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2013两水相系统中蛋白质分配系数的测定.ppt 16页
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上课前： 每组清洗一个50ml容量瓶 用蒸馏水润洗后备用 不用烘干
两水相系统中蛋白质 分配系数的测定
指导教师：龚小雁
了解蛋白质在两水相系统中分配系数的测定方法。 一、实验目的和要求 本实验中： 二、实验原理 两水相系统： PEG/(NH4)2SO4 分配对象：糖化酶 蛋白含量测定方法：考马斯亮蓝比色法 两水相分配： 在两水相系统中，生物物质与成相组分之间通过疏水键、氢键和离子键等相互作用而不同程度地分配在两相中。 分配系数K ：
当萃取达到平衡时，蛋白质在上下两相中的浓度之比，对于固定的相系统，K为常数。
K = C上/ C下
上下相体积比。
R = V上/ V下 二、实验原理 二、实验原理 糖化酶： 生物大分子蛋白，α-１,４-葡萄糖水解酶。 黑曲霉经发酵制得 。 广泛用于酒、醋、味精等发酵工业中起糖化作用，将淀粉转化为葡萄糖 。 考马斯亮蓝比色法： 常用的蛋白含量检测方法。 考马斯亮兰G-250是一种染料，酸性溶液中呈棕红色，与蛋白质结合后转为蓝色，595nm波长下有最大吸收值。低浓度范围内（0.01～1.0mg/ml），与蛋白质浓度的关系服从比尔定律。
二、实验原理 试剂：
PEG400、蒸馏水、(NH4)2SO4、糖化酶、考马斯亮蓝、牛血清蛋白等。 器材：
移液管、刻度离心管+盖子、台秤、离心机、试管、50ml容量瓶、恒温水浴锅、分光光度计+比色皿等。 三、实验器材与试剂
（一）试剂配制（已配好）
考马斯亮蓝G-250溶液：精确称取50mg考马斯亮蓝，溶于10ml 95%乙醇中，并加入50ml 85% 浓磷酸，用H2O稀释定容至500ml。
牛血清蛋白溶液 （BSA）：精确称取0.012g左右的牛血清蛋白，加入0.105gNaCl,溶于少量蒸馏水中，然后，稀释定容至100ml，配成 120?g/ml的牛血清蛋白原液。
四、操作方法 （二）蛋白质在两相中的分配 10ml刻度 离心试管 (NH4)2SO4 固体1.30克 PEG400 2.00克 糖化酶2.00ml
水 台秤 总重8.00g 振摇混和 (固体充分溶解) 离心
3000转/分 5min 求相比： R =V上/V下 求分配系数 ： K = C上/ C下 四、操作方法 平衡 （三）考马斯亮蓝比色法测定蛋白质含量 制作标准曲线：在试管中，按下表精确加样，反应检测。 两相中取样及蛋白测定：
上相液：吸取0.5ml，蒸馏水定容至50ml，取1ml稀释液于试管中，按下表反应检测。
下相液：吸取0.1ml于试管中，加入0.9ml水，按下表反应检测。 标准曲线 样品检测 BSA/ml
上相稀释液1.0ml 下相稀释液1.0ml
H2O/ml 1.0
0 加考马斯亮兰5.00ml，混匀，25℃±1℃保温10分钟，冷却
OD/595nm 蛋白量?g
空白对照 绘制标准曲线： 标准曲线方程（线性回归）：
蛋白量：y=ax+b
上相：C上=(ax1+b)*100
下相：C下=(ax2+b)*10
分配系数的计算：
OD 蛋白含量/μg 分配系数 K = C上 / C下 操作注意点
蛋白质分配： 称重时，按顺序加入物料，中间不要再去皮，最终控制累积总重8.00g。 橡皮塞不干净，用保鲜膜包裹下。 离心前试管必须要两两称重平衡。 取样： 不要取相界面附近的样品。 取下相样品液时，先用滴管将上相完全吸掉，并吸掉部分下相后，再取样。 避免将上相混入下相。 检测： 试管中加完物料后，要混和均匀。 保温结束后，立即放入冷水中，待测。 分光光度计空白参比管T模式调100%，A 模式调0 。 （一）预习 配制两水相萃取系统时，PEG400液体的加量能否改为量取相应的体积？说明理由。 试述使用台式离心机的操作顺序。 用比色法分析上下相蛋白质浓度时，如何精确吸出在同一离心试管中的上下两相？写出操作步骤。
（二）实验结果和讨论 将比色分析的操作过程及结果列成表格，作出标准曲线，线性回归。 计算上下相蛋白质浓度、分配系数K、相比R，计算两相中PEG和(NH4)2SO4的含量。 在配制两水相系统时，为什么必须充分混合？混合不充分会带来什么影响？
五、思考题 M：系统组成 T：平衡时上相组成 B：平衡时下相组成 TMB：系线
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第六章 物理量和常数测定
第六章物理量和常数测定纯物质的熔点、沸点、密度、粘度、表面张力、折光率及具有手性分子的物质的比旋光度等，是纯 物质的特性常数。在一定条件下，对于纯物质，这些物理量都是固定不变的。例如，一个大气压下，苯 甲酸固体的熔点为 122.13 ℃ ，乙醇的沸点为 78.5 ℃ ；20 ℃ 时，乙醇的折光率为 1.3611，D-葡萄糖的比 20 旋光度[α]D 是+53 ℃ 。因此，测定物质的这些物理量，可用来鉴定未知化合物、判断化合物的纯度， 也可以作为定量分析的手段之一。 掌握物理量的测定方法， 可以帮助大家熟悉一些常用化学仪器的使用 方法，加深对化学基础知识和基本理论的理解。研究化学变化过程中的物理量的变化，也是探究化学变 化规律的重要手段，能给我们解决化学反应中的平衡问题和反应速率问题提供极大的方便。6.1 熔点、沸点的测定(微量法)一、实验目的（1）理解熔点与沸点的定义。 （2）掌握毛细管微量法测定熔点与沸点的原理和方法。 （3）了解温度计的校正方法。二、实验原理在 101.325 kPa 下，当固体物质加热到一定温度时，从固态转变为液态，固－液两态间平衡时的温 度称为该物质的熔点。 纯净的固体化合物都有固定的熔点，固－液两相间的变化非常敏锐，从初熔到全熔的温度范围（称 熔距或熔程）一般不超过 0.5～1 ℃ 。当混有杂质后，大多数物质熔点降低，熔程增长。因此可以通过测 定熔点来鉴别未知的固体化合物和判断化合物的纯度。 液体的蒸气压随温度的升高而增大。 当液体的蒸气压增大到与外界施加于液面的总压强 （通常是大 气压强）相等时，液体内部就会冒出大量蒸汽形成气泡，此即沸腾，对应的温度就是在该外压下液体的 沸点。三、实验仪器与试剂1. 仪 器 b 形管 (Thiele 管) 水银温度计 (200 ℃ ) 酒精灯 表面皿 毛细管 (Ф 1 mm) 2. 试 剂 苯甲酸 (A.R) 萘(A.R) 萘和苯甲酸混合物 无水乙醇玻璃管 (40 cm)石蜡油四、实验内容1. 熔点测定 （1）制作样品管：取一根长约 5 cm、内径 1 mm 的毛细管，斜向上呈 45o 角，在酒精灯小火边缘1一边加热，一边来回转动，使一端完全熔封。注意不要使封口太厚，以免影响传热。 （2）装样：取 0.1~0.2 g 已干燥并研成粉末的待测样品，放在干燥、洁净的表面皿上，并聚成一小 堆。将毛细管的开口端朝下，在样品堆中轻轻地插几下，挤入一部分样品。再将开口端朝上，让其在长 约 40 cm 的玻璃管中跌落于一干净的表面皿上。重复取样和自由跌落几次，直至样品紧密沉于底部。装 样高度以 2 ~3 mm 为宜。 （3）准备测定装置（图 6-1） ：毛细管用小橡皮圈固定于温度计下端，要求样品部位处于水银球的 中部，见图。往 b 形管中加入石蜡油作为载热体（也称浴液） ，高度达到叉口处下边即可。把温度计连 同带孔的磨口玻璃塞固定于 b 形管上， 并使水银球位于 b 形管上下两叉口管的中部。 操作过程中注意不 要使固定用的橡皮圈浸入油浴中， 以免失去弹性使样品管脱落。 还应注意样品管的上端与油浴液面要有 一定位差，以免油受热膨胀后从上端渗入样品管中。 （4）测定熔点：确信测定装置无误后，再以小火缓慢加 热。开始升温可以较快，到距熔点 15 ℃ 左右，调整火焰，保 持升温速率每分钟 1~2 ℃ 。越接近熔点，升温速率应越慢(这 是准确测定熔点的关键！)。记下样品开始萎缩塌落并有液相 产生（初熔）时和固体完全消失（全熔）时的温度计读数。特 别要注意观察样品在初熔前是否有变色发泡、 萎缩、 软化或放 出气体等分解现象。 熔点的测定，至少要重复两次。两次数据相差应不超过 1℃ 。重复测定时，必须用新的毛细管另装样品。绝不能重复 图 6-1 熔点测定装置 使用同一毛细管。 测定未知物的熔点时，可用较快加热速率粗测一次，得到大致熔点范围后，再进行精确的测定。 2. 沸点的测定 沸点测定装置 （图 6-2） 与熔点测定装置基本相同， 不同之处是测定熔点用的毛细管被沸点管代替。 沸点管由内管和外管组成。内管是长约 4 cm、内 径 1 mm、一端熔封的毛细管；外管是长约 6 cm、内 径 4 mm、一端熔封的玻璃管。 测定时，在外管中滴入 5 滴的待测液，再把内管 开口向下插入待测液中。将沸点管用橡皮圈固定在测 温温度计上，并使待测液的中线对准温度计水银球的 图 6-2 沸点测定装置 中部。将浴液缓慢加热升温，此时内管下口有小气泡 逸出且逐渐加快。当气泡成串快速逸出时，内管中的 空气已基本被驱出，表明此时内管的蒸汽压大于大气压，对应有样品温度（或油浴温度）已高于样品的 沸点。停止加热，油浴自然冷却，气泡逸出速率随内管蒸汽压的降低而逐渐变慢。在气泡不再冒出、液 体刚要倒吸进入内管的瞬间，内管蒸汽压恰好等于外压，记下温度计的读数，即为该液体的正常沸点。 重复测定一次。两次数据相差应不超过 1 ℃ 。 实验完毕，待温度计冷却后，先擦去所沾浴液，再用水冲洗。待浴液冷却后倒入指定的回收瓶内。五、 温度计的校正温度计的读数常与真实温度之间有一定的偏差。 产生误差的原因有三个： 温度计本身的刻度不准确； 温度计内的毛细管孔径不均匀； 露出液面的水银柱因周围温度较低而膨胀不均匀 （导致所示的温度比实 际温度低） ，因此要对温度计进行校正。校正方法如下： （1）与标准温度计比较 把标准温度计与被校正的温度计放于热裕中，缓慢均匀加热，每隔 5℃ 分别记下两支温度计的读数，标出偏差量 Δt 。 Δt ＝ 被校正的温度计的温度 － 标准温度计的温度2以被校正的温度计的温度作纵坐标，Δt 为横坐标，画出校正曲线以供校正用。 （2） 选择几种已知熔点的纯净化合物作为校正标准。以测得的熔点与标准熔点的差值为横坐标， 以测得的熔点为纵坐标，作出曲线。在某一温度时的校正值可以通过曲线直接读出。校正温度计的标准 化合物的熔点见下表 8-1。表 6-1 样品 水-冰 α-萘胺 二苯胺 苯甲酸苯脂 萘 二苯乙二酮 α-萘酚 熔点/℃ 0 50.0 54 ~ 55 70 ~ 71 80.28 95 ~ 96 96.1 常见标准化合物的熔点 样品 乙酰苯胺 苯甲酸 尿素 水杨酸 酚酞 蒽 蒽醌 熔点/℃ 114.3 122.4 132.7 159.0 262 ~ 263 216.6 286.0(3) 露径校正（参见第八章第§ 8.5） 。思考题 1. 第一次使用过的熔点测定管，为何不能等到样品凝固后用于第二次测量？ 2. 下列各种情况对熔点的测定有何影响？ ① 毛细管未完全熔封 ④ 样品装得不紧密 ② 毛细管不干净 ⑤ 毛细管壁太厚 ③ 升温太快 ⑥ 样品位置未与水银球对齐6.2 HAc 电离度和电离常数的测定一、实验目的（1）加深对电离度和电离常数的理解。 （2）掌握测定乙酸电离度和电离常数的原理及方法。 （3）学会正确使用酸度计。二、实验原理HAc 是弱电解质。当温度一定时，HAc 在水溶液中存在以下电离平衡： H2O（aq） + HAc（aq）=== H3O+（aq） + Ac―（aq） 其电离平衡常数 K?a 与电离度 ? 的关系为：K ? a ?1? ?2 c（H ? ） ? c（Ac? ） （c ?） c ?2 ? ? c（HAc ） c（ 1 ? ?） 1 ? ?（6-1）当 ? & 5 %时， K ?a (HAc) = c ? 2 式中：c(H+)，c(Ac―)，c(HAc)分别表示平衡时 H+，Ac―，HAc 的浓度。 若 HAc 的起始浓度为 co ，忽略水离解所产生的 H+，则达平衡时，有： c(H+) = c(Ac―)， c(HAc) = co － c(H+)。3测定出已知浓度的 HAc 溶液的 pH 值，便可算出它的电离度，进而得出电离常数。??c（H ?） c（HAc）（6-2）三、实验仪器与试剂1. 仪 器 酸度计 酸式滴定管（50 mL） 玻璃电极 烧杯（50 mL） 温度计 容量瓶（50 mL） 洗瓶 2. 试 剂 0.1 mol? L―1HAc 标准溶液 标准缓冲溶液 (25 ℃ 时的 pH 值分别为 6.87、4.01 或 9.18) 3. 其 它 碎滤纸片四、实验内容（1）熟悉酸度计的结构原理及使用方法（见相关背景知识部分） 。 （2）不同浓度的 HAc 溶液的配制 用酸式滴定管分别取 37.50 、25.00 、12.50 、5.00 mL 的 HAc 标准溶液于 4 个洁净的 50 mL 容 量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度线，摇匀，配成不同浓度的 HAc 溶液。 （3）测定 HAc 溶液的 pH 值 用 5 个干净的 50 mL 烧杯，分别取 30 mL 上述 4 种浓度的 HAc 溶液及一份原液。按由稀到浓的 顺序，在酸度计上分别测定各溶液的 pH 值。五、结果与分析（1）将实验数据填入表 6-2 中，由 pH 值计算出溶液的 c(H+)。 （2）计算出各溶液的?（HAc）和 K ?a (HAc)，并与文献值比较。表 6-2 溶 液 编 号 1 2 3 4 5 注：c0 = c0 0.75c0 0.50 c0 0.25 c0 0.10 c0 mol? L―1， 实验温度： ， c（HAc） / mol? L―1不同浓度 HAc 水溶液的 pH 值和电离度 pH 值 c（H+） /mol? L―1?（HAc）K ?a （HAc）测定值 平均值K ?a （HAc）文献值为：。注释： [1]K ?a ?c（H ? ）C? ? c（Ac ? ）C? c（H ? ） ? c（Ac ? ） ? 简写为 K ，以下皆为简式。 a ? c（HAc） c（HAc）C?4思考题 1. 测定 HAc 溶液的 pH 值时，为什么要采取浓度从稀到浓的顺序进行？ 2. 如何确定酸度计已校正好？【相关背景知识】 酸度计利用测量电动势来测量水溶液 pH 值的仪器，称为酸度计，也称 pH 计，它同时也可以用作测定电 极电位及其它用途。实验化学中常用的酸度计有 pHS - 3E 型、台面式 pH/ISE 测试仪等。一、基本原理酸度计测量 pH，是在待测溶液中插入一对工作电极（一支为电极电位已知、恒定的参比电极，另 一支为电极电位随待测溶液离子浓度的变化而变化的指示电极） 或复合电极构成原电池， 并接上精密电 位计，即可测量该电池的电动势。由于待测溶液的 pH 不同，所产生的电动势也不同，因此，用酸度计 测量溶液的电动势，即可测得待测溶液的 pH。酸度计是一种电化学测量仪器，除了主要用于测量水溶 液的 pH 外，还可用于测量电极电位。 用酸度计测量 pH 时，先用 pH 标准缓冲溶液，通过定位调节器使仪器显示标准溶液的 pH 值。这 样，在测定未知溶液时，指针就直接指示待测溶液的 pH 值。通常把前一步骤称为校正，后一步骤称为 测量。二、仪器结构酸度计的种类和型号很多，但是它们都是由参比电极（常用甘汞电极） 、指示电极（常用玻璃电极） 及精密电位计三部分组成或由复合电极和精密电位计组成。图 6-3、图 6-4 和 6-5 分别为 pHS - 3E 和台 面式 pH/ISE 测试仪的外观图。图 6-3pHS - 3E 型酸度计面板图1.31/2LED 显示器 2.温度补偿器 3.定位调节器 4.功能选择 5.斜率补偿调节器 6.输入电极插座 7.参比接线柱 8.调零电位器 9.电源开关 10.地线接线柱 11.保险丝盒 12.电源插座5图 6-4818 型 pH/ISE 测试仪显示屏图 6-5 818 型 pH/ISE 测试仪面板图三、使用方法（一）. pHS - 3E 型酸度计的使用方法 （1） 竖起升降杆，将指示电极、参比电极固定在升降杆上。 （2） 接通电源，此时应有数字显示。 （3） 将功能选择旋钮 4 拔至 mV 档，调整调零电位器 8（在退出电极插头情况下进行） ，使该仪器 显示D0.00‖。 （4） 将功能选择旋钮 4 拔至 pH 档，此时显示器 1 上有一任意显示数。 （5） 将温度补偿器 2 拔至待测溶液的温度。 （6） 将参比电极接入参比接线柱 7，把玻璃电极插头插入输入电极插座 6，使其自动锁紧。将两电 极迅速浸入第一种标准缓冲溶液中(设 pH1 = 4.00)，待仪器响应稳定后，调节定位调节器 3 使显示器显 示D0.00‖。若不为D0.00‖则反向继续调节，直至零点出现。 （7） 用蒸馏水冲冼电极，并用滤纸吸干电极表面水分，再将两电极浸入第二种标准缓冲溶液中（设 pH2 = 9.18） ， 待仪器响应稳定后， 调节斜率补偿调节旋钮 5 使仪器显示?pH （?pH = ?pH2－?pH1 = 5.18） 。 此后不再动斜率调节旋钮。 （8） 电极仍浸在第二种标准缓冲溶液中， 调节定位调节器 3 使仪器显示第二种标准缓冲溶液的 pH， 此后不可再动定位调节器。 （9） 将两电极冼净、吸干，浸入待测溶液中，仪器响应稳定后的显示值，即为待测液的 pH。 （10） 若待测溶液的温度与标准缓冲溶液的温度不一致时，只需将温度补偿器拔至待测溶液的温度 值，即可测量待测液的 pH。 （11） 若测量精度不需要很高时，可用D一点定位法‖标定仪器。即采用一种较接近待测溶液 pH 的标 准缓冲溶液标定：斜率补偿调节器 5 逆时针旋到头（转换示数 100 %） ，调节温度补偿器 2 至待测溶液 的温度值，然后测定待测液的 pH。 （二） 台面式 pH/ISE 测试仪的使用方法 （1）电极准备 ① 拔掉电极上的运输保护盖； ② 用蒸馏水冲洗电极以清除沉积盐； ③ 像甩动医用体温计一样甩动电极以排除气泡； ④ 将电极浸泡于 3 mol? LC1 KCl 溶液 2 小时以活化电极； ⑤ 将电极与测试仪联接。 （2）标定及测量 双缓冲溶液标定 接通电源后需对主机预热 10 分钟，然后对电极进行标定 1 次，保证仪器处于 最佳工作状态。 根据被测溶液的酸碱性，选择 2 点缓冲溶液值进行标定。第一点缓冲溶液的 pH 值应为 6.86，第二 点缓冲溶液的 pH 值需与被测溶液的酸碱性一致，即选择 pH 为 4.00 或 pH 为 9.18 的缓冲溶液。 先按标定键（CAL） ，然后压确定键（YES） ，通过滚动键（ ）选择二点缓冲溶液（4 ~ 76或 7 ~ 9） ，再压确定键（YES） 。 蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干，然后将电极置于 pH 为 6.86 的缓冲溶液，搅动一下缓冲溶液，当 Ready 灯亮时，压确定键（YES）表示第一点已标定。 蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干，然后将电极置于 pH 为 4.00 或 pH 为 9.18 的第二点缓冲溶液，搅 动一下缓冲溶液，当 Ready 灯亮时，压确定键（YES）表示第二点已标定。 两点标定结束后，仪器进入斜率方式，并显示斜率值。 ②pH 值的测量 标定结束后，用蒸馏水冲洗电极。 将电极放入被测溶液，并轻微搅动一下，当 Ready 灯亮时，记录 pH 值。6.3 燃烧热的测定一、实验目的（1）掌握有关热化学实验的一般知识和技术。 （2）掌握氧弹的构造及使用方法。 （3）学会用氧弹式量热计测定物质的燃烧热。 （4）学会应用雷诺图解法校正温度改变值。 （5）掌握气体钢瓶、减压阀贝克曼温度计的使用方法。二、实验原理燃烧热是 1mol 的物质在温度 T 的标 准态下完全燃烧时所放出的热量，是热 化学的基础数据。通常采用氧弹式量热 计测定物质的恒容燃烧热，进一步可推 算出恒压燃烧热。 实验中样品被置于一个内充入 20 个大气压左右纯氧的氧弹中燃烧。氧弹 放置在装有一定量水的铜水桶中，水桶 外为空气隔热层及温度恒定的水夹套， 以使量热卡计与外界环境绝热，则样品 在氧弹中恒容燃烧放出的热、引火丝燃 图 6-6 氧弹式量热计示意图 烧放出的热量和实验所用 O2 气中带有的微 量 N2 气氧化成硝酸的生成热，被量热卡计 （包括水桶中的水、氧弹、水桶、搅拌器和温度计）吸收。写成热量平衡式：图 6-7 氧弹的构造(6-3) 式中：C 卡为量热计的热容，即卡计每升高一度所需要的热量； QV 为样品的恒容燃烧热； m 为样品的质量（准确到 1× 10-4 克）； l 为燃烧掉的引火丝的长度（cm）； 2.9 为每厘米引火丝燃烧放出的热量单位（J? cm-1）； ΔT 为真实温度变化值；7V 为滴定燃烧后氧弹内的硝酸所用的 0.1mol? dm-3 的 NaOH 溶液的体积； 5.98 为消耗 1 mL 0.100 mol? dm-3 的 NaOH 所相当的热量（单位为 J）。（通常硝酸的生成热对 QV 的影响甚微，常略去）。 量热计的热容用标准物质法来测量。常用的标准物质为苯甲酸，其恒容燃烧时放出的热量为 26460 -1 J? g 。确定了仪器的热容，我们便可根据公式(8-4)求出欲测物质的恒容燃烧热 QV，即： (6-4) 进而求得该物质的恒压燃烧热 QP，即 ΔH。 (6-5) 或 (6-6)式中，Δn 为反应前后气态组分的物质的量之差。 实际上，氧弹量热计不是严格的绝热系统，加之由于传热速率的限制，样品燃烧后有最低温度到达 最高温度需要一定时间，在这段时间里，系统与环境难免发生热交换，因而从温度计上读得的温差就不 是真实的温差。为此，必须对读得的温差进行校正。 常用雷诺作图法进行温差校正[1]，如图 6-8，6-9 所示。将燃烧前后所观察到的水温对时间作图，连 成 FHDG 折线，图中 FH 段为点火前温度记录，H 相当于开始燃烧之点。D 为观察到的最高温度，DG 段为仪器散热降温情况记录线。在线上 D 点和 H 点温度平均值处作竖直线 ab，将 FH 线外延交 ab 线于 A 点。将 GD 线外延，交 ab 线于 C 点。则 AC 两点间的距离即为真实温差 ΔT。图中 AA′为开始燃烧到 温度升至室温这一段时间 Δt1 内，由环境辐射进来以及搅拌所引进的能量而造成量热计的温度升高。它 应予以扣除。CC′为温度由室温升高到最高点 D 这一段时间 Δt2 内，量热计向环境辐射而造成本身温度 的降低。它应予以补偿之。 在某些情况下，量热计的绝热性能良好，热漏很小，或室温较水温高，或搅拌器的功率较大，不断 引进能量，则曲线不出现极高温度点（图 6-9） ，但校正方法相似。图 6-8 绝热较差时的雷诺校正图图 6-9 绝热良好时的雷诺校正图本实验通过测定萘完全燃烧时的恒容燃烧热，然后再计算出萘的恒压燃烧 ΔH[9]。三、实验仪器与试剂1． 仪 器8氧弹量热计 压片机 温差测定仪 钢瓶（压强大于 80 Kg） 氧气减压器 量瓶（1000mL 1 只，2000mL 1 只）， 2． 试 剂 苯甲酸（A.R.） 萘（A.R.） 3． 其 它 扳手 镊子 吸管调压变压器 2 个 拨动开关 1 只 氧气 万用表 充氧导管 铁丝若干 容四、实验内容1．熟悉氧弹量热计的构造和使用方法（见背景知识部分）。 2．量热计热容的测定 (1) 样品压片 用台秤称 0.8g 苯甲酸。量取长度为 20cm 左右的细引火丝一根，准确称量后，把其双折后在中间位 置打环，置于压片机的底板压模上[2]，装入压片机内。倒入预先粗称的苯甲酸样品，用压片机螺杆徐徐 旋紧，稍用力使样品压牢[3,4]。抽去模底的托板后，将样品压出，得到一块内嵌有引火丝的样快。弹去 周围的粉末，准确称量其质量。 (2) 装置氧弹 拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦干净。在氧弹内加 1 毫升蒸馏水。将样品片上的引火丝小心地绑牢于氧 弹中两根电极 8 与 10 上(见图 6-7 氧弹剖面图)。 旋紧氧弹盖， 用万用电表检查两电极是否通路。 若通路， 则旋紧出气口 5 后即可充氧气。按图 6-10 所示，连接氧气钢瓶和氧气表，并将氧气表头的导管与氧弹 的进气管接通，此时减压阀门 2 应逆时针旋松(即关紧)，打开氧气钢瓶上端氧气出口阀门 1（总阀）观 察表一的指示是否符合要求（至少在 4MPa），然后缓缓旋紧减压阀门 2，使表 2 指针指在表压 2MPa， ， 氧气充入氧弹中[5 6]。关闭减压阀门 2，关闭阀门 1，再松开导气管。放掉阀门 2 至阀门 1 之间的余气， 再旋松阀门 2，使钢瓶和氧气表头复原。图 6-10 氧弹充氧示意图（3） 燃烧和测量温差 ① 按图 6-6 将氧弹卡计及内筒、搅拌器装配好。 ② 把充好氧气的氧弹放入已事先擦洗干净的内筒 C 中。用容量瓶准确量取 3000ml 已调好温度的 水，置于内筒 C 中。 ③ 打开温差测定仪，让其预热。9④ 检查点火开关是否置于D关‖的位置，插上点火电极，盖上绝热胶木板[7]。 ⑥ 迅速把测温探头置于内筒 C 上端的测温口中。调节温差测定仪的读数在 0.000-0.500 之间。报时 器设定 30 s 响一次，响时即记录温差测定仪上温度的读数，至少读 5-10 min。 ⑦ 插好点火电源，将点火开关置于D开‖的位置并立即拨回D关‖的位置。在几十秒内若温差测定仪 的读数骤然升高，表明样品已点火燃烧[8]。继续读取读数，直至读数平稳（约 25 个数）。停止记录， 关闭点火电源。 ⑧ 取出氧弹，打开放气阀，排出废气，旋开氧弹盖，观察燃烧是否完全，如有黑色残渣，则证明 燃烧不完全，实验需重新进行。如燃烧完全，称量剩余的引火丝质量。 3．萘恒容燃烧热的测定 称取 0.6 g 的萘，按操作步骤 2 重复一次，测量萘的恒容燃烧热 QV，计算 QV，m、QP,m（即 ΔcHm）， 并与文献值作比较。五、数据记录及处理(1) 将苯甲酸校正仪器常数测定数据列于表 6-3 中。表 6-3 测量热计热容 Cif 时温度读数 序号 1 2 3 … 注：室温： 引火丝质量： ℃ ；水温： g；剩余引火丝质量： 温度/℃ 序号 1 2 3 … ℃ ；苯甲酸质量： g； g， 。 g，燃去引火丝质量： 升温变化记录 测量萘 QV 时温度读数 温度/℃作苯甲酸的温度读数~时间的雷诺温度校正图，准确求 ΔT，计算 C 卡。 （2）同法求萘的燃烧过程的 ΔT（真） ，计算萘的燃烧热 QV，m、Qp,m，并与文献值比较。注释： [1] 应用这种作图法进行校正时，卡计的温度与外界环境的温度不宜相差太大（最好不超过 2-3℃ ），否则会引入大 的误差。 [2] 压片前先检查压片用钢模是否干净，否则应进行清洗并使其干燥。 [3] 压片时应将引火丝压入片内。 [4] 注意用力均匀适中。压力太大易使引火丝压断，压力太小样品疏松，不易燃烧完全。 [5] 氧弹充完氧后一定要检查确信其不漏气，并用万用表检查两极间是否通路。 [6] 氧弹充氧的操作过程中，人应站在侧面，以免意外情况下弹盖或阀门向上冲出，发生危险。 [7] 将氧弹放入量热仪前，一定要先检查点火控制键是否位于D关‖的位置。点火结束后，应立即将其关上。 [8] 如果在 1-2 min 内，温差测定仪的读数没有太大的变化，表示样品没有燃烧，这时应打开氧弹，仔细检查。 [9] 萘的恒压燃烧热的大小还与实验的温度有关，其关系式遵循基希霍夫公式：(6-7) 式中，ΔrCp 是反应产物与反应物的恒压热容之差。一般说来，在较小的温度范围内，反应的热效应随温度的变化不 是很大，可以认为是一个常数。10思考题 1．在使用氧气钢瓶及氧气减压阀，应注意哪些规则？ 2．本实验采用哪些绝热措施？ 3．苯甲酸物质在本实验中起到什么作用？ 4．恒压燃烧热与恒容燃烧热之间有何关系？【相关背景知识】WZT-1 全自动热量计测热系统操作简介（一）仪器特点 （1）具备微机全自动控制功能； （2）自动量水，通过量杯量水使水的重量误差达到 0.1g 以下； （3）自动跟踪外筒水温，设定内筒水供水温差后，水温度自动调节； （4）调温速率快，6 min 即可进行下一次实验； （5）水位安全预警功能； （6）温度分辨率高：0.001 ℃ （7）热容量重复性误差：≤0.2（国标） ； 测量范围：8~35 ℃ （8）适用于各类固体、液体热值的测定。 （二）操作规程 （1）在仪器记录本上登记仪器使用信息 （2）检查仪器水位 检查仪器水位是否正常。首次开机，应注入大约 25 Kg 蒸馏水或去离子水，以后每次开机前检查水 位是否正常，根据需要适当补充蒸馏水或去离子水。注水按以下方法及步骤进行： ① 请打开仪器的上盖，在开机前向筒内注入约 15 L 水，这一过程不能太快（这时内筒是与下水箱 连通的） ，如发现水从内筒注入时，不能自然流至下面的回水箱时，说明内筒排水阀处于关闭位置，此 时只要打开热量计开关以及微电脑开关 10 s，然后关机，则内筒排水阀会自动转到开启位置，水即可自 动流入下面的水箱（热量计主机电源开关在水注入以前，开启时间不能超过 20 s，以免水泵空转造成损 坏） 。 ② 15 min 后打开仪器机械主机电源开关，水循环系统动作，这时再向内筒慢慢注入约 10 L 水，面 板上水位指示灯首先亮低水位灯，然后亮正常水位指示灯。 ③ 再运行约 20 min，待系统中空气排出，上下水箱水位正常，这时如果正常水位灯不灭，则说明 仪器水量已正常，即可开始试验：如果正常水位灯灭了，只有低水位灯或缺水指示灯（红灯）亮，则说 明仪器仍需要补充水量，直到绿灯长久亮着，方可开始试验。 （3）打开电脑、仪器主机、打印机 查看主机面板的水位是否正常， 根据选择待测物质的发热量的大小， 选择D水温调节‖按钮， 等 15 min 左右待D调温完成‖、D主板正常‖、D通信正常‖的工作灯亮后，按D启动‖键即可进行实验。 （4）运行主程序 出现D自动热量计测量系统‖界面。 （5）参数设置 点击D参数设置‖下拉菜单，进入D通信设置‖界面，选择系统使用的串口；进入D参数设置‖界面，选 择测试内容、试样类型、计算公式，然后输入D仪器热容量‖、D点火丝热值‖、D添加物热值‖（D冷却常 数 K‖及D综合常数 A‖在热容量计算时会自动算出，用户不用自己填写，此数据仅作为用户验算时的使 用依据） 。 （6）开始实验 点击D开始实验‖进入D自动热量计实验记录‖界面。11（1） 输入实验数据。 点击D数据输入‖进入D数据输入‖界面， 输入D实验编号‖、 D试样质量‖、 D全水分‖、 D试样水分‖、D全硫含量‖、D氢含量‖、D试样热值‖（即苯甲酸热值，在计算热容量时使用）等数据。 （2）运行仪器。装好氧弹，盖上机盖，点击D开始实验‖，观察仪器运行情况，直到实验结束，在数 据管理中查看到实验结果。 （7）实验完毕 关机计算机、热量计。关闭氧气钢瓶，进行氧弹和铁坩埚保洁，仪器归位。登记仪器使用情况。6.4 铈（Ⅳ ）―乙醇络合物组成和生成常数的测定一、实验目的（1）掌握测定络合物组成和生成常数的一种方法。 （2）熟练掌握分光光度计的使用。 （3）了解用物理法测定平衡组成的方法。 （4）了解外推法求出不可测数据的实验方法。 （5）了解化学变化过程中的热力学与动力学特征。二、问题的提出Ce4+的水溶液显橙黄色，加入醇类时颜色立即加深。根据溶液最大光吸收迅速向更长的波长位移的 现象，可以推测 Ce4+与醇类形成络合物，且络合平衡建立的很快。mCe4+ + nROH4+络合物同时还可见溶液又会颜色逐渐减退，直到无色，由此可以推测生成的络合物中发生了电子转移， Ce 络合物逐步分解成无色的 Ce3+和醇的氧化产物。Ce4+络和物Ce3+ + 醇的氧化产物实验证实，用 Ce4+和苯甲醇作用即可得到苯甲醛。 为了验证上述机理，实验中以乙醇为模板化合物，确定中间络合物的组成和生成常数。三、实验原理Ce4+离子（记为 M）和配体乙醇（记为 L）中，只有 Ce4+离子显色，反应后生成另一种颜色更深的 络和物 MLn。M + nLMLn如果配体 L 大大过量，则 L 转化为络合物的比例很少，络合平衡时可以近似用加入的配体浓度代 替其平衡浓度。由稳定常数定义式： K=c(1 ? x)?L?K ?L?n ncxn（6-8）变换可得：x=?1 ? K ?L? ?12（6-9）由于络合平衡时，混合液的吸光度 A 混是 Ce4+离子和其络合物的吸光度之和，A 混= ε 络 c x l +εM (1-x) l = εM c l + （ε 络-εM） c x l （6-10） 移项得： A 混 ―εM c l = A 混―AM = ( c 络-εM) c x l （6-11） 4+ 式中，c 为 Ce 的总浓度；x 为转变为络合物的分数；εM、ε 络分别为 Ce 离子和其络合物的摩尔吸光系 数；l 为光程（即比色皿厚度） 。 将（6-9）式带入，再两边倒数得：1 ? A混 ? AM可以看出，?? 络1 1 ? n ? ? ?L? ? ? M ?cl ? 1 n ? 1? ? K ?L? ?? ? 1 1 ? ?? ? K ?? 络 ? ? M ?cl ? ?? 络 ? ? M ?cl（6-12）1 1 4+ ~ n 成直线关系。若保持 Ce 的总浓度不变，分别测出 AM 和不同[L]下的 A混 ? AM ?L? 1 1 关系图，如为直线，则证明 n=1，由图可求出截距和斜率，且 K= 截距/斜率。 A 混，作 ~ A混 ? AM ?L?若不为直线，则设 n = 2，余下类推。 因 Ce（Ⅳ ）―乙醇络合物在生成后即开始分解为 Ce3+和醇的氧化产物，A 混需通过外推法得出。四、实验仪器与试剂1．仪 器 2100 分光光度计 秒表 50 mL 锥形瓶 8 个 5 mL 移液管三支 2．试 剂 0.025 mol? L-1 的硝酸铈铵溶液（含 1.25 mol? L-1 的硝酸） 0.200 mol? L-1 乙醇溶液 3．其 它 吸水滤纸片五、实验步骤（1）熟悉分光光度计的结构和使用方法（见背景知识部分） 。 -1 （2）在 50 mL 干净的锥形瓶中准确移入 2 mL 0.025 mol? L 的硝酸铈铵溶液和 8 mL 水，混匀后， 以水作参比液，在 450 nm 的波长下测定 AM 。 （3）保持硝酸铈铵溶液吸取量 2 mL 不变，加入 7 mL 水，再加 1 mL 0.2 mol? L-1 乙醇（保持总体积 为 10 mL） ，立即混匀并开始计时。迅速淌洗比色皿三遍后，测定起混 1、2、3、4、5、6 min 后混合液 在相同波长下的吸光度。用作图外推法得出起混时的吸光度，即 A 混。 （4）保持硝酸铈铵溶液吸取量 2 mL 不变，分别加入 1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 的乙醇溶液，而 加水量则作相应减少，保持总体积为 10 mL，分别测出不同[L]下的 A 混。五、结果与分析（1）将各时间下的吸光度数据记录在表 6-4。表 6-4 V （乙醇） /mL 时间/min 0（外推） 1.00 2.00 3.00 13 0 1.00 AM 及不同乙醇加入量的 A 混 1.50 2.00 3.00 4.00 5.004.00 5.00 6.00 实验温度=― ― ― c（乙醇）=0.200 mol? L-1 比色皿厚度= cm ℃注：c（硝酸铈铵）=0.025 mol? L-1（2）用坐标纸作图，外推出起混时的吸光度 A 混，填入上表。 (3) 络合物组成的确定和生成常数的计算。表 6-5 [L] 1/[L] A 混-AM 1/（A 混-AM） 数据处理用坐标纸作1 1 图，验证是否为直线。如不为直线，继续试差，直到得出直线。确定 n 值 ~ A混 ? AM ?L?后，由对应的线性图得出斜率和截距，计算络合物生成常数。【相关背景知识】 分光光度计用来测量和记录待测物质对光的吸收度并进行定量分析的仪器， 称为分光光度计。 根据物质对光吸 收波长的不同，可分为可见光分光光度计、紫外-可见光分光光度计。一、基本原理物质在光的照射下会产生对光吸收的效应，而且物质对光的吸收是具有选择性的。如果某一定频 率（或波长）的光所具有的能量（E = hν）恰好与待测物质分子中的价电子的能级差相适应（即△ E = E2 C E1 = hν）时，待测物将对该频率（波长）的可见光产生选择性的吸收。用分光光度计可以测量和记录 其吸收程度（吸光度） 。由于在一定条件下，吸光度 A 与待测物质的浓度 c 及吸收池长度 l 的乘积成正 比，即 A=εcl （6-13） ε 为吸光系数。式 6-13 称为光吸收定律，即 Lambert C Beer 定律。根据该定律，在测得吸光度 A 后，可 采用标准曲线法、比较法以及标准加入法等方法进行定量分析。二、仪器结构分光光度计的种类和型号甚多。实验化学中常用的有 722 型可见分光光度计和 UVC9100 型紫外 可见分光光度计，现分别简要介绍如下。 （一） 722 型光栅分光光度计的结构 722 型光栅分光光度计， 采用自准式色散系统和单光束结构， 色散元件为衍射光栅， 使用波长为 330 ~ 800 nm。数字显示读数还可以直接测定溶液的浓度。其外形如图 6-11。14图 6-11 1.数字显示器 2.吸光度调零旋钮722 型分光光度计外形图 3.选择开关 4.吸光度调斜率电位器 5.浓度旋钮 14.干燥器6.光源室 7.电源开关 8.波长手轮 9.波长刻度窗 10.试样架拉手 11.100 %T 旋钮 12.0 %T 旋钮 13.灵敏度调节旋钮UVC9100 型紫外可见分光光度计， 使用波长为 200 ~ 800 nm。 数字显示读数可以直接测定溶液的透 射比、吸光度、浓度及建曲线。其外形如图 6-12。图 6-12 1.样品室门 7.打印输入出口UVC9100 型紫外-可见分光光度计外形图 4.波长调节旋钮 5.仪器电源开关 11.电源插座 6.仪器操作键盘 12.氘灯开关 10.样品池拉手2.显示窗 3.波长显示窗8.RS232 口 9.换灯手柄三、使用方法（一）722 型光栅分光光度计使用方法 1. 操作步骤 ① 在接通电源前，应对仪器的安全性进行检查，电源线接线应牢固，接地线通地要良好，各个调 节旋钮的起始位置应该正确，然后再接通电源。 ② 将灵敏度旋钮调至D1‖档（放大倍率最小） ，调波长调节器至所需波长。 ③ 开启电源开关， 指示灯亮，选择开关至DT‖，调节透光度D100 %‖旋钮， 使数字显示D100.0‖左右， 预热 20 min。 ④ 打开吸收池暗室盖（光门自动关闭），调节D0‖旋钮，使数字显示为D0.00‖，盖上吸收池，将溶液置于 光路，使光电管受光，调节透光度D100 %‖旋钮，使数?显示为D100 旋钮。 ⑤ 如果显示不到D100‖，则可适当增加电流放大器灵敏度档数，但应尽可能使用低档数，这样一起 将有更高的稳定性。当改变灵敏度后必须按④ 重新校正D0‖和D100.0‖。15⑥ 按④ 连续几次调整D00.0‖和D100.0‖后，将选择开关置于 A，调节吸光度调零旋钮，使数字显示 为D.000‖。然后将待测溶液推入光路，显示值即为待测样品的吸光度值 A。 ⑦ 浓度 c 的测定。选择开关由DA‖至DC‖，将标准溶液推入光路，调节浓度旋钮，使得数字显示为 已知标准溶液浓度数值。将待测样品溶液推入光路，即可读出待测样品的浓度值。将待测样品溶液推入 光路，即可读出样品的浓度值。 ⑧ 如果大幅度改变测试波长时，在调整D00.0‖和D100.0‖后稍等片刻（因光能量变化急剧，光电管 受光后影响缓慢，需一段光反应平衡时间） ，当稳定后，重新调整D00.0‖和D100.0‖即可工作。 2. 注意事项 使用前，使用者应该首先了解本仪器的结构和原理，以及各个旋钮之功能。 仪器接地要良好，否则显示数字不稳定。 仪器左侧下角有一只干燥剂筒，应保持其干燥，发现干燥剂变色应立即更新或烘干后再用。 当仪器停止工作时，切断电源，电源开关同时切断，并罩好仪器。 （二）UV―9100 紫外可见分光光度计使用方法（图 6-13）图 6-13UVC9100 型紫外-可见分光光度计键盘图 2.100 %、ABS 0 3. 0 %T 4.工作曲线选择1.工作方式选择I5.置数加6.置数减 7.确认 8.打印1. 操作步骤 安装好仪器后，检查样池位置，使其处在光路中（拉动拉手应感到每档的定位） 。关 好样品室门，打开仪器电源开关， （若联用打印机，则应先开机后开打印机）方式选择指示灯应在透射 比位置，工作曲线选择点应在第一点，显示器应显为 XX.X，预热 10 min，即可以进行测量。 ⑴ 透射比测量 在样品中室中，放置空白及样品。 按需要调节波长旋钮，使波长显示窗显示所需波长值。 按（方式选择）键使透射比指示灯亮，并使空白溶液处在光路中。 按（100 % T）键调 100 %，待显示器显示 100.0 时即表示已调好 100 % T。 打开样品室门在样池架中放挡光块， 关闭样品室门， 观察显示器是否为零， 如不为 0.0 则按 （0 % T） 调零。 取出挡光块，放入空白溶液，关好样品室门，显示器应为 100.0，若不为 100.0 则应重调 100 % T （重复③~ ⑤ ） 。 拉动样品拉手使被测样品依次进入光路，则显示器上依次显示样品的透射比值。 ⑵ 吸光度测量 吸光度测量与透射比基本相同，只是有一点要注意：按选择方式键时，应使吸光 度指示灯亮。 ⑶ 浓度直读 建曲线 建曲线有三种方法：1 点法、2 点法、3 点，现以 2 点法为例： 先将配好的两个浓度标准液及空白液放入样池架。 按需要调整波长。 按（方式选择）键至透射比档，将空白液拉入光路，按（100 % T）键调 100.0。 打开门加挡光块按（0 % T）键后需检查 100.0，若有变化应重调 100 % T。 按（方式选择）键至建曲线档，按（工作曲线选择）键至第二点，显示器应显示 500。16将第一点标样拉入光路，按（置数加）或（置数减）键，使显示器显示标样浓度按（确认）键，确 认此组数据。 将第二点标样拉入光路，按（置数加）或（置数减）键，使显示器显示第二点标样浓度值，按（确 认）键，确认此组数据。 浓度测量 将空白液及被测样品放在样品室内。 按（方式选择）键至透射比档。 在空白液时调 100 % T 及 0 % T（方法同透射比测量） 。 按（方式选择）键至浓度档。 （按 MODE 键使其左侧的 CONC 灯被点亮） 拉样品至光路中，显示应为样品在二点曲线下的浓度值。 注意：若要改为一点法，则在曲线档把（工作曲线选择）设在第一点，然后再浓度测量，此时即为 第一个标样所建标准曲线下的样品浓度值。 2. 注意事项 ⑴ 按下 100 % T 键后，仪器所有键被封锁，当调整 100 % T 结束后，显示 100.0（% T）或 0.000 （ABS）后键释放，此键只在透射比及吸光度档起作用。 ⑵ 应在全挡光的情况下调零，% T 只在透射比档起作用。 ⑶ 只有在建曲线状态下，工作曲线选择键、置数键（＋－） 、确认键才起作用。 ⑷ 置数加、置数减只在建曲线功能下起作用。 ⑸ 按确认键时要注意，显示器上的标样浓度值应为光路中样品的标样值，当置入另一点标样时应 注意改变光路中的标样，该键只在建曲线功能下起作用。6.5 液体饱和蒸汽压的测定一、实验目的（1）了解饱和蒸汽压的不同测定方法。 （2）在不同的外部压强下测定单组分液体的沸点，求得液体蒸汽压与沸点的关系，用作图法推求 摩尔汽化热。 （3）掌握克-克方程的应用条件。 （4）学会温度计露径校正的原理与方法。二、实验原理(1) 在一定温度下的封闭系统，液体与它的蒸汽达到平衡，这时的压强称为该液体在该温度下的饱 和蒸汽压。蒸发一摩尔液体需要吸收的热量，即为该温度下液体的摩尔汽化热。它们之间的关系，可以 用克劳修斯-克拉伯龙方程表示：d ln p ? vap H m ? dT RT 2(6-13)式中，p 为液体在温度 T 时的饱和蒸气压；T 为绝对温度；ΔvapHm 为液体摩尔气化热（J?mol-1） ；ΔvapHm 与 T 有关，但在温度变化不大时，可视为常数，则上式积分可得：ln p ?? ? vap H m RT17?C(6-14)表明 ln p 与 1/T 成直线关系，由图解法求得直线的斜率即可得到液体的摩尔气化热。 液体饱和蒸汽压的测量方法主要有三种： 1. 静态法：在某一固定温度下直接测量饱和蒸汽的压强。 2. 动态法：在不同外部压强下测定液体的沸点。 3. 饱和气流法：在液体表面上通过干燥的气流，调节气流速率，使之能被液体的蒸汽所饱和，然 后进行气体分析，计算液体的蒸汽压。 本实验利用第二种方法在不同外部压强下测定水的沸点（装置如图 6-14） 。 (2) 使用温度计测温时，除了要对零点和刻度误差进行校正外(参见第八章第一节)，还应作露茎校 正。这主要是由于水银温度计是全浸式的，即水银柱须是完全置于被测体系中，但在实际测量温度时， 总有一段观察读数的水银柱要露出在较低的室温环境中， 使得水银柱的膨胀量较全浸状态时低， 即测定 值比全浸状态时略小。 温度计读数露茎校正的方法是，在测温的温度计旁再固定一支温度计 7（见图 6-14） ，用以读取露 茎的环境温度， 温度计 7 的水银球应置于测量温度计露出刻度至读数刻度那一段水银柱的中部； 在读观 测温度时同时读取温度计 7 上的读数，得到温度 t（观）和 t（环） ；根据玻璃与水银膨胀系数的差异， 露茎校正值为：?t（校正）/℃= 1.6?10-4? n? (t 观-t 环)。 式中 1.6?10-4 是水银对玻璃的相对膨胀系数，n 为露出部分水银柱的长。 则实际温度 t（真）= t（观）+ ?t（校正） 。 在测量过程中，由于 t（观）随外压的变化而变动，故温度计 G 的位置也应随着沸点进行调整，使 其水银球始终位于测温温度计露出水银柱的中部。三、实验仪器与试剂10 10 791．仪 器 动态法液体饱和蒸气压测定装置（包 括 ： 50℃ ~100℃精 密 温 度 计 （ 精 度 0.1℃） ，0~100℃普通温度计，烧瓶， 缓冲瓶， 水循环真空泵， 数显压差仪[1]， 电热套） 2．试 剂 蒸馏水[2] 3．其 它 滤纸条(2cm× 10cm)。69 8 5112 341图 6-14 动态法液体饱和蒸气压测定装置 1-真空泵，2-缓冲瓶，3-电热套，4-沸石，5-烧瓶，6-温 度计，7-温度计，8-纱布或滤纸条，9-旋塞，10-T 形三 通，11-数显压差计，四、实验内容（1）熟悉实验装置，掌握真空泵的原理和正确使用，了解系统各部分及放气塞的作用，读当日大 气压。 （2）清洗烧瓶。在烧瓶内加二分之一的蒸馏水及几粒沸石。用纱布或滤纸条包裹测温的温度计头。 插入温度计，并使水银球的三分之一浸入水中，使水能沿滤纸条上吸。包裹滤纸条的作用是：一者，滤 纸条增大了液体蒸发的面积和速率，当液体受热时，能在滤纸上快速的蒸发，迅速建立气―液平衡；二 者，水银球处在滤纸所包围的气氛中，可以避免由于过热而使沸点读数偏高。 用橡皮筋将温度计 7 与温度计 6 固定在一起，但 7 要能移动，用于露茎校正。 （3）系统检漏。启动真空泵，系统减压 40～50 KPa 后关闭真空泵，系统能保持 5 分钟压强不发 生变化，则属正常。否则，检查各连接处是否漏气，用少许真空酯涂在漏气处。 （4） 测定水在不同外压下沸腾的温度。 启动真空泵， 让体系压强低于环境压强约 40～50 KPa 左右。18加热至平稳沸腾，调整温度计 7 的水银球于温度计 6 汞柱露出部分的中部。隔 2～3 分钟读数，两次读 数基本没有变化时，表示水银球外部已建立了气 ―液平衡，记录相应的压强差和沸点 t(观)（精确到 0.01 ℃ ）以及作为露出校正用的温度计的温度 t（环） 。 小心打开通大气旋塞 9，吸入少量空气，使系统压强增加 3～5 KPa，这时温度计示数随之升高。待 重新建立气―液平衡后，记录所需数据。如此重复下去，直至系统压强与室内压强相等为止，得 8~10 组左右数据。五、结果与分析（1）数据记录与处理表 6-6 t（观） /℃ t（环） /℃ Δ（ t 校正） /℃ 不同蒸汽压下的平衡温度及数据处理 t（真实）4 /℃【 】1/T /K-1Δp /KPap = p0-Δp /KPaln[p/KPa]正常沸点[3，4]0 ， 室温： ℃ ， 露出部分起始读数：p0 ℃ ， 大气压 p0： ℃ KPa注： 液体样品： 正常沸点测定值：℃ ， 正常沸点理论值：℃ ，温度计刻度校正值：（2） 作 ln[p/KPa]～1/T 图， 得斜率=注释： [1] 数据处理过程中注意DPa‖和DmmHg‖的换算。， ΔvapHm =。 ΔvapHm 文献值为。[2] 本实验也可以测定其他各种纯液体，如乙醇、丙酮等的蒸气压和平均摩尔气化热。 [3] 测定大气压下的正常沸点值，可对温度计进行刻度校正。 [4] 若温度计刻度不准，t（真实）相应的还应当进行刻度校正。 思考题 1． 克-克方程在哪三个条件下才适用？ 2． 怎样确定气―液达到平衡？温度计读数为什么要进行校正？如何校正？ 3． 压差仪中的示数就是饱和蒸汽压吗？ 4． 温度计水银球包滤纸有何作用？为何电热套温度更高的多却不会影响气-液平衡温度？ 5． 在体系中安置缓冲瓶有何目的？如何检查漏气？ 6． 汽化热与温度的关系如何？ 7． 测量仪器的精确度是多少？估计最后汽化热的有效数字。6.6 恒温槽的调节和液体粘度、密度的测定19一、 实验目的（1）了解恒温槽的组成构造及原理。 （2） 熟练掌握恒温槽的调节。 （3） 掌握对比法测粘度的原理和方法。 （4） 掌握对比法测密度的原理和方法。二、实验原理（1）恒温槽的工作原理 实验室中通常用恒温槽来准确控制温度、维持恒温。常用的水浴恒温槽 主要由温度调节器（如汞定温计） 、温度控制器（如电子继电器） 、电加热器、搅拌器、精密温度计组成。 它主要是通过灵敏的间歇加热方式来维持恒温槽内温度基本恒定。 当水浴温度未达设定温度时， 温度控 制器内加热器开关打开，加热器对水体进行加热。升温后，当水浴温度达到设定温度时，温度控制器关 闭加热器，温度不再上升。由于槽温比室温高，恒温槽散热降温，一旦水温略低于设定温度，灵敏的感 温元件立即将信号传至温度控制器中，温控器立即作出反应又使加热器加热。由此，加热器可以在设定 温度附近很窄的温度范围内一直维持着D通电―断电‖的往复操作，使恒温槽能长时间的保持精确恒温。 （2）毛细管法测定粘度原理（参见相关背景知识） 3 9 4 用奥式粘度计测粘度 η，依泊肃叶(Poiseuille)公式：8????ghr t4278VL（6-15）16若两种液体在同一只粘度计中测定，在毛细管半径 r、加入液体体积 V、温度、液位差 h 等条件相同的情况 下，有5图 6-15 粘度与密度测定装置 1-超级恒温槽 2-大烧杯 3-奥氏粘度计 4-外 循环恒温水 8-刻线 9-毛细管 5-垫块 6-比重瓶 7-瓶塞（6-16）当已知标准液体的粘度 η1、 两种液体的密度 ρ1、 ρ2， 测定两种液体的流经时间 t1 和 t2，即可算出 η2。 （3）液体密度测定原理 应用比重瓶进行测定。在体积一定的比重瓶中，分别盛入已知密度为 ρ1 的参照样品 1 和待测样品 2，恒温后，称量所盛液体的质量 m1 和 m2，则有 ρ2 = ρ1 m2/m1 （6-17）三、实验仪器和试剂1．仪 器 超级恒温槽 0~50 ℃ 精密温度计 锥形瓶（250 mL） 吸量管（10 mL） 比重瓶 秒表 2．试 剂 无水乙醇（AR） 10% NaCl 水溶液烧杯（2000 mL） 奥式粘度计四、实验内容（1）熟悉恒温槽的结构原理与调节方法，熟悉奥式粘度计的结构和使用方法（见背景知识部分） 。20（2）精确调节恒温槽温度为 30.00 ℃ （或其它设定温度） ，要求精度达± 0.02 ℃ 。观测最高温度和最 低温度值。考察恒温槽灵敏度的影响因素。 （3）取 100 mL 水于 250 mL 锥形瓶中，测量水温随时间的变化，考察样品置于恒温介质中达恒温 所需时间。 （4）乙醇粘度测定[1]：精确吸取 10 mL 无水乙醇于干燥粘度计中，垂直放入 30.00 ℃ 恒温槽中，恒 温 10 min 后，测定吸起的液体流粘度计经细管的两个刻度所需时间。平行测定三次（误差在 0.3 s 内） 。 回收乙醇，烘干粘度计。以同样步骤测水的流经时间。 （5）10% NaCl 水溶液密度测定 将比重瓶洗静，烘干。连瓶塞在分析天平上称量，得空瓶质量 g1。然后将蒸馏水注入瓶内，盖上 瓶塞，30.00 ℃ 下恒温 15 min。用滤纸将超过刻线的液体吸去，控制液面刚好在刻线上。从恒温槽中取 出比重瓶，小心的用干布或滤纸檫干外表水，称重，记为 g2。则比重瓶中装水质量 m1= g2 - g1。 倒出比重瓶中的水，用少量待测样液淌洗三次，按上法测定在温度、体积一定的条件下比重瓶中所 装液体样品的质量 m2。 。五、结果与分析（1）将恒温槽的性能与粘度、密度测定数据记入表 6-7 。计算乙醇的粘度和 10% NaCl 的密度。表 6-7 恒温槽的调节 观测项目 最高温度 /℃ 观测温度 /℃ （三次） 最低温度 /℃ 流经时间 /s (三次) 平均流经时 间/s ρ【2】恒温槽的性能与粘度、密度测定 乙醇粘度的测定 10%NaCl 密度的测定 乙醇 m(瓶) /g m（瓶+ NaCl 溶液） /g m（瓶+水）/g ρ（水）-1液体名称水平均温度 /℃ 平均槽温 /℃ 恒温精度 /℃ 注：搅拌功率：/ g? mL η/ g? mL-1 （ ρ NaCl 溶液） / g? mL-1 （强或弱档）/mpa.s （强或弱档） 加热功率：（2）恒温过程样品温度的变化规律。表 6-8 时间/min 温度/℃ 时间/min 温度/℃ 11 12 13 14 15 …… 0 1 2 3 锥形瓶内水温随恒温时间的变化 4 5 6 7 8 9 10在坐标纸上画出水温随恒温时间的变化曲线，说明锥形瓶内的水在恒温过程的升温规律。注释： 21[1] 实验过程中，先测乙醇的粘度和密度，再测水的，粘度计的烘干更为快捷。 [2] 不同温度下水和乙醇的密度参见附录八（四） 。 思考题 1． 哪些因素影响恒温槽的精度？ 2． 如何用汞定温度计调节恒温槽到指定温度？ 3． 用奥氏粘度计对比法测定粘度时，1）粘度计为何要先烘干？ 2）为何要用同一根粘度计测？ 3）测定时粘 度计为何要浸在恒温槽中测？ mL？ 4）粘度计为何要垂直浸入恒温槽？ 7）平行测定误差要在 0.3 s 内？ 5）加入的水和乙醇体积都要一样的 10.00 6) 流经时间要大于 100 s？4． 锥形瓶内水的恒温时间与哪些因素有关？【相关背景知识】 恒温槽在科学研究中，许多待测的数据如折射率、粘度、电导、蒸汽压、电动势、化学反应速率常数、电 离平衡常数等都与温度有关， 这些实验都必须在恒温的条件下进行。 实验室中通常用恒温槽来准确控制 温度、维持恒温。一、基本原理一般恒温槽的温度都相对的稳定。为使恒温设备维持在高于室温的某一温度，通常是依靠恒温控制 器来控制间歇加热的方式，使散热引起的热损失得到补偿。当恒温槽因热量散失而温度降低时，恒温控 制器就驱使恒温槽中的电加热器工作，待加热到所需要的温度时，它又会使电加热器停止加热，使恒温 槽温度保持恒定。二、仪器结构图 6-16 是一种恒温装置结构示意图。它由浴槽、加热器、搅拌器、温度计、感温元件、恒温控制 器等组成。 （1） 浴槽：通常用的是 10 dm3 的圆柱形或 不锈钢容器。槽内放液体介质。用液体介质热容 量大、导热性好，可使温度的控制稳定性和灵敏 度大为提高。根据温度控制的范围，一般采用下 列液体介质： -60 ℃ ～30 ℃ ――乙醇或乙醇水溶液。 0℃ ～90 ℃ ――水。80 ℃ ～160 ℃ ――甘油或甘油 水溶液。70 ℃ ～200 ℃ ――液体石蜡、硅油等。 （2）加热器：常用的是电加热器。电加热器 的通电与断开由电子继电器进行自动调节。一般 恒温槽加热功率应可调，具体应根据恒温槽的容 量、恒温控制的温度以及和环境的温差大小来决 图 6-16 恒温槽结构示意图 定。一般实验开始时，为尽快升温达到设定温度， 1-浴 槽 2-加热器 3-搅拌器 4-温度计 可采用较大的加热功率。当温度逐渐接近恒温温 5-感温元件 6-恒温控制器 7-精密温度计 度时，则采用较小的加热功率，以减少热滞后现 象，提高恒温的效果和精度。恒温时最好能使加 热和停止加热的时间各占一半。22（3） 搅拌器： 一般采用电动搅拌器。 搅拌器安装的位置， 桨叶的形状对搅拌效果都有很大的影响。 搅拌器应安装在加热器附近，使加热后的液体能及时混合均匀。搅拌桨叶应是螺旋桨式的或涡轮式的， 且有适当的片数、直径和面积，以使液体在恒温槽中循环，保证恒温槽整体温度的均匀性。超级恒温槽 中用循环泵代替搅拌，效果也很好。 （4） 温度计：恒温槽中常以一支精密温度计测量恒温槽的准确温度。恒温 槽的灵敏度可用贝克曼温度计测量。 （5） 温度调节器：恒温槽需靠感温元件将温度转化为电信号而输送给控制 元件，然后由控制元件发出指令让电加热元件加热或停止加热。 普遍使用的一种感温元件是接触式温度计(也称汞定温计)，如图 6-17 所示。 该温度计的下半段类似于一支水银温度计，上半段是控制用的指示装置，温度计 的毛细管内有一根金属丝和上半段的螺母相连，它的顶部放置一磁铁，当转动磁 铁时，螺母即带动金属丝沿螺杆向上或向下移动，由此调节触针的位置。在接触 式温度计中有两根导线，分别与金属丝和水银柱相连，另一端则与温度控制系统 相连。 （6）温度控制器：恒温槽的控温器是电子继电器，它与接触式温度计相配 合，起自动开关的作用。当恒温槽的温度低于接触式温度计所设定的温度时，水 银柱与触针不接触，继电器由于没电流通过或电流很小，这时继电器中的电磁铁 磁性消失， 衔铁靠自身弹力自动弹开， 将加热回路接通进行加热。 随着水温升高， 水银膨胀，一旦水银柱与触针接触，汞定温度计的两根引出线 4 为接通状态，继 电器中的电磁铁产生的强大电磁力将加热回路的衔铁开关断开，加热器停止加 热，这样交替地导通、断开、加热与停止加热，使恒温水浴达到恒定温度的效果。 恒温装置不可避免地存在着一定的滞后现象，如温度的传递、感温元件、继 图 6-17 接触温度计的 电器、电加热器等的滞后，使恒温槽控制的温度存在一定范围的波动。恒温槽装 构造图 置内的各个部件的布局、搅拌器的效率、恒温槽的大小等因素对恒温槽的灵敏度 1- 调节帽 2- 调节固 也有一定的影响。一般布局原则是：加热器与搅拌器应放得近一些，这样利于热 定螺丝 3- 磁铁 4量的传递和整个恒温槽内热量的均匀分布。感温元件应与测温温度计相靠近，以 螺杆引出线 4’- 水 正确地确定温控温度，并且不宜太靠近边缘。 银槽引出线 5- 标铁 恒温槽温度波动范围越小，槽内各处的温度越均匀，恒温槽的灵敏度就越高。一般恒温槽的控温精 6- 触 针 7- 刻 度 板 度可达± 0.1 ℃ ，最高达± 0.05 ℃ 。 8-螺丝杆 9-水银槽。三、应用汞定温度计进行恒温调节的方法（1）于恒温槽中装好精密温度计等附件后，旋转调节帽 1，调节汞定温计至指示铁的上沿所指温 度较指定控制温度低约１～２℃ 。接通电源，开通搅拌器，这时红色指示灯亮，显示加热器在工作。 （2）当红灯熄灭后，观察精密温度计示值，按其与指定控制温度的差值进一步调整汞定温计。一 般越接近指定控制温度，汞定温计的调整帽的旋转幅度越小，逐步逼近，直到达规定值。这时略微沿正 向和反向转动调节帽，能使红绿灯交替出现。扭紧调节帽上的固定螺钉，固定调节帽的位置。连续观察 数次红灯和绿灯出现时的温度示值，其平均值与规定温度相差应不超过 0.05 ℃ 。 需要注意在调节过程中不能以汞定温度计的刻度为依据，必须以标准温度计为准。四、SYC-15C 超级恒温槽的使用SYC-15C 超级恒温槽采用稳定性能较好的热敏电阻作为感温元件，感温时间较短、使用方便、调 速快、精度高，使用时其只需要将此感温元件（探头）放在所需的控温部位，就能在控温的同时，从测 温仪表上精确地反应出被控温部位的温度值。控温仪是由感温电桥、交流放大器、相敏放大器、控温执 行继电器四部分组成。使用方法如下：23（1）加热器、搅拌器开关置于D关‖位置后，接通电源，按下电源开关，此时指示灯和显示器应均 有显示。 （2）按D工作/置数‖钮至D置数‖灯亮，依次调D×10、× 1、× 0.1、×0.01‖键，设置需要恒定温度的精 确数值。 （3）在D置数‖灯亮时，还可设置定时报警（用定时增、减键设置所需定时时间，范围：10s～99s） ， 方便定时记录；该功能不需要时可不设置。 （4）将加热器、搅拌器开关置于D开‖位置，按D工作/置数‖钮至D工作‖灯亮，此时加热器、搅拌器 处于工作状态，实时温度显示水温的变化。 （5）开始加热时加热开关一般先置于D强‖的位置，当接近设置温度时，置于D弱‖档，以免温度过 冲，这时控温精度可达± 0.0２℃ ；搅拌速率根据需要设定。 （6）恒温槽后面的出水和进水口可以用于对外部仪器恒温。当不需要外恒温时，开机前必须用橡 皮管封闭连接，以免水的喷出。 注意：D置数‖状态时，加热器不工作；搅拌器不受电源开关控制；仪器使用完毕后，将所有开关置 于D关‖位，拔去电源插头。粘度计一、基本原理粘度是指液体对流动所表现的阻力， 这种力可以看作是在流动着的液体层之间存在着切向的内部 摩擦力。当相距 ds 的两个液层以不同速度流动时，产生的流速梯度为 dv/ds。维持流速所需的力为： f’ = η? A? （dv/ds） （6-18） 式中，A 为接触面积。如果 f= f’/A，则 f = η? （dv/ds） （6-19） 式中，η 称为液体的粘度系数，简称粘度。在 C.G.S 制单位中粘度系数的单位为 D泊‖（Ｐ，1Ｐ＝１ dyn? s? cm-2） ，在国际单位制（ＳＩ）中用帕斯卡秒(Pa? S)表示，1Ｐ=０.１Pa? S。 测定粘度的方法主要有毛细管法、转筒法和落球法。 若液体在毛细管粘度计中，泊肃叶(Poiseuille)得出液体流经毛细管的速度与粘度系数之间存在如下关系式:（6-20）式中，η 为液体的粘度；ρ 为液体的密度；L 为毛细管的长度；r 为毛细管的半径；t 为流出的时间；h 为流过毛细管液体的平均液柱高度；V 为流经毛细管的液体体积；m 为毛细管末端校正的参数(一般在 r/L&&1 时，可以取 m=1)。 对于某一只指定的粘度计和固定的液体量而言，(6-20)式可以写成：(6-21) 式中，B&1。当流出的时间 t 在大于 100 s 时，该项可以从略，则????ghr4 t8VL24(6-22)按(6-22)式直接实验测定液体的绝对粘度较困难，但测定液体对标准液体(如水)的相对粘度却简单实用。 在已知标准液体的绝对粘度时，即可算出被测液体的绝对粘度。 设两种液体在本身重力作用下分别流经同一毛细管， 若每次取用试样的体积一定， 流出的体积相等， 则可保持实验中 h 相同，因此可得：(6-23) 当已知样品的密度和标准液体的粘度、密度时，测定两种液体的流经时间 t1 和 t2，可得到被测液体 的粘度。实验中通常是以纯水为标准液体，利用奥氏粘度计或乌氏粘度计（图 6-18）测定样品在一定 温度时粘度。二、奥氏粘度计的使用方法（ 1 ）粘度计的洗涤 先将洗液加入粘度计 内，并使其反复流过毛细管部分。然后将洗液倒 入专用瓶中，再顺次用自来水、蒸馏水洗涤干净。 烘干。 (2) 调节恒温槽到指定温度。 (3) 用移液管取 10 mL 样品放入粘度计中， 然 后将粘度计垂直固定在恒温槽中，恒温 10 分钟。 (4) 在 1 管上端套上干燥清洁橡皮管， 在橡皮 管口用吸耳球将样品抽吸至 C 球中部，取下吸耳 球，此时溶液顺毛细管而流下，用秒表测定液体 流经刻度 m1 至 m2 所需的时间。重复同样操作， 奥氏粘度计 乌氏粘度计 测定 3 次，每次的时间相差不超过 0.3 sec。 图 6-18 双管和三管粘度计 (5) 倒出粘度计中的样品，用热风吹干，再用另 一支移液管取 10 mL 蒸馏水放入粘度计中，与前 述步骤相同，测定蒸馏水流经 m1 至 m2 所需的时间。要求同前。三、乌氏（Ubbelonde）粘度计的使用方法（1）粘度计的洗涤 同二（1） 。 （2）流经时间的测定 开启恒温水浴，并将粘度计垂直安装在恒温水浴中用移液管吸取一定量样 品，从 A 管注入粘度计 F 球内，在 C 管和 B 管的上端均套上干燥清洁橡皮管，并用夹子夹住 C 管上的 橡皮管下端，使其不通大气。在 B 管的橡皮管口用吸耳球将样品从 F 球经 D 球、毛细管、E 球抽至 G 球中部，取下吸耳球，同时松开 C 管上夹子，使其通大气。此时 D 球内的溶液即回入 F 球，使 B 管以 上的液体悬空。此时溶液顺毛细管而流下，当液面流经刻度 a 线处时，立刻按下停表开始记时，至 b 处则停止记时。记下液体流经 a、b 之间所需的时间。重复测定三次，偏差小于 0.3 s，取其平均值。 （3）由于 C 管通大气后，B 管以上的液体悬空，因此乌氏粘度计毛细管液体的平均液柱高度 h 为 固定值，与加液量无关。一些液体样品可以直接在粘度计中稀释后，测定不同浓度的粘度。四、注意事项（1）测定过程中粘度计上面的球体要没入恒温水中，保证抽吸时液体温度恒定。25（2）毛细管粘度计的毛细管内径选择，可根据所测物质的粘度而定。内径太细，容易堵塞。内径 太粗，流经时间太短，测量误差太大。一般选择测水时流经毛细管的时间在 120 s 左右为宜。 （3）应用对比法测定粘度的前提是加入标准物及被测物的体积应相同，h、L、r 和温度相同，实 验中注意保持这些条件的恒定。 （4）粘度计一定要垂直地置于恒温槽中，倾斜会造成液位差变化，引起测量误差，同时会使液体 流经时间 t 变大。6.7 二元液系相图的绘制一、实验目的（1）测定以水―正丙醇为例的二元液系相图，确定其最低恒沸点温度及恒沸物的组成。 （2）加深对二元液系相图的种类、特点、恒沸物、杠杆规则的理解。 （3）熟练掌握阿贝折射仪的使用。 （4）学会利用折光率与物质组成的关系曲线测定物质组成。 （5）掌握超级恒温槽的原理、恒温调节方法及外循环恒温技巧。二、实验原理相图的绘制具有非常重要的实践意义。例如，在石油工业和溶剂的生产过程中，常利用气-液相图 来指导并控制分馏、精馏的操作条件，使液体混合物得以有效的分离。 在常温下，两液态物质混合而成的体系称为双液系。两液体若只能在一定比例范围内互相溶解，称 为部分互溶双液系，若能以任意比例相互溶解，则称为完全互溶双液系。例如：苯－乙醇体系，正丙醇 －水体系，环己烷―乙醇体系都是完全互溶双液系，苯酚－水体系则是部分互溶双液系。 完全互溶双液系的温度―组成的相图可分为三类：(1) 溶液沸点介于两纯组分之间；(2) 具有最低 恒沸点；(3) 具有最高恒沸点。其图形分别如图 6-19 (a)、(b)、(c)所示。(a)(b) 图 6-19 完全互溶双液系的三类温度―组成相图(c)对于第一类双液系， 一般低沸点组分在气相中的相对含量总比在液相中更大， 因此可用多次蒸馏或 精馏的方法，使两组分互相分离。 实际溶液由于两组分的相互影响，常与拉乌尔定律有较大的偏差，这时在 T―x 图上有最低或最高 恒沸点出现。如：盐酸―水体系具有最高恒沸点；正丙醇―水、苯―乙醇、环己烷―乙醇等体系具有最26低恒沸点。与恒沸点相应的溶液称为恒沸物，其蒸汽与液相的组成完 全相同。对于这类的双液系，用精馏法只能从溶液中分离出一种纯组 分和恒沸物。恒沸物则不能用精馏法直接分离。 本实验通过测定二组分体系在整个浓度范围内不同组成的溶液的 气、液相平衡组成及其沸点，得到气、液相的相点(例如图 6-19（a） 中，沸点 t1 下，气相点 v1 对应的组成为 xB(v)，液相点 l1 对应的组成为 xB(l))，把气相点、液相点连接成平滑的曲线，就可绘制出 T―x 相图。 实验采用的沸点仪(图 6-20)为一只带有回流冷凝管的长颈圆底烧 瓶， 冷凝管底部有一球形小室 D， 用以收集冷凝回流下来的气相样品。 液相样品则通过烧瓶上的支管 L 抽取。温度计水银球须一半浸在液面 图 6-20 沸点仪 下，一半露在蒸气中，并在水银球外围套一滤纸条，可以减少周围环 A-盛液容器，B-测量温度计， 境（如空气流动或其它热源的辐射）对温度计读数影响，测得的温度 C-导线瓷套，D-小球，E-电热丝， 即为气液两相的平衡温度[1]。 F- 回流冷凝管， G- 露径校正温度 气、 液相组成通过折光率分析法求得。 折光率是物质的特征参数， 计，L-液相取样支管 它与物质的本性、温度有关。若配制一系列已知组成的溶液，在恒定 温度下测其折光率，可作出折光率～组成工作曲线，则在测定出气、液相样液的折光率后，便可在工作 曲线上找出对应的气、液相的组成。三、实验仪器和试剂1． 仪 器 FDY 双液系沸点测定仪一套 超级恒温槽 量筒（50 mL） 吸量管（10 mL） 2． 试 剂 正丙醇（A.R.） 3． 其 它 吸耳球 擦镜纸阿贝折射仪 取样吸管数根四、实验内容（1）熟悉 FDY 双液系沸点测定仪、阿贝折射仪的安装和使用（背景知识部分） 。 （2）标准曲线的测定：配制含正丙醇质量百分比分别约为 100%、90%、80%…….10%、0%的溶 液，混匀。调节恒温槽温度为 35.00℃ （调节方法见实验 6.6） 。用外循环恒温水使阿贝折射仪棱镜腔恒 温。用纯水校正阿贝折射仪后（不同温度下水的折射率见附录八（五） ） ，测量上述溶液的折光率。 （3）正丙醇沸点的测定：在沸点仪中加入 25 mL 正丙醇，使电加热丝全部浸没在溶液中，准确放 置好温度计。打开冷却水，插上电源，调节加热功率使溶液缓慢升温。待温度基本恒定后，记录平衡温 度 t。 （4）停止加热[2]。待液体冷却后，用 10 mL 移液管移取 0.25 mL 水，从支管加入烧瓶中，继续加 热至沸。保持沸腾约 10 min，使冷凝管下端的小球 D 收集的冷凝回流液充分地冲刷更新。当温度计上 的读数恒定时，表明体系处于两相平衡状态，记录平衡温度。停止加热。稍冷却后，先用干燥的吸管自 冷凝管中取出小球 D 内的气相冷凝液，测气相组分的折光率，确定其组成。用另一支干燥吸管从支口 中取样测定液相组成[3,4]。 （5）继续依次向烧瓶中加入 1.25mL、2.25mL、5.0 mL 水，按步骤（4）逐一进行测量，分别得到 不同组成时的气相、液相的折光率及沸点[5]。 （6）把该混合液回收于试剂瓶中，用蒸馏水洗涤烧瓶，然后加入 20 mL 蒸馏水，测量水的沸点。 逐一加入 0.25mL、1.25mL、3.0mL、15.0 mL 正丙醇，改变体系的总组成，分别测量其气液平衡时的沸27点和各个样品的折光率[6]。五、结果与分析（1） 标准曲线的绘制。表 6-9 折光率～正丙醇水溶液的组成的关系 w(丙醇)/% 折光率 n 测定温度： ℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100在坐标纸上绘制该温度下折光率～正丙醇水溶液组成的工作曲线[7]。 （2）相平衡温度和气相、液相的折光率测定及数据处理。表 6-10 水加入 编号 1 2 3 4 5 量/mL 0 0.25 1.25 2.25 5.025 mL 正丙醇中加入不同量水的沸点和气相、液相的折光率及对应的组成t（观） /℃ t（环） /℃ t（真） /℃ 气相组成分析 折光率 w(丙醇)/% 液相组成分析 折光率 w(丙醇)/%加水总量 /mL 0 0.25 1.5 3.75 8.75表 6-11 丙醇加 编号 1 2 3 4 5 入量/mL 0 0.25 1.25 3.0 15.020 mL 水中加入不同量正丙醇的沸点和气相、液相的折光率及对应的组成t（观） /℃ t（环） /℃ t（真） /℃ 气相组成分析 折光率 w(丙醇)/% 液相组成分析 折光率 w(丙醇)/%丙醇加入 总量/mL 0 0.25 1.5 4.5 19.5（3）相图的绘制：由测得的各气相、液相样品的折光率，从工作曲线上查找出其对应的组成。分 别把气相点、液相点连接成平滑的曲线，并顺延交于一点，作出相图并得出最低恒沸点的温度和组成。注释： [1] 用水银温度计测温时需按记录表进行露径校正，采用用触点温度计时则不需做露径校正。要求精确时还应进行 压强校正。 [2] 正丙醇为易燃品，必须注意防火安全，取样前应先停止通电。一旦失火，及时用湿布封堵管口灭火。 [3] 做好本实验的关键是温度的准确控制和折光率的测定。一定要使体系达到气液平衡，即温度读数稳定再取样。 折光率的测定要求快速、准确，确保取样、测定过程中组成不会发生改变。 [4] 注意保护阿贝折射仪的棱镜，不能用硬物触及（如滴管） ，擦拭棱镜需用擦镜纸。 [5] 为了使试剂能重复使用，实验室也可预先配置一系列定组成的水-丙醇混合液供试，每组样品测定完后倒回原试 剂瓶。 28[6] 在实验过程中，可观察到由正丙醇―纯水体系汽相、液相的折光率将向着降低或升高的方向移动，起初气液两 相折光率的读数相差较小，随后相差慢慢增加，又慢慢减小，直至相等，此时溶液对应最低恒沸点混合物组成。该 体系的最低恒沸点在 87 ℃ 左右，正丙醇含量在 69～71%之间。 [7] 本实验的标准曲线为一光滑曲线，不是直线。 思考题 1． 液态完全互溶的二元液系相图有那几类？ 2． 什么是恒沸物？有何特点？ 3． 如何判断气液已达到平衡？ 4． 实验成败的关键在于测定折光率时组成是否改变。有哪些错误的操作可引起这一结果？ 5． 实验过程中哪些仪器必须预先干燥？ 6． 温度计读数露茎校正的原理和方法？ 7． 实验过程中未按操作步骤准确加入计量的药品，对实验结果有何影响？ 8． 沸点仪中 D 贮槽过大或过小，对测量有什么影响？ 9． 温度计的水银球应该处于什么状态？ 10．什么情况下才能取样？ 11．试写出沸点的压强校正公式。【相关背景知识】 FDY 双液系沸点测定仪FDY 双液系沸点测定仪主要用于完全互溶的二元体系相图的绘制。掌握了气－液相图，可以用于 指导并控制分馏、精馏的操作条件，使液体混合物有效分离，相图的绘制在石油工业和溶剂、试剂的产 生过程中有重要的实际意义。一、基本原理两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。 两个组分若能按任意比例互相溶解， 称为完全互 溶双液系。在一定的外压下，纯液体的沸点有其确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两 种液体的相对含量有关。 二组分体系有温度、压强和组成三个变量，在压强一定时，根据相律， 自由度 = 组分数 - 相数 + 1 = 3 - 相数 当达到气－液两相平衡时，则只有一个独立变量。一旦平衡温度确定，则组成（气相和液相组成） 必有相应的确定值，或说气相和液相组确定成，平衡温度也必随之确定。测定一系列不同配比溶液的沸 点及气、液两相的组成，就可以绘制出气－液体系的相图。二、仪器结构FDY 双液系沸点测定仪包括数字恒流源、WLS 精密数字温度计和玻璃沸点仪三部分（图 6-21） 。沸 点仪为一只带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶， 冷凝管底部有一球形小室 D， 用以收集气―液两相平衡时 冷凝下来的气相样品。液相样品则直接通过烧瓶上的支管抽取。WLS 数字恒流源可以提供可调的加热 功率，避免液体的过热。气―液两相平衡温度直接由精密数字温度计读出。29图 6-21FDY 双液系沸点测定仪连接示意图三、使用方法（1） 对于 A、B 二组分系统相图的绘制，可分成两部分进行。先量取 20 mL 组分 A 从侧管加入蒸 馏瓶内，将精密数字温度计的温度传感器插入蒸馏瓶内，并使传感器加热丝浸入溶液内。 （2） 将输出线一端与恒流源两输出端DⅠ +‖、DⅠ -‖接牢，另一端鳄鱼夹分别夹在加热丝两端（不分 DⅠ 。 +‖，DⅠ -‖） （3）接通冷凝水。将恒流源粗调旋钮，细调旋钮左旋到底（输出功率最小） 。打开恒流源和 SWJ 精密数字温度计电源开关，此时温度计显示为常温下溶液温度。调节恒流源粗调旋钮，使加热丝对液体 加热。电压（V）显示值与电流（A）显示值乘积即为所调输出功率。此时精密数字温度计显示值不断 上升。 （4） 因最初蒸发并在冷凝管下端小槽内收集的液体不是平衡气相的冷凝液，因此在回流过程中， 须不时将小槽中气相冷凝液倾回蒸馏瓶内（至少重复三次） ，待温度稳定后，再维持 3～5min，记下纯 A 样的沸点。 （5） 通过侧管加入 0.5 mL B 样于蒸馏瓶中，同上法，加热至温度基本不变时，记下沸点。切断电 源，停止加热。用洁净干燥的吸管从小槽中取出全部气相冷凝液，从侧管处吸出少许已冷却的液相作为 体系平衡时气、液两相的样品，迅速测定其折光率，通过对照折光率～组成的标准曲线确定其组成。为 防止挥发，样品的转移、测定要迅速。 （6） 同上法依次测定添加不同量 B 样时溶液的沸点和气、液相的折光率（组成） 。 （7） 同步骤（1）～（6）测定纯 B 样和 B 样中添加不同量 A 样时溶液的沸点和气、液相的折光 率（组成） 。 （8） 关闭仪器和冷凝水，将溶液倒入回收瓶。四、注意事项（1）加热丝一定要被测液体浸没，否则通电加热时可能会引起有机液体燃烧。 （2）加热功率不能太大，加热丝上有小气泡逸出即可。30（3）加热丝不能与传感器相碰，加热丝与传感器也不能与瓶壁相碰。 （4）测量过程中如需观测某一时间点的温度值，可按D测量/保持‖键，保持指示灯亮，温度值则维持这 一时间点的温度值不变，再按一下D测量/保持‖键，测量指示灯亮，仪器自动进行温度跟踪测量。如需 观测某一时间段的温度变化绝对值， 可在记录下当前时间的同时按下D采零‖键， 系统对温度显示值清零， 随后显示值温度变化值；按 D复位‖键，仪器恢复跟踪测量状态。折光仪参见实验 4.9 的相关背景知识部分，p 页。6.8 电解质溶液的电导一、实验目的（1）掌握电导测定的原理和方法。 （2）掌握电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率的概念及其相互关系。 （3）了解电导测定的一些应用。 二、实验原理 电解质溶液属第二类导体，它是靠正负离子的迁移传递电流。溶液的导电本领，可用电导来表示。 将电解质溶液放入两平行电极间，两电极距离为 L，两电极面积为 A，这时溶液的电导 G 是：G?1 A = ? R L（6-24）式中电导 G 即电阻的倒数，单位为西门子（S 或 Ω-1） ；κ 称为电导率，为电极面积为 1 m2，电极距 离为 1 m 时两极间的电导，亦即电阻率的倒数。SI 单位为 S? m-1。 电解质溶液的电导率不仅与温度有关，而且还与溶液的浓度有关。因此常用摩尔电导率 Λm 来衡量 电解质溶液的导电本领。摩尔电导率的定义式是该溶液的电导率与其浓度之比。 Λm =?c（6-25）其物理意义表示两个相距 1 m 的电极间含 1 mol 电解质的溶液时两电极间的电导率。单位为 S? m2? mol-1。 Λm 随浓度变化的规律，强弱电解质各不相同。强电解质的稀溶液符合科尔劳斯（Kohlrausch F）经 验公式： Λm =Λm∞ C A× c 式中，Λm∞为无限稀摩尔电导率，A 为常数。 测定不同浓度下强电解质的电导率，并将之转化为摩尔电导率 Λm，将 Λm 对 c 作图，外推可得其 Λm∞的值。 对弱电解质，导电离子数随溶液的稀释、电离度 α 的增大而增大，当溶液无限稀释时，弱电解质完 全电离，α=1，因而有： （6-26）?m ?m?? 1mol 电解质溶液中导电离子 数之比 ? ?（6-27）测定不同浓度下弱电解质的电导率，可求出对应的摩尔电导率 Λm。需要注意，弱电解质的电导率31较小，其真实的电导率应当用测得的溶液电导率减去电导水在同温度下的电导率。 κ（电解质）=κ（电解质溶液）- κ（H2O） （6-28） 根据离子独立运动定律，无限稀释电解质溶液的摩尔电导率等于无限稀释时阴、阳离子的摩尔电导 率之和： Λm∞=ν+Λm∞+ + ν-Λm∞（6-29） 由相关文献查出相应离子的极限摩尔电导率，计算出该弱电解质的极限摩尔电导率 Λm∞，由此可 算出不同浓度下的电离度 α，进一步可求出电离平衡常数 Kc。 Kc=c? 2 1??（6-30）三、实验仪器与试剂1． 仪 器 EC215 微电脑电导率仪（含电导电极） SYC-15C 超级恒温槽 移液管（25 mL） 2．试 剂 KCl 标准液（0.01 mol? L-1） HAc 标准液（0.1 mol? L-1） 3．其 它 吸水滤纸片 250 mL 烧杯（废液缸） 吸耳球 移液管架大试管四、实验内容（1）熟悉 EC215 微电脑电导率仪、SYC-15C 超级恒温槽（见实验 6.6 相关背景知识部分）的结构 原理与使用方法。将电极置蒸馏水中备用。 （2）用移液管移取 25 mL 0.01 mol? L-1 的 KCl 标准液于洁净干燥的大试管中，置于 25 ℃ 恒温槽中 恒温。插入电极。电极轻触试管底部，排出套内的气泡。同时以 250 mL 锥形瓶装电导水一并置于恒温 槽中恒温备用。 （3）调节 TEMPERATURE 到 2%/℃ ；选择合适的测量范围。 （4）恒温 15 min 后，旋转DCALIBRATION‖键，使显示屏上的数值与室温下 0.01 mol? L-1 KCl 标准 [1] 液的电导率值 1413 μS?cm-1 相等。摇动试管，重复读数和调整，至数值稳定止 。 （5）用移液管准确移入 25 mL 已恒温的电导水，使 KCl 溶液稀释一倍。摇动大试管使之充分混合 均匀，测定其电导率，重复摇动、测定三次[2]。用吸取 KCl 溶液的移液管从大试管中吸出 25 mL 溶液 弃去，补加 25 mL 已恒温的电导水，同上步骤测定。如此逐步稀释四次[3]，得五组数据。 （6）同法测定 HAc 溶液在五个浓度下的电导率。 （7）洗静电导电极，测定电导水的电导率。五、结果与分析(1) KCl 溶液的电导率和 Λm 的计算。表 6-12 不同浓度 KCl 水溶液的电导率及其摩尔电导率 c / mol? L-1κ/μS ?cm-1 1 2 3κ（平均） /μS?cm-1Λm /μS?m2? mol-1c0.0 0.0025 320.63 注：实验温度：作 Λm ~C的图，得 Λm∞（KCl）=。Λm∞（KCl）文献值为：。(2) HAc 溶液的电导率和电离平衡常数的计算。表 6-13 不同浓度 HAc 水溶液的电导率及其 Kc c / mol? L 0.1 0.05 0.025 0.3 注：实验温度： ， κ（水）= ，-1κ（溶液）/μS ?cm-1 1 2 3 κ（平均）κ（HAc） /μS?cm-1Λm /μS? m2? mol-1αKcKc（平均）=注释：。 Kc（文献）=Λm∞（HAc）= 。[1] 电导率仪的校正步骤即 KCl 溶液电导率测定的第一步。 [2] 在大试管中溶液不易快速混合均匀，必须混和至重复测的三次数据基本一致为止。 [3] 用移液管移出溶液时，会比移入的 25.00 mL 水多出管尖的一滴液体，重复稀释，会造成误差的积累。 思考题 1． 什么是溶液的电导、电导率和摩尔电导率？它们的相互关系如何？ 2． 影响电解质溶液导电能力的因素有哪些？ 3． 强、弱电解质的摩尔电导率与浓度的关系有何不同？4． 结合教材学习和你所完成的实验，谈谈电导率的测定有哪些应用？ 5． 比较电导法和酸度计法测定弱电解质电离平衡常数的特点。 6． 本实验过程中电导电极需要用蒸馏水洗涤、吸干吗？应当如何处理为好？【相关背景知识】 电导（率）仪用于测量溶液电导（率）的专用仪器，称为电导（率）仪。一、基本原理电导仪根据其作用原理，主要分为平衡电桥式和分压直读式两大类。 （一）平衡电桥式电导仪 这是测量电导的最简单的仪器，如雷磁 27 型和 D5906 型电导仪，均属此类。其作用原理如图 6-22 所示。 由标准电阻 R1、R2、R3 和电导池 Rx 构成惠斯顿电桥，由振荡器产生的电流从 A、B 两端通过电桥， 经交流放大器放大后，再整流将交流信号变成直流信号，推动电表。当电桥平衡时，示零器（电表）指33零，C、D 两端的电位相等，此时：Rx ?由此可求得溶液的电导 GG?R1 ? R3 R2（6-31）R2 1 ? Rx R1 ? R 3R2（6-32）式中 R1、R2 为比例臂，可选择 R 1 = 0.1，1.0 及 10.0 等；R3 是一个带刻度盘的可调电阻或精密的多位 数字电阻箱。图 6-22平衡电桥式电导仪原理图（二）分压直读电导仪 这是一种有利于快速和连续自动测量的电导仪， 如 EC215 实验室微电脑电导率仪和 DDS-11A 型电 导仪，其原理如图 6-26 所示。由振荡器输出的不随 Rx 改变而改变的交流电压为 U，则通过电导池（Rx） 及负载 Rm（分压电阻）回路中的电流强度 I 为： I? U Rx ? Rm 设 Um 为分压电阻 Rm 两端电位差则：U m ? IRm ?UR m Rx ? Rm图 6-26分压直读电导仪原理图当 RmRx 时，上式可简化为：Um ?UR m ? UR m G Rx34（6-33）当 Rm、U 一定时，Um 与 G 呈线性关系，因此可以利用测得分压 Um 以求得待测溶液的电导，通 常仪器表头的刻度直接给出 Um 变化所对应的电导值（或电阻值） 。二、仪器结构电导仪主要由电导池、测量电源、测量电路与指示器等部分组成，高精度的电导仪还有温度及电 容补偿电路，图 6-23 和图 6-24 分别为 EC215 实验室微电脑电导率仪和 DDS―11A 型电导仪的外型图。 EC215 微电脑电导率仪特点： 1.可测量 4 个范围， 即 0 ~ 199.9μS （199.9μS 键） ， 199.9 ~ 1999μS （1999μS 键） ，1999μS ~ 19.99 mS（19.99 mS 键） ，19.99 ~ 199.9 mS（199.9 mS 键） ，当从一个范围变到另一个范 围时，电导电极不必再次校准；2.电极是四环铂金玻璃抗腐蚀电极；3.仪器内含有温度敏感器和电路， 自动温度补偿，即根据溶液温度不同，它可自动补偿液体测量中的温度变化。温度系数可通过仪表上的 旋钮调整，温度系数从 0 到 2.5 %可调。图 6-23EC215 实验室微电脑电导率仪的外形图图 6-24DDS―11A 型电导率仪面板1.LCD 2. 电导校准钮 3. 199.9μ S 键 4. 19.99 mS 键 5. 199.9 mS 键 6. 1999μ S 键 7. 温度系数调节钮 8. ON/OFF 开关 9. 电源插座 10 .电极插座图 1. 电源开关 2. 指示灯 3. 高低周开关 4. 校正－测量开关 5. 电极常数调节器 6. 校正调节器 7. 10 mV 输出插口 11. 表头 8. 电极插口 9. 电容补偿调节器 10. 量程选择开关三、使用方法（一）EC215 实验室微电脑电导率仪 1. 仪器校准 将 12V 直流变压器插入电源插孔，插上电极，注意保持插座上的针孔接触良好。将 电导电极插入标准 KCl 溶液内（选择 KCl 溶液的电导要与被测溶液电导相近，可参见附录八DKCl 溶液 的电导率‖） ，注意电极上的小孔也刚好浸没在溶液内，把电极轻轻触容器底部，排出 PVC 套内可能产 生的气泡。按 ON/OFF 键打开仪器，选择适当的测量范围（注意：如果显示D1‖，表示超出范围，选择 下一个更高的测量范围） 。 通过仪器上的DTEMPERATURE COEFFICIENT‖钮来调节溶液的温度系数 （一 般调至 2 %/℃ ） ，几分钟后，旋转DCALIBRATION‖键，使显示屏上的数值与实验温度下相应浓度的 KCl 标准液的电导率值相等即可。 2. 确定溶液温度系数 将电极浸入样品溶液中（电极浸没溶液的深度与上面相同） ，旋 转 DTEMPERATURE COFFICIENT‖钮到 0 %，使样品和电极温度在 25℃ 条件下，并记录 25℃ 条件下的电 导读数。使样品和电极温度在 T℃ （接近 5℃~ 10℃ ）条件下，不同于 25℃ 条件下并记录 Ct 的电导读数。 温度系数 β 溶液的计算公式 β = 100×(Ct-C25)/(t-25)× C25 （6-34） 3. 样品的测定 将电极浸入样品溶液中 （电极浸没溶液的深度与上面相同） ， 旋转DTEMPERATURE COFFICIENT‖钮到与样品溶液的温度系数相同（若样品溶液的温度系数没有测定，一般调至 2 %） ，选 择适当的}