《物理化學實驗》主要內容包括:緒論、實驗儀器設備使用簡介、基礎實驗、綜合實驗以及附錄五部分。本教材中的實驗涵蓋了化學熱力學、電化學、動力學、表面及膠體化學、結構化學等多個方面,目的是通過基礎性實驗教學,使學生了解和掌握物理化學實驗的原理和方法,通過綜合和設計型實驗訓練學生的動手能力和創(chuàng)新能力。本書可作為化學、化工、材料等專業(yè)的教材,亦可供從事物理化學實驗教學的教師、技術人員參考。
物理化學實驗是化學化工相關專業(yè)本科生的一門重要的必修實驗基礎課,在多所高校已經獨立設課,但尚沒有一本獨立的教材。近年來,隨著新工科背景和工程教育專業(yè)認證理念的深入,物理化學實驗在教學內容、教學方法及教學設備等方面都有了很大的發(fā)展和變化,因此需要對物理化學實驗的項目內容進行優(yōu)化設計,主要體現(xiàn)在以下幾點:(1)基礎類實驗項目較多,綜合類實驗項目偏少,本書在撰寫過程中,增設了部分綜合類實驗項目,并借鑒當前多所高校的物理化學實驗項目內容,制定了適用于化工大類的實驗課程體系和課程大綱,優(yōu)化設計了相關實驗項目。(2)部分實驗項目中涉及儀器設備款式老舊落后,設計理念不符合相關技術要求,我校實驗中心物化實驗教學組自研自制開發(fā)出凝固點測定裝置、物理化學量氣反應裝置、化學反應熱測定綜合實驗裝置等儀器,這些改進的儀器設備的應用替代了原有的老舊設備。(3)隨著大家安全環(huán)保意識的加強,實驗過程中所用部分溶劑和藥品需要更換為無毒、綠色的溶劑和藥品,實驗設計需要做相應的調整。我校實驗中心物化實驗教學組已經成功將三組分液-液體系相圖的測定實驗中氯仿和醋酸進行了替換,分配系數(shù)的測定實驗中苯和苯甲酸進行了替換等。綜上所述,為適應新形勢下教學需要,結合目前我校實驗中心物化實驗教學組近年來不斷探索的結果,擬在借鑒其他同類教材的基礎上,編寫一本符合當前人才培養(yǎng)目標的物理化學實驗教材。
本教材涵蓋熱力學實驗、電化學實驗、動力學實驗、表面及膠體化學實驗、結構化學實驗等,通過基礎實驗教學,可使學生了解和掌握化學實驗的原理和方法,綜合實驗力求訓練學生的動手能力和創(chuàng)新能力。實驗項目設置結合了石油類大學的油氣特色,例如:緩蝕劑的電化學評價實驗項目中,結合油氣田酸化過程中,需加入緩蝕劑降低酸液對金屬管線、設備的腐蝕這一目的,采用電化學方法,對緩蝕劑性能進行評價;高聚物摩爾質量的測定實驗項目中,結合在鉆井、壓裂、酸化、提高采收率等多個油氣開采過程對聚丙烯酰胺分子量的需求不同,選用烏氏黏度計法測定,這樣可以在現(xiàn)場施工過程中快速對聚丙烯酰胺進行分子量檢測,確保聚丙烯酰胺質量符合施工要求。
另外,本書編寫中參考了國內一些經典教材和教學研究成果,在此向他們深致謝忱。本書得到了西南石油大學教務處、化學化工學院、化學化工學院實驗教學示范中心的支持和幫助,在此也一并表示感謝。
本教材參加編寫的人員有:王金玉(第1章,第2章2.3、2.8,第3章實驗4、實驗11、實驗20、實驗22、實驗23、實驗24,第4章實驗25,附錄),劉瑩(第2章2.4,第3章實驗1、實驗5、實驗8、實驗13、實驗14、實驗17、實驗19,第4章實驗28)、吳洋(第2章2.1、2.7,第3章實驗6、實驗7、實驗10、實驗12、實驗18、實驗21)、王娜(第2章2.2、2.5、2.6,第3章實驗2、實驗3、實驗9、實驗15、實驗16,第4章實驗26、實驗27)。全書由王金玉統(tǒng)稿,王金玉、劉瑩完成了書稿的核校工作并任主編。在本書編寫過程中,方申文、朱元強、余宗學、柯強等對本書的編寫提出了寶貴的意見,方申文、王金玉、劉瑩、卿大詠、王娜等為有關實驗的開發(fā)和完善做了大量的工作。本書得到了四川省20182020年高等教育人才培養(yǎng)質量和教學改革項目(JG2018-421) 基于OBE理念下物理化學實驗教學模式的改革與實踐、四川省20182020年高等教育人才培養(yǎng)質量和教學改革項目(JG2018-423) 全方位優(yōu)化實驗平臺建設助力學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)、西南石油大學實驗教學方法改革研究項目(x2019sz008) 虛實結合的物理化學實驗教學模式探索以《蔗糖水解反應速率的測定》為例等項目支持。
由于我們水平和時間的限制,書中不當和疏漏之處在所難免,懇請使用本書的師生批評指正。
編者
2022年9月
王金玉,西南石油大學化學化工學院,副教授,碩士研究生導師。從事物理化學實驗教學、化學化工類實驗教學管理及油田化學方面的科研工作,以第一作者發(fā)表學術、教改論文10余篇,授權專利8項,參與獲四川省科技進步獎1項,指導大學生獲國家級、省部級獎勵10余項,參編教材2部。
第1章緒論1
1.1物理化學實驗的目的和要求1
1.2實驗數(shù)據(jù)的記錄和誤差處理2
1.2.1物理化學實驗中的誤差問題2
1.2.2物理化學實驗中數(shù)據(jù)的作圖處理方法4
1.3物理化學實驗室安全與防護7
1.3.1實驗室基本安全原則7
1.3.2實驗室安全信息7
1.3.3實驗室事故的預防與處理8
1.3.4實驗室環(huán)保10
第2章實驗儀器設備使用簡介11
2.1阿貝(Abbe)折射儀11
2.1.1工作原理和構造11
2.1.2使用方法11
2.1.3注意事項12
2.2分光光度計13
2.2.1工作原理和構造13
2.2.2使用方法13
2.2.3注意事項14
2.3SDC-Ⅱ型數(shù)字電位差綜合測試儀14
2.3.1工作原理和構造14
2.3.2使用方法15
2.3.3注意事項16
2.4酸度計16
2.4.1工作原理和構造16
2.4.2使用方法17
2.4.3注意事項18
2.5旋光儀18
2.5.1工作原理和構造18
2.5.2使用方法19
2.5.3注意事項19
2.6電導率儀19
2.6.1工作原理和構造19
2.6.2使用方法20
2.6.3注意事項21
2.7表面張力儀21
2.7.1工作原理和構造21
2.7.2使用方法21
2.7.3注意事項23
2.8PGM-Ⅱ介電常數(shù)實驗裝置23
2.8.1工作原理和構造23
2.8.2使用方法24
2.8.3注意事項24
第3章基礎實驗25
Ⅰ熱力學實驗25
實驗1燃燒熱的測定25
實驗2液體飽和蒸氣壓的測定29
實驗3氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定33
實驗4凝固點降低法測定摩爾質量36
實驗5溶解熱的測定40
實驗6雙液系氣-液平衡相圖的測定45
實驗7三組分液-液體系相圖48
實驗8偏摩爾體積的測定51
實驗9液相反應平衡常數(shù)的測定54
實驗10差熱分析圖的測定58
Ⅱ電化學實驗60
實驗11電動勢的測定及其應用60
實驗12緩蝕劑的電化學評價65
實驗13氟離子選擇電極測定氫氟酸解離常數(shù)68
實驗14離子遷移數(shù)的測定71
Ⅲ動力學實驗75
實驗15蔗糖水解反應速率常數(shù)及活化能的測定75
實驗16乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)及活化能的測定81
實驗17丙酮碘化反應動力學的測定84
Ⅳ表面及膠體化學實驗88
實驗18溶液表面張力的測定88
實驗19乙酸在活性炭上的吸附90
實驗20表面活性劑臨界膠束濃度的測定93
實驗21溶膠的制備與電泳96
實驗22高聚物摩爾質量的測定99
Ⅴ結構化學實驗104
實驗23偶極矩的測定104
實驗24磁化率的測定108
第4章綜合實驗113
實驗25苯甲酸-甲苯-水體系分配系數(shù)的測定113
實驗26 H2-O2燃料電池催化劑的研制與活性評價115
實驗27甲醇分解催化劑的研制與活性評價119
實驗28氟離子選擇電極測定飲用水中的氟含量121
附錄125
附錄1部分物理化學常用數(shù)據(jù)125
附錄2常用酸堿溶液的密度、濃度127
附錄3難溶電解質的溶度積常數(shù)127
附錄4不同溫度、不同濃度的KCl標準溶液的電導率к128
附錄5不同溫度下水的飽和蒸氣壓128
附錄618℃下水溶液中陰離子的遷移數(shù)129
附錄7常見氣體在水中的溶解度129
附錄8常見無機化合物在水中的溶解度129
附錄9常見離子和化合物的顏色131
參考文獻132