《物理化學實驗》分緒論、實驗部分、附錄三章，含34個實驗、13種儀器介紹和16類常用的數(shù)據(jù)表，編寫精煉、重點突出。實驗類型有基礎、綜合、設計與研究探索類型，基礎和綜合實驗有“注意事項”和“思考與討論”，可以提醒學生注意細節(jié)和進一步開動腦筋、開拓視野，以提高學生的創(chuàng)新能力，為設計與研究探索實驗打下基礎。
《物理化學實驗》可用作綜合性大學和高等師范院�；瘜W系、應用化學系、材料化學系、環(huán)境化學系、生物化學系、生物系、醫(yī)學院等院系學生的物理化學實驗教材，也可供其他大專院校從事物理化學實驗工作的有關人員參考。
第一章 緒論 1
一、物理化學實驗的性質(zhì)與要求 1
二、物理化學實驗室安全知識 2
三、物理化學實驗中的誤差分析 6
四、實驗數(shù)據(jù)的表示及處理 15
五、數(shù)據(jù)處理軟件在物理化學實驗中的應用 19
第二章 實驗部分 22
第一節(jié) 化學熱力學 22
實驗一 溶解熱的測定 22
實驗二 燃燒熱的測定 25
實驗三 純液體飽和蒸氣壓的測量 28
實驗四 凝固點降低法測定摩爾質(zhì)量 30
實驗五 雙液系的氣-液平衡相圖 33
實驗六 二組分固-液相圖的測繪 36
實驗七 差熱分析 39
實驗八 甲基紅的酸離解平衡常數(shù)的測定 41
第二節(jié) 電化學 44
實驗九 電導率的測定及其應用 44
實驗十 金屬鈍化曲線的測定 47
實驗十一 電勢-pH 曲線的測定 53
實驗十二 原電池電動勢的測定及其應用 55
實驗十三 極化曲線的測定 59
實驗十四 離子遷移數(shù)的測定 64
第三節(jié) 化學動力學 68
實驗十五 電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù) 68
實驗十六 量氣法測定一級反應速率常數(shù) 71
實驗十七 旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù) 75
實驗十八 丙酮碘化反應的速率方程 79
實驗十九 甲酸氧化反應動力學的測定 82
實驗二十 B-Z化學振蕩反應 85
第四節(jié) 表面與膠體化學 89
實驗二十一 液體黏度的測定 89
實驗二十二 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力 92
實驗二十三 膠體的制備與電泳 96
實驗二十四 溶液吸附法測定固體比表面積 98
實驗二十五 接觸角的測定 100
實驗二十六 電導法測定表面活性劑臨界膠束濃度 104
實驗二十七 黏度法測定高聚物的相對分子質(zhì)量 107
第五節(jié) 結構化學 110
實驗二十八 配合物磁化率的測定 110
實驗二十九 偶極矩的測定 113
實驗三十 黏度法測定聚乙烯醇的相對分子質(zhì)量及其分子構型的確定 117
第六節(jié) 設計與研究探索性實驗 121
實驗三十一 硫酸銅水合反應熱的測定 122
實驗三十二 振蕩反應熱譜曲線的測定 123
實驗三十三 表面活性劑的臨界膠束濃度測定及其影響因素分析 123
實驗三十四 鎳在硫酸溶液中的鈍化行為 124
第三章 附錄 127
第一節(jié) 儀器簡介 127
一、恒溫水浴與超級恒溫水浴 127
二、Beckmann溫度計 129
三、氣壓計 131
四、黏度計 133
五、液體比重天平 136
六、電導率儀 137
七、阿貝折射儀 141
八、pH 計 145
九、電泳儀 149
十、752型紫外-可見分光光度計 150
十一、WZZ-1自動指示旋光儀 151
十二、HDY恒電位儀 154
十三、古埃磁天平 158
第二節(jié) 實驗數(shù)據(jù)表 162
一、乙醇在不同溫度時的密度 162
二、乙醇在水中的表面張力 162
三、乙醇水溶液密度及百分組成 163
四、25℃時CH3COOH 水溶液的λ、K 數(shù)據(jù) 163
五、不同溫度下水的密度、表面張力、黏度、蒸氣壓 163
六、30℃下環(huán)己烷-乙醇二元系組成(以環(huán)己烷摩爾分數(shù)表示)-折射率對應表 164
七、幾種溶劑的冰點下降常數(shù) 166
八、金屬混合物的熔點 166
九、無機化合物的標準溶解熱 167
十、不同濃度、不同溫度下KCl溶液的電導率 167
十一、高分子化合物特性黏度與相對分子質(zhì)量關系式中的參數(shù) 168
十二、無限稀釋離子的摩爾電導率和溫度系數(shù) 168
十三、幾種化合物的磁化率 169
十四、液體的分子介電常數(shù)ε、偶極矩μ 170
十五、溶液中的標準電極電勢φ 171
十六、部分表面活性劑水溶液的臨界膠束濃度(CMC) 172
參考文獻 173
實驗十五 電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)
實驗目的
1、了解電導法測定化學反應速度常數(shù)的方法。
2、理解二級反應的特點，學會用圖解法求二級反應的速率常數(shù)及其活化能。
3、熟悉電導率儀的使用。
二、實驗原理
乙酸乙酯皂化反應為二級反應，其反應式如下，設在時間t時生成物的濃度為x，乙酸乙酯和氫氧化鈉的起始濃度分別為a，b則反應物與生成物的濃度與時間的關系為：
CH3OOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
t=0 c c 0 0
t=t c-x c-x x x
t→∞ →0 → 0 →c →c
則該反應的動力學方程式為
dx/dt=k(a-x)(b-x)
式中k為反應速率常數(shù)。反應速度與兩個反應物濃度都是一次方的關系，稱為二級反應。為了便于計算，設乙酸乙酯與氫氧化鈉的反應起始濃度相等，a=b，則上式變?yōu)椋?nbsp;
(15-1)
積分式(15-1)，且t=0時，x=0得：
(15-2)
或 (15-3)
由式(15-2)、(15-3)可知，以 (或 )對t作圖，均得一直線。同樣，亦可將測得不同t時的x值代入上式，得k為常數(shù)。據(jù)此則能證明反應為二級。通常用的是作圖法，并由直線的斜率計算反應速度常數(shù)k。如時間單位為分，濃度單位為摩爾/升，則k的單位為升/摩爾·分。
不同時間下生成物的濃度可用化學分析法（如分析反應液中OH-的濃度），也可用物理法測定（如測量電導），本實驗用電導法測定。此方法的根據(jù)是：
（1）反應物與生成物的電導率相差很大，在反應進行過程中，電導率大的OH-逐漸被電導率小的CH3COO-所取代，溶液電導率有顯著降低。
（2）在稀溶液中，可以近似認為每種強電解質(zhì)的電導率與其濃度成正比，并且溶液的電導率就等于溶液中各電解質(zhì)離子電導率之和。
乙酸乙酯和乙醇的導電性極小，反應時，它們濃度的改變認為不影響溶液的電導值，溶液的導電能力取決于溶液中能導電的Na+、OH-和 CH3COO- 的離子。25℃時無限稀釋水溶液中離子的摩爾電導分別為：
Na+：0.005011 s·m2·mol-1
OH-：0.01980 s·m2·mol-1
CH3COO-：0.00409 s·m2·mol-1
可見，OH-的摩爾電導約為CH3COO- 的五倍，隨著反應的進行，OH-不斷地被導電能力遠比它小的CH3COO-所代替(Na+濃度則不變)，從而使溶液的電導率逐漸降低，后趨于定值。由此可見，溶液電導率變化是和CH3COONa的濃度成正比。即：
t=t時 x=f (κ0-κt)
t→∞時 x→a a=f (κ0-κ∞)
兩式相比，得：
x/a=(κ_0-κ_t)/(κ_0-κ_∞ )
式中：κ0 ——反應起始(t=0)時溶液的電導率；
κ∞ ——反應終了(t=∞)時溶液的電導率；
κt ——反應到t時溶液的電導率。
將上式代入(15-3)，得：
k=1/ta?(κ_0-κ_t)/(κ_t-κ_∞ ) (15-4)
整理上式得：
κ_t=1/(a?k) (κ_0-κ_t)/t+κ_∞ (15-5)
這是處理結果的基本式。以κt為縱坐標，(κ_0-κ_t)/t為橫坐標繪圖可得一直線，直線的斜率=1/(a?k)，截距=κ∞,故
k=1/(a×斜率) (15-6)
實驗測出κ0及κt后用圖解法便可求得反應速度常數(shù)k值。當濃度變化范圍不大時，反應速度常數(shù)與溫度的關系式如下：
ln k_2/k_1 =-E/R(1/T_2 -1/T_1 ) (15-7)
式中k1、k2分別為T1、T2時的反應速度常數(shù)；E為反應的活化能。當測定了兩個不同溫度時的k值后便可由式(15-7)計算出E。
由于反應速度常數(shù)k、溶液的電導都與溫度有關，因此反應必須在恒溫的條件下進行。如上所述，本實驗的數(shù)據(jù)處理基本式(15-4)的推導前提是：實驗中必須保證乙酸乙酯和氫氧化鈉的起始濃度相同。為此，實驗中根據(jù)50ml 0.0100 mol·L-1的NaOH溶液量計算所需的CH3COOC2H5的毫升數(shù)為0.0491 ml。(20℃時，CH3COOC2H5的密度為0.9002 g·mL-1，分子量為88.11)將如此小量的試劑注入50ml的NaOH溶液中，可認為溶液體積基本不變，保證了二者的起始濃度基本相同。
三、儀器和藥品
恒溫水浴一臺；電導率儀(帶鉑黑電極一支)一臺；秒表一塊；干燥大試管三支；燒杯二只；50mL移液管一支；100μl微量注射器一支。
0.0100 mol·L-1 NaOH溶液；0.0100 mol·L-1 CH3COONa溶液；純乙酸乙酯(AR)；工業(yè)濾紙。
四、實驗步驟
1、調(diào)節(jié)恒溫水浴使溫度為25.0±0.2℃。
2、預熱電導率儀并按操作規(guī)定進行調(diào)節(jié)(見附錄一儀器簡介6)。
3、用移液管準確移取50mL 0.0100 mol·L-1 NaOH溶液于潔凈干燥的大試管中，并固定放置在恒溫水浴中恒溫，之后將上一步驟所用之電極取出，用濾紙輕輕吸干電極表面的溶液。(注意不要用濾紙擦拭電極，以免破壞電極上的鉑黑層。)將電極插入試管并與電導率儀連接好，待恒溫5分鐘后測其電導率κ0。用微量注射器準確吸取49μL乙酸乙酯(注意吸入前要排凈注射器中的空氣)迅速注入試管的溶液中，同時立即開動秒表記錄時間t，并將試管內(nèi)溶液搖勻，使其瞬間混合。(注意記時及時，混合均勻。)每隔2分鐘測定一次κt，反應進行20分鐘即可停止測定。將試管取出。每次測量前，應對儀器進行校正。
4、調(diào)節(jié)恒溫水浴至35.0±0.2℃，重復上述步驟測35.0℃時的κ0和κt。
5、將試管全部洗凈，電極用蒸餾水沖洗干凈，置蒸餾水中存放。
五、數(shù)據(jù)記錄和處理
1、反應溫度： 25.0℃ , 35.0℃
反應物起始濃度a： 電極常數(shù)： cm-1
μ0： 25.0℃ ; 35.0℃
t/min κt /ms·cm-1 κ0 -κt /ms·cm-1 (κ_0-κ_t)/t / ms·cm-1· min-1
25℃ 35℃ 25℃ 35℃ 25℃ 35℃
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2、以κt為縱坐標，(κ_0-κ_t)/t為橫坐標作圖，求出直線斜率，代入式(15-6)求k。
3、利用式(15-7)求E。
六、注意事項
1、了解電導率儀的使用方法。(校正、電極常數(shù)調(diào)節(jié)、測量讀數(shù)的確定)
2、本實驗要求當反應液在一開始混合就立刻記時。
3、乙酸乙酯皂化反應系吸熱反應，混合后系統(tǒng)溫度降低，所以在混合后的起始幾分鐘內(nèi)所測得電導率偏低，因此在2~4min的數(shù)據(jù)僅供參考。
4、不同溫度下的數(shù)據(jù)作圖可共用坐標系。
七、思考與討論
1、本實驗為何可用測定反應液的電導率變化來代替濃度變化?為什么要求反應的溶液濃度相當?shù)?
2、二級反應有何特征?怎樣由實驗驗證?
3、實驗中如何保證乙酸乙酯和氫氧化鈉的起始濃度相同?為什么要保證起始濃度相同?如果反應物起始濃度不相等，對本實驗結果有無影響?
4、為什么實驗要在恒溫的條件下進行?
5、本實驗處理結果的基本式是什么?基本式的推導前提是什么?需要測哪些物理量?
6、由式（15-4）可轉(zhuǎn)化為：1/(κ_t-κ_∞ )=(k?a)/(κ_0-κ_∞ ) t+1/(κ_0-κ_∞ )，如何求k值？需要測哪些數(shù)據(jù)?
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