偏高。过慢又不利于反应热扩散，体系内温度不均。

4.氧弹中含有氮气，燃烧后生成HNO3。对结果有何影响？如何校正？

答：在氧弹内，N2和O2化合生成硝酸，并溶进水中，这些作用都会引起体系温度的升高。为了精确测量，应当在装氧弹时加1 ml的蒸馏水与其中，燃烧后将弹体用蒸馏水清洗，用0.1 mol/dm的NaOH滴定之。每毫升的NaOH滴定液相当于1.43卡（放热）。其数值加在仪器的水当量中。

5.如果反应完后，剩余镍丝丢失，可不可以忽略，为什么？

答：基本可以忽略，镍丝质量不到0.01 g，燃烧时放出热量不到1 J，比样品燃烧所放的热小20倍以上，按照数据处理要求可以忽略。

第四篇：物化实验报告：燃烧热测定_苯甲酸_萘

华南师范大学实验报告 课程名称 物理化学实验 实验项目 燃烧热的测定 _________

【实验目的】

① 明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别。

② 掌握量热技术的基本原理，学会测定奈的燃烧热。

③ 了解氧弹卡计主要部件的作用，掌握氧弹量热计的实验技术。

④ 学会雷诺图解法校正温度改变值。

【实验原理】

燃烧热是指 1 摩尔物质完全燃烧时所放出的热量。在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热（O v）, 恒容燃烧热这个过程的内能变化（△ U）

。在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热（Q p）,恒压燃烧热 等于这个过程的热焓变化（△ H）。若把参加反应的气体和反应生成的气体作为理想气体处理，则有下列关 系式：

-c H m = Q p = Q + A n RT（1）

本实验采用氧弹式量热计测量蔗糖的燃烧热。测量的基本原理是将一定量待测物质样品在氧弹 中完全燃烧，燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。

氧弹是一个特制的不锈钢容器（如图）为了保证化妆品在若完全燃烧，氧弹中应充以高压氧气（或者 其他氧化剂），还必须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给量热计本身和其中盛放的水，而几乎不与周 围环境发生热交换。

但是，热量的散失仍然无法完全避免，这可以是同于环境向量热计辐射进热量而使其温度升高，也可以是由于量热计向环境辐射出热量而使量热计的温度降低。因此燃烧前后温度的变化值不能直接准确 测量，而必须经过作图法进行校正。

放出热（样品 + 点火丝）

=吸收热（水、氧弹、量热计、温度计）

量热原理一能量守恒定律 在盛有定水的容器中，样品物质的量为 n 摩尔，放入密闭氧弹充氧，使样品完全燃烧，放出的热量传 给水及仪器各部件，引起温度上升。设系统（包括内水桶，氧弹本身、测温器件、搅拌器和水）的总热容 为 C（通常称为仪器的水当量，即量热计及水每升高 1K 所需吸收的热量），假设系统与环境之间没有热交 换，燃烧前、后的温度分别为 T 1、T 2 ,则此样品的恒容摩尔燃烧热为 ：

（2）

1）

;n 为样品的摩尔数（mol）

;C 为仪器的总热容 J ・ K-1

图 1 氧弹量热计构造示意图图 2 氧弹构造示意图 1、氧弹—厚壁圆筒； 2 —弹盖 2、内水桶（量热容器）—螺帽； 4 —进气孔 3、电极 4、温度计 5 —排气孔； 6 —电极 5、搅拌器 6、恒温外套 8 —电极（也是进气管）

但是，由于（1）:氧弹量热计不可能完全绝热，热漏在所难免。

因此，燃烧前后温度的变化不能直接 用测到的燃烧前后的温度差来计算，必须经过合理的雷诺校正才能得到准确的温差变化。

（2）多数物质不 能自燃，如本实验所用萘，必须借助电流引燃点火丝，再引起萘的燃烧，因此，等式（2）左边必须把点 火丝燃烧所放热量考虑进去就如等式（3）:-nQ v,m-m 点火丝Q点火丝 HC

（3 3）

式中：

m 点火丝为点火丝的质量，Q 点火丝为点火丝的燃烧热，为-6694.4 J / g，„汀为校正后的温度 升高值。

仪器热容的求法是用已知燃烧焓的物质（如本实验用苯甲酸），放在量热计中燃烧，测其始、末温度，经雷诺校正后，按上式即可求出 Co 雷诺校正：消除体系与环境间存在热交换造成的对体系温度变化的影响。

方法：将燃烧前后历次观察的贝氏温度计读数对时间作图，联成 FHDG 线如图 2-1-2。图中 H 相当于 开始燃烧之点，D 点为观察到最高温度读数点，将 H 所对应的温度 T 1 , D 所对应的温度 T 2 ,计算其平均温 度，过 T 点作横坐标的平行线，交 FHDG 线于一点，过该点作横坐标的垂线 a, 然后将 FH 线和 GD 线外延交 a 线于 A、C 两点 ,A 点与 C 点所表示的温度差即为欲求温度的升高 厶 T o 图中 AA 表示由环境辐射进来的热 量和搅拌引进的能量而造成卡计温度的升高，必须扣除之。

CC 表示卡计向环境辐射出热量和搅拌而造成 卡计温度的降低，因此，需要加上，由此可见，AC 两点的温度差是客观地表示了由于样品燃烧使卡计温度 升高的数值 有时卡计的绝热情况良好，热漏小，而搅拌器功率大，不断稍微引进热量，使得燃烧后的最高点不出 现，如图 2-1-3，这种情况下„汀仍可以按同法校正之。

【实验仪器与药品】

仪器：

外槽恒温式氧弹卡计（一个）

；氧气钢瓶（一瓶）

；压片机（2 台）

;数字式贝克曼温度计（一台）

;0 〜 100 C 温度计（一支）

；万用电表（一个）；扳手（一把）

;药品：

萘（A.R）；苯甲酸（A.R 或燃烧热专用）；铁丝（10cm 长）； 【实验步骤】

一、量热计常数 K 的测定。、苯甲酸约 1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量 W1 和 W2。、苯甲酸约 1.0g，压片，中部系一已知质量棉线，称取洁净坩埚放置样片前后质量 W1 和 W2。、把盛有苯甲酸片的坩埚放于氧弹内的坩埚架上，连接好点火丝和助燃棉线。、盖好氧弹，与减压阀相连，充气到弹内压力为 1.2MPa 为止。、把氧弹放入量热容器中，加入 3000ml 水。、插入数显贝克曼温度计的温度探头。

&接好电路，计时开关指向 “1 分”，点火开关到向“振动”，开启电源。约 10min 后，若温度变化 均匀，开始读取温度。读数前 5s 振动器自动振动，两次振动间隔 1min ,每次振动结束读数。、在第 10min 读数后按下“点火”开关，同时将计时开关倒向“半分”，点火指示灯亮。加大点火 电流使点火指示灯熄灭，样品燃烧。灯灭时读取温度。、温度变化率降为 0.05 ° C-min-1 后，改为 1min 计时，在记录温度读数至少 10min ,关闭电源。

先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。、称量剩余点火丝质量。清洗氧弹内部及坩埚。

二、萘的恒容燃烧热的测定 1、取萘 0.6g 压片，重复上述步骤进行实验，记录燃烧过程中温度随时间变化的数据。

【注意事项】

① 为避免腐蚀，必须清洗氧弹

② 点火成败是实验关键。应仔细安装点火丝和坩埚。点火丝不应与弹体内壁接触，坩埚支持架不应与 另一电极接触。

③ 每次实验前均应称量坩埚。

【文献值】

恒压燃烧热 kcal/mol kJ/mol J/g 测定条件 苯甲酸-771.24-3226.9-26410 p?,2 5 C 萘-1231.8-5153.8-40205 p?,25 C C p , m(H 2 OI)= 75.291 J/mol?K

C p , m(CO 2 g)= 37.11 J/mol?K C p，m(O 2 g)= 29.36 J/mol?K C p , m(苯甲酸 s)= 146.8 J/mol 水 C p , m

(萘 s)= 165.7 J/mol?K 【实验数据与处理】

［实验原始数据 ］ 第一组测定的数据：苯甲酸① 点火丝：

0.0121g 苯甲酸 + 点火丝（精测）：

1.5072g 点火后剩余：

0.0040g 苯甲酸净含量：

1.4951g 点火丝消耗质量：

8.1 X 10-3

g

时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C)时间 /t（15s 每次）

温度 /T(C)时间 /t（15s 每次）

温度 /T(C)1 7.871 8 10.092 26 10.550 2 7.874 9 10.161 27 10.557 3 7.875 10 10.220 28 10.564 4 7.877 11 10.268 29 10.570 5 7.880 12 10.306 30 10.574 6 7.882 13 10.340 31 10.579 7 7.885 14 10.368 时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C)8 7.886 15 10.394 1 10.583 9 7.890 16 10.418 2 10.600 10 7.891 17 10.439 3 10.608 时间 /t（15s 每次）

温度 /T(C)18 10.456 4 10.611 1 8.364 19 10.472 5 10.614 2 8.672 20 10.486 6 10.613 3 9.074 21 10.501 7 10.612 4 9.377 22 10.513 8 10.610 5 9.638 23 10.523 9 10.608 6 9.834 24 10.532 10 10.606 7 9.983 25 10.542

第二组测定的数据：苯甲酸② 点火丝：

0.0120g 苯甲酸 + 点火丝（精测）：

1.2750g 点火后剩余：

0.0088g 苯甲酸净含量：/ 点火丝消耗质量：

.2630g 3.2 X 10-3 g

时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C)时间 /t（30s 每次 温度 /T(C)时间 /t（30s 每次）

温度 /T(C)1 8.128 8 10.071 26 10.421 2 8.136 9 10.115 27 10.428 3 8.143 10 10.154 28 10.433 4 8.149 11 10.191 29 10.437 5 8.154 12 10.214 30 10.450 6 8.156 13 10.248 时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C 7 8.169 14 10.274 1 10.461 8 8.164 15 10.292 2 10.467 9 8.167 16 10.311 3 10.472 10 8.170 17 10.328 4 10.474 时间 /t（15s 每次）

温度 /T(C)18 10.341 5 10.474 1 8.540 19 10.357 6 10.475 2 8.925 20 10.368 7 10.474 3 9.327 21 10.379 8 10.472 4 9.577 22 10.390 9 10.471 5 9.789 23 10.398 10 10.470 6 9.915 24 10.406

10.007 25 10.415

第三组测定的数据：萘① 点火丝：

0.0140g 萘 + 点火丝（精测）：

1.0051g 点火后剩余：

0.0061g 萘净含量：

0.9911g 点火丝消耗质量：

7.9 X 10-3

g

时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C)时间 /t（30s 每次 温度 /T(C)时间 /t（30s 每次）

温度 /T(C)1 8.100 8 10.358 26 10.840 2 8.105 9 10.435 27 10.846 3 8.109 10 10.494 28 10.850 4 8.113 11 10.541 29 10.854 5 8.115 12 10.580 时间 /t（60s 每次）

温度 /T(C 6 8.119 13 10.615 1 10.865 7 8.121 14 10.643 2 10.872 8 8.124 15 10.669 3 10.877 9 8.127 16 10.691 4 10.878

8.130 17 10.713 5 10.878 时间 /t(15s 每次)温度 /T(C)18 10.747 6 10.879 1 8.435 19 10.762 7 10.877 2 8.845 20 10.774 8 10.875 3 9.236 21 10.787

9.571 22 10.790

9.968 23 10.807

10.119 24 10.823

10.259 25 10.829

［ 实验数据的处理 ］ ① 雷诺校正作图 ② 计算卡计的热容 C,并求出两次实验所得水当量的平均值。

苯甲酸的燃烧反应方程式为：

C 7 H 6 O 2(s)+^O 2(g 戸 7CO 2(g)+3H 2 O(l), A c H^-3226.0kJ moL 根据基尔霍夫定律: 15--△ C p, m = 7 X C p, m(CO,g)+ 3 X C p, m(H 2 O,l)— G, m(苯甲酸 ,s)—

---

C p, m(Q,g)2 = 154.6805 J/mol ?K „„„当室温为 26.0 C 时苯甲酸的燃烧焓为：

△ cHn(26.0 《)=△ c H.(25.0 C)+ △ C p X^ T =-3226.9 + 154.6805 X(26.0-25.0)X 10-3

=-3225.84 kJ/mol 则：苯甲酸的恒容摩尔燃烧热为：

Q V

= △ c U m =A c Hi — RT 刀 B V B ©)=-3225.84 — 8.314 X 299.15 X(7 — 7.5)X 10-3

=-3224.6 kJ/mol 又: nQ =-C △ T-Q V 点火线 „ m 点火线 „(I)苯甲酸①燃烧的数据处理：

Q 点火丝 • m 点火丝 =-6694.4 X 10-3

X 3.7 X 10-3

=-0.02477 kJ

C =(15.517 + 15.866)+ 2 = 15.692 kJ/ C ③ 计算萘的恒容摩尔燃烧热 Q V，m C=-nQv，m-Q 丝 5 丝 = AT

0 4354(-3224.6)-(-0.006025)122.12

= 15.866 kJ/ C 31.373-30.648(n)苯甲酸②燃烧的数据处理: Q 点火丝 „ m 点火丝 =-6694.4 X 10-3

X 9 X 10-4

=-6.025 X 10-3

kJ(川)两次实验所得水当量的平均值为:

根据公式：

nQ =-C

△ T-Q V 点火线 „ m 点火线 则：(I)萘①燃烧的数据处理：

_3 _3 Q 点火丝 • m 点火丝 =-6694.4 X 10 _ 3

X 5.4 X 10 _ 3

=-0.03615 kJ Q V , m =(-C △ T-Q V 点火线 „ m 点火线)/n-15.692 29.695-28.47-0.03615 一 c … _ = =— 5217.9 kJ/mol 0.4731 128.18(n)萘②燃烧的数据处理：

Q 点火丝 • m 点火丝 =-6694.4 X 10-3

X 1.7 X 10-3

=-0.01138 kJ Q V , m =(-C △ T-Q

V 点火线 „ m点火线)/n-15.692 28.867-27.627-0.01138 = =— 5178 kJ/mol 0.4819 128.18(川)萘的恒容摩尔燃烧热平均值为 Q v , m

=(— 5217.9 — 5178)+ 2 = — 5197.5 kJ/mol ④ 求萘的恒压摩尔燃烧热 Q , m(即△ c Hn)萘燃烧的化学方程式为：

C 10 H 8 s 12O 2 g > 10CO 2 g 4H 2 O l "、B(g)=— 2，B 根据基尔霍夫定律：

• C p , m = 10 X C p，m(CO 2 ,g)+ 4 X C p，m(H 2 O,l)— C p，m(奈 ,s)— 12C p > m(O 2 ,g)= 154.304 J/mol?K „ 26.0 C 时奈的燃烧焓为：

△ c H m(26.0 《)=△ c U k + RT 刀 BW(g)=— 5206.63 + 8.314 X 299.15 X(— 2)X 10-3

=— 5211.604 kJ/mol ⑤ 由基尔霍夫定律将△ cHn(T)换成△ cf(298.15K)，并与文献比较 △ c H m(25.0 《)=△ c Hn(26.0 《)+△ GXA T =— 5211.604 + 154.304 X(25.0 — 26.0)X 10-3

=— 5211.758 kJ/mol 相对误差：二 十 5 211.75 8

-(®53 8)|

go%” ％ 5153.8 【实验结果与讨论】

实验求得萘的燃烧热 Q, 实 与文献值 Q, 标二』 153.85 kJ mol 」的误差为 1.12%（小于 3%。可见本实验温 度对萘的燃烧焓值

影响很小，实验结果较为准确。产生误差的原因除了仪器误差之外，主要还有以下几个 方面：

① 使用雷诺图解法时，要做切线，切线分别表示正常温度上升和量热系统温度降低，切线拟合的结果 对△ T 的影响很大，此次实验结果很大程度上取决于这一步数据处理。

② 在实验进行过程中，夹套水温也不可能恒定，这会对 △ T 的求算造成影响。但是夹套中水很多，且 为了调零水温只比夹套水温 1K 左右，所以此误差可以忽略，这也是步骤中调整水温的原因。

③ 萘为易挥发性物质，压片称量后应该迅速放入氧弹中，以免因挥发而损失过多的质量，给实验带来 误差，使实验结果偏大。

④ 氧弹内可能存在少量空气，空气中 N 2 的氧化会产生热效应。

⑤ 若试样未完全燃烧，造成的影响很大，若有明显的黑色残渣，实验应重做。

⑥ 量取 3000mL 水使用的 2000mL 量筒的称量误差很大。

⑦ 水温改变带来的误差：由于此次实验是测量的内桶的水温，且总的波动不超过 3 C, 所以水温的改 变会对实验结果造成较大影响。

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。

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。

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。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 一一“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。

【实验评注与拓展】

（1）实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：

① 试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。

压片紧实度：一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊 等状。

② 点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。

③ 充足氧（2MPa）

并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。燃烧不完全，还时常形 成灰白相间如散棉絮状。

④ 注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生（按搅拌钮或 置 0 时）误点火，样品先已燃烧的事故。

（2）

氧弹内预滴几滴水，使氧弹为水汽饱和，燃烧后气态水易凝结为液态水。

试样在氧弹中燃烧产生的压力可达 14MPa，长期使用，可能引起弹壁的腐蚀，减少其强度。故氧弹应 定期进行 20MPa 水压检查，每年一次。

氧弹、量热容器、搅拌器等，在使用完毕后，应用干布擦去水迹，保持表面清洁干燥。恒温外套（即 外筒）内的水，应采用软水。长期不使用时应将水倒掉。

氧弹以及氧气通过的各个部件，各联接部分不允许有油污，更不允许使用润滑油，在必须润滑时，可 用少量的甘油。

（3）

仪器应置放在不受阳光直射的单独一间试验室内进行工作。

室内温度和湿度应尽可能变化小。

最适 宜的温度是 20 _5 C。每次测定时室温变化不得大于 1 C。因此。室内禁止使用各种热源，如电炉、火炉、暖气等。

(4)如用贝克曼温度计，其调节可以归纳为倒立连接、设定温度、正立震断和校验四步，注意别让水 银过多地流向弯曲贮管，导致因水银重而在正立时，玻管扩张处挂不住。也绝不允许放在电炉上烤等骤冷 骤热情况出现。在精密的测量中，应进行贝克曼温度计的校正。

改进后的本实验普遍采用热敏电阻温度计、铂电阻温度计或者

热电堆等，相应配以电桥、指示 mV 值，实际已转换为温度(数显温度计)的仪器，能 自动记录温度，精密度可达 10，~10^K。国产型号为半自动 HR — 15A(B)数显微机型或 WHR — 15 全自动 微机型氧弹式热量计。进入了全面启用电脑处理数据的新时代。

(5)苯甲酸和萘燃烧产物的热容差别因为产物量小而仪器热容的基数相对较大而可以忽略。

(6)量热方法和仪器多种多样，可参阅复旦大学物理化学实验教材。

量热法广泛用来测量各种反应热如 相变热等。本实验装置除可用作测定各种有机物质、燃料、谷物等固体、液体物质的燃烧热外，还可以研 究物质在充入其它气体时反应热效应的变化情况。

【提问与思考】

(1)什么是燃烧热？它在化学计算中有何应用？ 答：在 101 kPa 时，1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热.单 位为 kJ/mol。反应热中 AH 为负，则为放热反应；为正，则为吸热反应，燃烧热为反应热的一种，其 AH 为负值含相同碳原子数的烷烃异构体中，直链烷烃的燃烧热最大，支链越多燃烧热越小。

⑵什么是卡计和水的热当量？如何测得？ 答：卡计和水当量就是量热仪内筒水温每升高一度所吸收的热量(即量热计的热容量)。单位是：焦 耳 / 度 测法：用已知燃烧焓的物质(如本实验用的苯甲酸)，放在量热计中燃烧，测量其始、末温度，经雷 诺校正后，按下式：

—n Q v,m — m 点火丝 Q 点火丝 =C AT 即可求出。

(3)测量燃烧热两个关键要求是什么？如何保证达到这两个要求？答：

实验关键：点火成功、试样完全燃烧是实验成败关键，可以考虑以下几项技术措施：

① 试样应进行磨细、烘干、干燥器恒重等前处理，潮湿样品不易燃烧且有误差。

压片紧实度：一般硬到表面有较细密的光洁度，棱角无粗粒，使能燃烧又不至于引起爆炸性燃烧残剩黑糊 等状。

② 点火丝与电极接触电阻要尽可能小，注意电极松动和铁丝碰杯短路问题。

③ 充足氧(2MPa)并保证氧弹不漏氧，保证充分燃烧。燃烧不完全，还时常形 成灰白相间如散棉絮状。

④ 注意点火前才将二电极插上氧弹再按点火钮，否则因仪器未设互锁功能，极易发生(按搅拌钮或置 0 时)误点火，样品先已燃烧的事故。

(4)实验测量到的温度差值为何要经过雷诺作图法校正，还有哪些误差来源会影响测量的结果？ 答：实际上，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，它对温度测量值的影响可用雷诺温度校正图 校正。还可能带来误差的可能有：①实验过程中的系统误差；②可能与当天的温度和气压有关；③样品可 能受潮使称量时产生误差；④样品可能中可能含有杂质。

第五篇：202_物化题

202_复旦大学高分子化学与物理专业 考研专业课之《物理化学》模糊回忆版

一，名词解释

1.化学势的表达式，解释其物理意义。

2.相律f=K-Φ+2中各符号代表的什么，解释其含义，并解释数字2的含义。

3.光化学反应是什么？它与热化学反应有什么异同点。

4.分子间作用力。它具体包含哪些

5.写出离子强度的定义。写出表示正负离子活度系数平均值的德拜-休克尔极限式。二，计算和简答

1.（1）单组份相图中气液相平衡线（p-T图）与气固平衡线陡度为什么一般是气固线陡度大，用热力学方法解释

（2）已知pV=nRT+bp，证明

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-25510.png，2.用HMO法判断线形H3+与三角形H3+哪个更稳定，H3的呢

3.（1）给出氢原子的波函数，判断n,l,m值

（2）给出径向分布函数图像和z-x图,y-x图，z方向电子密度为零，判断n,l,m值

4.NaOH与NaCl同构性，给出晶胞常数a，求OH-的半径，除去OH-后的Na+骨架构型，沿着Na+骨架C3轴方向隔层抽去后的构型

5.双原子理想气体从某个状态由绝热横外压条件下膨胀到两倍原体积，求体系熵变

6.反应在温度XX进行30％时需要时间为XX，在温度xx进行30％需要时间xx，求活化能，求在时间xxx完成30％需要的温度

7.H2S(α)→H2S（β）已知自由能与温度的关系式，求①反应的焓变和熵变②求摩尔反应恒压热熔③在某个温度，那种形式的H2S更稳定④在某个温度达平衡需要压强多少已知两种变体的密度

8.自由基链反应速率的表示，稳态近似

9.三个非简并能级，粒子分布服从麦克斯韦分布定律，求某两个能级上的粒子数之比；求配分函数；将第一能级定位能量零点，求某温度下的内能

10.电池反应氢气与氧气反应生成水①写出电池表达式②写出电极反应③已知反应焓变和电池电动势，求做功效率；考诺机热机的低温热源温度为XX，求要达到此效率高温热源温度需要多少