物理化学实验指导书
物理化学实验指导书
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实验项目名称电动势法测热力学函数
一、实验预习
1、简单画出甘汞电极和Ag-AgCl电极的简图，并标明主要部分的名称。
2、写出甘汞电极和Ag-AgCl电极组成的原电池的表达式，并通过查表说明在标准状态下，哪个电极为正，哪个电极为负。
3、电极的电位是如何测得的？
二、实验数据与处理
2、计算△r G m (298K)、△r S m (298K)、△r H m (298K)
三、思考题
1、实验过程中，如果恒温时间不足，对实验结果有何影响？
2、为什么实验中要使用对消法来测定电池电动势？
四、实验小结
实验项目名称有机二元相图的绘制
一、实验预习
1、简述塔曼三角形方法的原理。
2、简述二组分体系相图有哪几种典型的类型。
3、画出处于共晶配比的二元凝聚体系的步冷曲线，并简单解释。
二、实验数据与处理
2、绘制相图
T o C
三、思考题
1、如果样品在加热或者冷却过程中发生了氧化对实验结果会产生影响吗？为什么？
2、在冷却时，冷却的速度对实验结果会有什么样的影响？
3、通过观察，简单说说分别位于共晶组分两边的样品在冷却时在现象上有什么不同？
四、实验小结
实验一 电动势法测热力学函数
一、实验目的
1、通过实验，学会利用电位差计测定电动势的方法；
2、巩固由电动势求化学反应热力学常数△G 、△S 、△H 的方法。
二、实验内容
1、学习使用电位差计的操作方法；
2、测定化学反应221
()()2
Ag Hg cl s Agcl s Hg
++ 的电动势； 3、利用实验数据计算反应△r G m (298K)、△r S m (298K)、△r H m (298K)。
三、实验仪器、设备及材料
UJ-33a 便携式电位差计一台 恒温装置一套 甘汞电极 Ag-AgCl 电极 400ml 烧杯一个 0.1mol ·L -1
KCl
四、实验原理
电池是由两个半电池组成的。单独一个电极的电位是无法测得或计算出来的。只有将一个电极与另外一个电极组成电池，令其中的一个电极为标准，通常是用标准氢电极，以测得其相对电位。
如果两个电极都采用还原电位时，电池电动势E 为：
负正ψ-ψ=E
通常的电池反应都是在室温常压下进行，对于可逆电池有：
nEF Gm =?- （1）
其中：△Gm ：为摩尔自由能变化（J ·mol -1
） n:电池反应的电荷数 E ：电池电动势（V ）
F ：法拉第常数，其值为96464.56C ·mol -1 计算中常用96500（C ·mol -1
）
由热力学第一定律可知：
(
)()p p G E S nF T T G H T S
???=-=???=?-? （2）
而：()P E
H G T S G nFT T ??=?+?=?+? （3）
从上几式可以看出，只要通过在定压下测出电池的E 以及E 与T 的关系就可由E 求得自由能变化△Gm ，由△E/△T 可求出△S 和△H 。
五、UJ-33a 型电位差计
电位差计可直接用来测量电动势、电压、电阻和电流。其主要运用的是补偿原理，如图：
电位差计操作步骤：
1、将“倍率”旋钮打到合适的倍率上，调节检流计正下方的“调零”旋钮将指针调零；
2、将面板左下角扳钮“K 2”向上扳，然后迅速调节右上角的“粗调”和“微调”旋钮，将指针再次调零（如果指针总是偏向一个方向，请检查电池是否装反），调节好后即完成对标准步骤，注意此步骤中不可将“K 2”长时间向上推。
3、将“测量/输出”旋钮打在“测量”档上，连接好电极，将扳钮“K 2”向下扳到测量档，然后调节右下3个旋钮使检流计指针归0，记录下数据即完成测量。多次测量时应经常校准仪器。
六、实验步骤
1、准备实验装置 1）、恒温水槽 2）、0.1mol/LKCl 溶液 3）、Ag-AgCl 电极
4）、甘汞电极
5）、电位差计
图一
1- 恒温水浴 2-0.1mol·L-1 KCl溶液 3- Ag-AgCl电极
4-甘汞电极 5-电位差计
2、恒温及测定：
按图一接好后，先在16℃怛温30分钟，用电位差计（UJ-33a）测定电池的电动势。记录数据。然后将电池在35℃以下恒温30分钟，重复上述操作，记录下35℃时的电池电动势值。
七、实验注意事项
1、实验前必须注意甘汞电极中的电解质溶液是否足够；
2、在连接电极和电位差计时须注意+、—极；
3、在对电池进行恒温水浴时必须恒温30分钟以上，使温度不再有大的波动；
4、在操作电位差计时要注意力度，主要不要损坏仪器。
实验二有机二元相图绘制
一、实验目的
1、通过实验掌握相图的绘制方法；
2、掌握步冷曲线与相图的转化及相图的含义。
二、实验内容
1、通过实验绘制有机二元组分混合物的步冷曲线；
2、通过观察步冷曲线的特征绘制二元相图。
三、实验仪器、设备及材料
加热电炉一台（公用）
100ml烧杯6个
坩埚钳一把、石棉网
萘、邻苯二甲酸酐
托盘天平
四、实验原理
相图都是通过实验测得的，测定的方法多种多样，热分析方法是方便而且准确的方法之一。不论是固体加热熔化或液体冷却结晶的过程，或是固态的一种晶型向另一种晶型转化的过程，其中都有热效应，或吸收热或放出热。热分析方法就是通过观察、测定体系在加热或冷却过程中温度的变化，来研究在金属合金或熔液中发生的反应。在过些过程中，温度是时间的函数，可以做出连续的曲线，加热过程的称为升温曲线，冷却过程的称为步冷曲线，通常用步冷曲线来确定相图。
根据吉布期相律：
f=c-ф+n
其中：f：自由度数；
ф：体系达平衡时的相数；
c ：体系中所含的独立组分数；
n：可变强度因素
在压力一定时，二元体系有：
f=2-ф+1=3-ф
在相数等于1时，即单相体系中自由度为2，即温度组成可变，在相数为2时，即两相共存达到平衡时，自由度为1，即只有温度或组成可变；在相数为3时，即三相共存，自由度为零，即此时的温度和组成都不改变，具有确定的数值。
本实验所研究的体系——邻苯二甲酸酐——萘二元体系，采用冷却过程进行分析。将混合物完全熔融后，逐渐冷却，每隔一段时间读一个数据（温度）。以温度对时间作图，即得到一条温度时间曲线（如图一至图三的其中一种）。这种曲线被称为冷却曲线或步冷曲线。步冷曲线也可以用热电偶代替温试计，用记录仪代替人眼读数作图，直接绘出步冷曲线。
图一到图三是三种类的步冷曲线。
图一是纯物质的冷却曲线，当熔融后，均匀冷却，无相变化时是一条光滑的曲线，在其凝固点温度时，析出结晶，有相变发生，依吉布期相律，此时的f=0，所以，在A点出现转折而且温度不随时间改变。因此在图中曲线形成平台，当体系中的液体全部凝固后，温度又再重新均匀下降，图中虚线部分有时会出现过冷现象。
图三是低共熔混合物的步冷曲线，由于体系的组成是低溶混合物，在析出固体时，二种组成同时析出，依吉布斯相律，此时的f=0，所以步冷曲线类似于图一，只是此时的平台温度不是某一种组分的凝固点，而是二者的混合凝固温度，即低共熔点温度。
图二是二元体系非共熔点的情况，在冷却初期，析出第一种低凝固点组分的固体，由于凝固热抵消了部分冷却过程中的热损失，所以冷却速度变慢，出现第一个拐点C，由于一种组分不断析出，导致液体的组成变化，当组成达到低共熔组成时，第二种组分也同第一种组分一起，按照液体组成比例一同析出，此时f=0，出现平点，当液体全部凝固后、温度又再继续均匀下降。
图四是由步冷曲线上的点与相图上的点相对应，即依据步冷曲线绘制相图的过程。
用热分析法测绘相图时，被测体系必须是处于平衡状态或是接近于平衡状态，因此冷却的速度必须足够的慢，这样才能保证得到较为理想的结果。
对图中的M、N及低共熔点的确定方法采用塔曼三角形法。
五、实验步骤
1、准备实验药品
根据上表分别称取相应质量的药品放在贴有标签的烧杯中，标签与药品编号对应。
2、将1号烧杯分别在加热板上加热,直至药品完全熔融,加热时需在烧杯口处盖上表面皿,防止药品挥发过快导致组分发生变化。
3、将药品已经熔融的烧杯迅速转移到石棉网上，插入温度计，温度计的玻璃泡要浸没在药品以下。
4、待温度计的示数升到最高点时开始计时，每15秒读取一个温度值记录在数据记录本上，即可得到温度随时间变化的趋势数值。
5、重复以上步骤分别记录2-6号的温度-时间值。
6、记录完毕后清洗实验器材。
六、实验注意事项
1、在称量药品时要尽量精确；
2、对药品加热时要注意在烧杯口覆盖表面皿；
3、测量温度时，温度计玻璃泡一定要浸没在药品液面以下；
4、读取温度时间隔要一致；
5、做步冷曲线时，坐标轴要采用适当比例，否则趋势不容易看出。