物理化学实验讲座-110920市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物物 理理 化化 学学 实实 验验/10/10第1页物理化学试验基本要求“物理化学试验”课程是化学系本科各专业主要基础试验课，目标在于培养学生掌握物理化学试验基本知识和方法，培养和提升学生操作技能、思维能力、分析和处理问题能力，经过试验教学，使学生加深对物理化学基本原理了解，提升利用物理化学理论知识能力。/10/10第2页一、一、试验预习（试验预习（10%10%）试验前预习是顺利完成试验基本确保，经过预习，要求对试验试验前预习是顺利完成试验基本确保，经过预习，要求对试验基本原理、试验方法、仪器使用、数据处理等方面内容做到心基本原理、试验方法、仪器使用、数据处理等方面内容做到心中有数，防止盲目地边看讲义边操作。中有数，防止盲目地边看讲义边操作。详细预习内容以下：详细预习内容以下：要求了解试验目标、试验方法、所用仪器设备等，掌握试验基要求了解试验目标、试验方法、所用仪器设备等，掌握试验基本原理、试验操作要领以及试验数据处理方法等。防止试验时本原理、试验操作要领以及试验数据处理方法等。防止试验时盲目性。盲目性。要求在预习本中预先画出规范数据统计格式，包含试验项目，要求在预习本中预先画出规范数据统计格式，包含试验项目，测试内容、测量次数等。测试内容、测量次数等。要求对预习时所碰到难点、疑点和构想等提出讨论，培养学习要求对预习时所碰到难点、疑点和构想等提出讨论，培养学习主动性和主动性。主动性和主动性。试验预习须在试验前按试验安排进行，没有预习者需当场预习、试验预习须在试验前按试验安排进行，没有预习者需当场预习、经过提问后才能参加试验。经过提问后才能参加试验。预习内容统计在专门预习本上，并保留至本试验课程结束。预习内容统计在专门预习本上，并保留至本试验课程结束。/10/10第3页二、二、综合表现（综合表现（10%10%）按时上课，迟到扣分，迟到三十分钟以上、早按时上课，迟到扣分，迟到三十分钟以上、早退和无故缺旷无成绩，不得补做试验。退和无故缺旷无成绩，不得补做试验。事假须有班主任以上老师签字假条，病假须有事假须有班主任以上老师签字假条，病假须有医院证实，补做试验后计算成绩。医院证实，补做试验后计算成绩。试验时不高声喧哗、不随意走动、不吸烟、不试验时不高声喧哗、不随意走动、不吸烟、不打电话、不随意离开试验室，无故离开打电话、不随意离开试验室，无故离开2020分钟分钟以上者，此次试验无成绩，不得补做试验。以上者，此次试验无成绩，不得补做试验。保持试验室和试验台清洁卫生。试验结束后，保持试验室和试验台清洁卫生。试验结束后，值日同学需按要求清扫试验室，值日同学需按要求清扫试验室，检验并关好门检验并关好门窗水电。窗水电。/10/10第4页三、试验操作（三、试验操作（40%40%）试验操作必须认真、规范。损坏仪器除扣分试验操作必须认真、规范。损坏仪器除扣分外，还需对应赔偿。外，还需对应赔偿。原始数据必须真实，统计规范、清楚、整齐。原始数据必须真实，统计规范、清楚、整齐。指导教师签字后，不得做任何涂改，凡弄虚指导教师签字后，不得做任何涂改，凡弄虚作假者，此次试验无成绩，不得补做试验。作假者，此次试验无成绩，不得补做试验。数据统计一式两份，一份统计在统计本上，数据统计一式两份，一份统计在统计本上，一份贴在试验汇报上。一份贴在试验汇报上。试验失败，重做、补做试验扣试验失败，重做、补做试验扣2020分。分。试验结束后应填写仪器使用统计，将试验台试验结束后应填写仪器使用统计，将试验台恢复原样，指导教师检验后方可离开试验室。恢复原样，指导教师检验后方可离开试验室。试验台不符合要求将扣分。试验台不符合要求将扣分。/10/10第5页四、实验报告（40%）书写必须规范、整洁。报告内容应包括实验目、实验原理、主要仪器及试剂、实验步骤及操作要领、实验数据记录及数据处理、结果讨论、实验总结及思考题。按要求进行数据处理，做图部分应使用直尺、铅笔、坐标纸等作图工具，凡作图不正规，不计实验报告成绩。未做数据处理不计实验报告成绩。实验报告须在实验后一周内交指导教师，不按时交无实验报告成绩。实验报告雷同者，每人扣20分。/10/10第6页试验目录旋光法测定蔗糖转化反应速率常数恒温水浴组装及其性能测试偶极矩测定分光光度法测定蔗糖酶米氏常数分光光度法测定蔗糖酶米氏常数燃烧热测定/10/10第7页试验目录分子几何结构优化和能量准确计算电导法测定电导法测定水溶性表面水溶性表面活性剂临界活性剂临界胶束浓度胶束浓度计算机模拟基元反应原电池电动势测定/10/10第8页目要求试验原理仪器和试剂试验步骤试验装置示意图试验数据统计与处理问题讨论注意事项试验演示恒温水浴组装及其性能测试退出/10/10第9页试验原理试验原理许多物理化学数据测定，必须在恒定温度下进行。利用电子调整系统，对加热器或致冷器工作状态进行自动调整，使被控对象处于设定温度之下。Principle/10/10第10页本试验讨论恒温槽就是一个惯用控温装置。恒温槽主要依靠恒温控制器来控制恒温槽热平衡。当恒温槽温度低于设定温度时，恒温控制器迫使加热器工作，当槽温升到设定温度时，控制器又使加热器停顿工作。这么周而复始，就能够使恒温槽温度在一定范围内保持恒定。试验原理/10/10第11页恒温槽是试验工作中惯用一个以液体为介质恒温装置。用液体作介质优点是热容量大和导热性好，从而使温度控制稳定性和灵敏度大为提升。依据温度控制范围，可采取以下液体介质：-6030乙醇或乙醇水溶液；090水；80160甘油或甘油水溶液；70200液体石蜡、汽缸润滑油、硅油。/10/10第12页恒温控制器是由继电器、接触温度计和加热器组成。恒温槽灵敏度是在设定温度下采取贝克曼温度计来观察槽温随时间波动情况。若波动最高温度为高，最低温度为低，其灵敏度为E（高低）/。灵敏度是衡量恒温槽级别依据。试验原理/10/10第13页试验原理（a）表示灵敏度较高（b）表示灵敏度较低（c）表示加热器功率太大（d）表示加热器功率太小或散热太快/10/10第14页仪器和试剂玻璃缸1个水银接触温度计1支继电器1套加热器（带调压器）1套搅拌器（连可调变压器）1套精密温度温差仪1台停表1个ApparatusandMateriaMedica/10/10第15页试验步骤试验步骤Procedure1、组装恒温槽，向槽内注入适量水（约占容积/）。2、接通电源，搅拌，加热，调整接触温度计，使槽温维持到设定温度Ts（如：35或40），调整变压器，使红灯亮时间绿灯亮时间（时间差20）。/10/10第16页试验步骤3、恒温槽灵敏度曲线测定，每半分钟读取温度温差仪中指示值（）一次，共60次。/10/10第17页试验装置示意图试验装置示意图Sketch-mapsofEquipments/10/10第18页试验数据统计与处理试验数据统计与处理DataRecordsandDataProcessing、室温：2、大气压：/10/10第19页、恒温槽灵敏度测定恒温槽灵敏度测定（）时间(min)温差仪读数（高低）/2时间(min)温差仪读数（高低）/2时间(min)温差仪读数（高低）/2恒温灵敏度E=（高-低）/2=原点（高+低）/2=试验数据统计和处理/10/10第20页4、以（高低）/2为纵坐标，t/min为横坐标，取Ts（高低）/2为纵坐标原点绘制恒温槽灵敏度曲线图。试验数据统计和处理/10/10第21页问题讨论问题讨论Questions、管继电器工作原理，它在恒温槽中起什么作用？怎样调整恒温槽到指定温度？、欲提升恒温槽灵敏度，主要经过哪些路径？3、假如所需恒定温度低于室温，怎样装备恒温槽？/10/10第22页燃烧热测定一、实验目二、试验原理二、试验原理三、药品仪器三、药品仪器四、试验步骤四、试验步骤五、试验统计五、试验统计六、数据处理六、数据处理八、注意事项八、注意事项九、思索题九、思索题七、结果分析与讨论七、结果分析与讨论/10/10第23页实验目1.经过萘燃烧热测定,掌握相关热化学试验普通知识和测量技术,了解氧弹式量热计原理、结构和使用方法。2.了解恒压燃烧热与恒容燃烧热差异及相关关系。3.学会应用图解法校正温度改变值。/10/10第24页试验原理1mol物质在标准压力下（101.325KPa）完全燃烧时所放出热量称为燃烧热。在恒容条件下测得燃烧热为恒容燃烧热（QV=内能改变U），在恒压条件下测得燃烧热为恒压燃烧热（QP=热焓改变H），若把参加反应气体和反应生成气体作为理想气体处理，则存在以下关系式：QP=QV+nRT 式中：n-生成物和反应物气体物质量之差；R-摩尔气体常数，8.315J/Kmol；T-反应前后绝对温度，K（取反应前后平均值）。/10/10第25页所谓完全燃烧:是指该物质中C变为CO2（气），H变为H2O（液），S变为SO2（气），N变为N2（气），Cl变为HCl（水溶液）金属如银等都成为游离状态。本试验采取氧弹式量热计测量物质燃烧热。/10/10第26页氧弹式量热计测量燃烧热基本原理是：假设环境与量热体系没有热量交换，样品完全燃烧所放出热量全部用于量热体系温度改变，那么，假如测得温度改变值和量热体系水当量（即量热体系温度升高时所需热量），就能够计算样品燃烧热。/10/10第27页依据能量守恒原理，用苯甲酸标定量热体系水当量（VC+C卡）或C卡：WQV+qb=(VC+C卡)T 式中：W苯甲酸质量，g；QV苯甲酸燃烧热，26465J/g；q引火丝燃烧热，3.136J/cm；b引火丝长度，cm；V量热容器中水体积，ml；C水比热，4.1868J/gK；水密度，g/ml；C卡除水以外量热体系热容，J/K；T校正后温度改变值，K。/10/10第28页萘燃烧热QV测定：式中：M-为萘分子量，128.17g/mol；C卡-由苯甲酸标定求得；其它符号同上。/10/10第29页药品仪器1.氧弹式量热计（附压片机）；2.氧气钢瓶（附减压阀及氧气表）；3.万用表；4.引火丝（0.12mmCu-Ni丝，q=3.136J/cm）；5.贝克曼温度计；6.电子天平；7.容量瓶（500ml、1000ml）；8.苯甲酸（AR，烘干后置于干燥器内），萘（AR）；9.等等。/10/10第30页氧弹式量热计（附压片机）/10/10第31页氧气钢瓶（附减压阀及氧气表）/10/10第32页贝克曼温度计贝克曼温度计/10/10第33页试验步骤1.1.量热计水当量量热计水当量C Cm m测定测定样品压片和装置氧弹氧弹充氧气装置热量计点火燃烧和升温测量整理设备，准备下一步试验2.2.测量萘燃烧热测量萘燃烧热 称取0.6g左右萘，用上述方法测定萘 燃烧热。/10/10第34页/10/10第35页/10/10第36页/10/10第37页/10/10第38页/10/10第39页试验数据统计试验日期：；室温：；气压：KPa 1.量热体系C卡测定 2.萘燃烧热QV测定/10/10第40页1.量热体系C卡测定苯甲酸样品重 g；引火丝长度 cm；引火丝剩下长度 cm；水体积 ml；水温度 ；氧弹计外壳套筒温度 。时间(min)12345678910贝克曼温度计示值/10/10第41页2.萘燃烧热测定萘样品重 g；引火丝长度 cm；引火丝剩下长度 cm；水体积 ml；水温度 ；氧弹计外壳套筒温度 。时间(min)12345678910贝克曼温度计示值/10/10第42页数据处理1.确定T1、T22.确定1 1、2 2 3.求C卡4.求出萘恒容燃烧热QV5.求出萘恒压燃烧热QP6.与文件值比较/10/10第43页 1.用雷诺图（温度时间曲线）法分别校正苯甲酸和萘燃烧而使量热体系温度改变T1、T2。/10/10第44页 b b点相当于开始燃烧点，点相当于开始燃烧点，c c为观察到最高点温度读数，过为观察到最高点温度读数，过T T1 1 T T2 2线段中点线段中点T T作水平线作水平线TGTG，于，于T-tT-t线相交于点线相交于点O O，过点，过点O O作垂直线作垂直线ABAB，此线与，此线与abab线和线和cdcd线延长线交于线延长线交于E E、F F两点，则点两点，则点E E和点和点F F所表示温所表示温度差即为欲求温度升高值度差即为欲求温度升高值TT。即即T=TT=TE E-T-TF F/10/10第45页2.依据水温度，分别确定水密度1 1、2 2 温度101112131415密度g/ml0.99970.99960.99950.99940.99930.9991温度161718192021密度g/ml0.99900.99880.99860.99840.99820.9980温度222324252627密度g/ml0.99780.99750.99730.99710.99680.9965温度282930313233密度g/ml0.99620.99600.99570.99540.99500.9947/10/10第46页 3.依据求C卡/10/10第47页4.依据求出萘恒容燃烧热QV/10/10第48页5.依据求出萘恒压燃烧热QP萘燃烧反应式为：(T为氧弹计外壳套筒温度，n=-2n=-2)/10/10第49页/10/10第50页文件值：萘C10H8（s）c cH H0 0m m（101.325KPa,298K)101.325KPa,298K)文件值为文件值为-5153.9KJ/mol-5153.9KJ/mol 因因Q QP P=H=H，如温度差异不大，如温度差异不大（即（即298K298K），压力影响不大，可认为压力影响不大，可认为HHc cH H0 0m m/10/10第51页试验结果与讨论结果：实测值为QP=计算试验偏差：分析产生偏差原因：有何提议与想法？/10/10第52页注意事项：1.样品按要求称取，不能过量。过量会产生过多热量，温度升高会超出贝克曼温度计刻度；2.样品压片时不能过重或过轻；3.引火丝与样品接触要良好，且不能与坩锅等相碰；4.调整贝克曼温度计时，要轻慢；5.“点火”要果断。/10/10第53页1.1.用平衡管测定不一样温度下液体饱和蒸气压。用平衡管测定不一样温度下液体饱和蒸气压。2.2.了解纯液体饱和蒸气压与温度关系并学会了解纯液体饱和蒸气压与温度关系并学会 由图由图解法计算解法计算水水平均摩尔气化热和正常沸点。平均摩尔气化热和正常沸点。3.3.掌握用静态法测定液体饱和蒸气压操作方法。掌握用静态法测定液体饱和蒸气压操作方法。一、实验目/10/10第54页 在通常温度下，纯液体与其蒸气达平衡时在通常温度下，纯液体与其蒸气达平衡时蒸气压称为该温度下液体饱和蒸气压，简称为蒸气压称为该温度下液体饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸发蒸气压。蒸发1mol1mol液体所吸收热量称为该温度液体所吸收热量称为该温度下液体摩尔气化热。下液体摩尔气化热。二、试验原理二、试验原理/10/10第55页 液体饱和蒸气压与温度关系可用克劳修斯液体饱和蒸气压与温度关系可用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示克拉贝龙方程式表示:式中，式中，R R为摩尔气体常数为摩尔气体常数;T T为热力学温度为热力学温度;vapvapH Hmm为在温度为在温度T T时纯液体摩尔气化热。时纯液体摩尔气化热。/10/10第56页 vapvapH Hmm能够近似作为常数，积分上式，得能够近似作为常数，积分上式，得:(2)(2)其中其中C C为积分常数。由此式能够看出，以为积分常数。由此式能够看出，以lnplnp对对1/1/T T 作图，应为一直线，直线斜率为作图，应为一直线，直线斜率为 ，由斜率可求算液体，由斜率可求算液体 vapvapH Hmm。/10/10第57页气压计气压计321真空泵真空泵自来水自来水三、三、仪器装置仪器装置安全瓶安全瓶平衡管平衡管水浴水浴电热板电热板/10/10第58页四、四、试验步骤试验步骤ABC去离子水去离子水去离子水去离子水水浴水浴去离子水去离子水1 1、平衡管中加入纯水平衡管中加入纯水/10/10第59页关闭活塞关闭活塞1 1，打开活塞，打开活塞2 2，开动真空泵，缓缓关小活，开动真空泵，缓缓关小活塞塞3 3，当气压计指数约是，当气压计指数约是-20kPa-20kPa时，关闭活塞时，关闭活塞2 2，同，同时打开活塞时打开活塞3 3，约，约5 5分钟后，若气压计指数不变，则分钟后，若气压计指数不变，则表明系统不漏气不然，应逐段检验，直到消除系统表明系统不漏气不然，应逐段检验，直到消除系统漏气原因。漏气原因。2 2、系统气密性检验、系统气密性检验密闭体系密闭体系/10/10第60页3 3、排除、排除A A、B B弯管空间内空气弯管空间内空气4 4、饱和蒸气压测定、饱和蒸气压测定/10/10第61页五、数据处理五、数据处理1.1.数据统计表数据统计表 大气压大气压 kPa kPa 室温室温 温度温度（）1/T1/T蒸汽压蒸汽压p plnplnp /10/10第62页2.绘出水蒸气压温度曲线。3.以lnp对1/T 作图，并由直线斜率得出平均摩尔气化热vapHm，并求出水正常沸点。/10/10第63页六、注意事项六、注意事项1.减压系统不能漏气，不然抽气时达不到本试验要求真空度。2.必须充分排净平衡管中全部空气，平衡管必须放置于恒温水浴中水面以下，不然其温度与水浴温度不一样。3.当平衡管中U型部分液面平齐时，读数要快速，读毕应马上打开大缓冲瓶与真空泵连接活塞抽气减压，预防空气倒灌。若发生倒灌现象，必须重新排净平衡管内空气。/10/10第64页1 1、测定蔗糖转化反应速率常数和半衰期。、测定蔗糖转化反应速率常数和半衰期。2 2、了解反应反应物浓度与旋光度之间关系。、了解反应反应物浓度与旋光度之间关系。3 3、了解旋光仪基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。、了解旋光仪基本原理，掌握旋光仪正确使用方法。实验目旋光法测定蔗糖转化反应速率常数旋光法测定蔗糖转化反应速率常数/10/10第65页 1 1、蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为：其反应为：C C1212H H2222O O1111 +H +H2 2O CO C6 6H H1212O O6 6 +C6H +C6H1212O O6 6 (蔗糖蔗糖 )()(葡萄糖葡萄糖)()(果糖果糖 )试验原理试验原理 2、它是一个二级反应它是一个二级反应,在纯水中速率极慢。在纯水中速率极慢。H+H+离子离子能催化此反应进行能催化此反应进行.在水大量存在在水大量存在,尽管有部分水分子参尽管有部分水分子参加了反应加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水浓度是恒仍可近似地认为整个反应过程中水浓度是恒定定.所以蔗糖转化反应可看作为准一级反应。所以蔗糖转化反应可看作为准一级反应。反应物：蔗糖是右旋性物质反应物：蔗糖是右旋性物质,其比旋光度其比旋光度D D2020 =66.6=66.6o o;生成物：葡萄糖是右旋性物质生成物：葡萄糖是右旋性物质,其比旋光度其比旋光度D D2020=52.5=52.5o o；果糖是左旋性物质；果糖是左旋性物质,其比旋光度其比旋光度D D2020 =-91.9=-91.9o o./10/10第66页因为旋光度与物质浓度成正比，所以有：因为旋光度与物质浓度成正比，所以有：体系最初旋光度为体系最初旋光度为 0=反反Co (t=0,蔗糖还未转化蔗糖还未转化)（1）体系最终旋光度为体系最终旋光度为 =生生C (t=,蔗糖已完全转化蔗糖已完全转化)（2）其中其中反和反和生分别为反应物与生成物百分比常数。生分别为反应物与生成物百分比常数。当初间为当初间为t时时,蔗糖浓度为蔗糖浓度为c,此时旋光度为此时旋光度为t,即即 t=反反C+生生(Co C)（3）联立（联立（1）、（）、（2）、（）、（3）得）得C0=(o-)/(反反-生生)=(o-)（4）C=(t-)/(反反-生生)=(t-)（5）依据一级反应速率方程可得：依据一级反应速率方程可得：ln(t-)=-k0t+Ln(o-)（6）ln(0-)对对t作图可得一直线作图可得一直线,从直线斜率既可求得反应速率从直线斜率既可求得反应速率常数常数k0/10/10第67页 试验步骤试验步骤 1 1 详细步骤详细步骤 1）仪器装置。了解旋光仪结构，原理，掌握使用方法。2）反应过程旋光度测定。3）测量。反应完成后，将旋光管内反应液与试管内剩下反应混合液合并，置于5060oC水浴内温热40min，使其加速反应至完全。然后取出，冷至试验温度下测定旋光度，在1015min内，读取57个数据，如在测量误差范围，取其平均值，既为值。4）同上法测量其它温度下不一样反应时间对应旋光度。/10/10第68页2 2注意事项数显全自动旋光仪其电源用是直流电源。掌握全自动旋光仪和手动旋光仪使用方法。3提问1）旋光度与哪些原因相关？2）在蔗糖转化反应过程中所测旋光度t是否必须要进行零点校正？/10/10第69页 试验总结试验总结1 1 数据处理数据处理1 1）将测得旋光度将测得旋光度t t对时间对时间t t列表、作出图列表、作出图。3 3）依据试验测得）依据试验测得k k（T T1 1）和）和k k（T T2 2），利用阿仑），利用阿仑尼乌斯（尼乌斯（ArrheniusArrhenius）公式计算反应平均活化）公式计算反应平均活化能。能。2 2）将）将t t-t-t曲线上，等间隔取曲线上，等间隔取8 8个（个（t t-t-t）数）数组，并经过计算，以组，并经过计算，以lnln（t t-）对）对t t作图，作图，由直线斜率求反应速率常数由直线斜率求反应速率常数k k并计算反应半衰期并计算反应半衰期t t1/21/2。/10/10第70页1 1）在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗）在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液，而不能将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去。糖溶液，而不能将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去。2 2）配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果没有影）配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果没有影响。响。2 2 讨论讨论/10/10第71页1 1、研究型、研究型利用该方法能够测定许多有机化合物旋光性。利用该方法能够测定许多有机化合物旋光性。2 2、参考书、参考书.复旦大学编复旦大学编.物理化学试验（第三版）物理化学试验（第三版）.北京：高等教北京：高等教育出版社，育出版社，试验试验延伸延伸/10/10第72页电导法测定水溶性表电导法测定水溶性表面活性剂临界胶束浓面活性剂临界胶束浓度度第73页实验目1.了解表面活性剂特征及胶束形成原理。了解表面活性剂特征及胶束形成原理。2.掌握掌握DDS-11A型电导仪使用方法。型电导仪使用方法。3.用电导法测定十二烷基硫酸钠临界胶束浓用电导法测定十二烷基硫酸钠临界胶束浓度。度。第74页试验原理 显显著著“两两亲亲”性性质质分分子子，即即含含有有亲亲油油足足够够长长(大大于于1012个个碳碳原原子子)烃烃基基，又又含含有有亲亲水水极极性性基基团团。由由这这一一类类分分子子组组成成物物质质称称为为表表面面活活性性剂剂，表表面面活活性性剂剂分分子子都是由极性部分和非极性部分组成。都是由极性部分和非极性部分组成。表表面面活活性性剂剂进进入入水水中中，在在低低浓浓度度时时呈呈分分子子状状态态，而而且且三三三三两两两两地地把把亲亲油油基基团团靠靠拢拢而而分分散散在在水水中中。当当溶溶液液浓浓度度加加大大到到一一定定程程度度时时，许许多多表表面面活活性性物物质质分分子子立立刻刻结结合合成很大集团，形成成很大集团，形成”胶束胶束”。第75页试验原理以胶束形式存在于水中表面活性物质是比较稳以胶束形式存在于水中表面活性物质是比较稳定。表面活性物质在水中形成胶束所需最低浓度称定。表面活性物质在水中形成胶束所需最低浓度称为临界胶束浓度，以为临界胶束浓度，以CMC表示。表示。当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且到达一定浓度时还会在溶液中发生溶液表面，而且到达一定浓度时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为溶液中稳定分子，有可能采取两种路径：一是把亲溶液中稳定分子，有可能采取两种路径：一是把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂亲油基团相互靠在一起，以降低亲油基与面活性剂亲油基团相互靠在一起，以降低亲油基与水接触面积。水接触面积。第76页试验原理 前前者者就就是是表表面面活活性性剂剂分分子子吸吸附附在在界界面面上上，其其结结果果是是降降低低界界面面张张力力,形形成成定定向向排排列列单单分分子子膜膜，后后者者就就形形成成了了胶胶束束。因因为为胶胶束束亲亲水水基基方方向向朝朝外外，与与水水分分子子相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。本本试试验验利利用用DDS-11A型型电电导导仪仪测测定定不不一一样样浓浓度度十十二二烷烷基基硫硫酸酸钠钠水水溶溶液液电电导导值值(也也可可换换算算成成摩摩尔尔电电导导率率)，并并作作电电导导值值(或或摩摩尔尔电电导导率率)与与浓浓度度关关系系图图，从从图图中转折点求得临界胶束浓度。中转折点求得临界胶束浓度。第77页仪器试剂DDS-11A电导率仪一台；电导率仪一台；容量瓶容量瓶(50mL)12只；只；260型电导电极一支；型电导电极一支；温水浴一套；温水浴一套；分析天平分析天平1台台仪器：仪器：试剂：试剂：十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠(分析纯分析纯)第78页试验步骤1.取取十十二二烷烷基基硫硫酸酸钠钠在在80烘烘干干3小小时时，用用电电导导水水或或重重蒸蒸馏馏水水准准确确配配制制0.002，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.018，0.020 molL-1十二烷基硫酸钠溶液各十二烷基硫酸钠溶液各50mL。2.开开通通电电导导率率仪仪和和恒恒温温水水浴浴电电源源预预热热20min。调整恒温水浴温度至。调整恒温水浴温度至25。第79页试验步骤3.用用DDS-11A型型电电导导仪仪从从稀稀到到浓浓分分别别测测定定上上述述各各溶溶液液电电导导值值。用用后后一一个个溶溶液液荡荡洗洗存存放放前前一一个个溶溶液液电电导导池池三三次次以以上上，各各溶溶液液测测定定时时必必须须恒恒温温10min，每每个个溶溶液液电电导导读读数数三三次次，取取平平均均值。值。4.列列表表统统计计各各溶溶液液对对应应电电导导，并并换换算算成成电电导导率率或摩尔电导率。或摩尔电导率。第80页试验步骤3.试验数据统计表试验数据统计表浓度浓度/molL-1电导率电导率浓度浓度/molL-1电导率电导率第81页注意事项1.测定水溶液电导时要按从稀到浓次序来测。测定水溶液电导时要按从稀到浓次序来测。2.配制溶液时必须确保浓度准确性。配制溶液时必须确保浓度准确性。第82页思索题1.若要知道所测得临界胶束浓度是否准确，可用若要知道所测得临界胶束浓度是否准确，可用什么试验方法验证之？什么试验方法验证之？2.非离子型表面活性剂能否用本试验方法测定临非离子型表面活性剂能否用本试验方法测定临界胶束浓度？若不能，则可用何种方法测之？界胶束浓度？若不能，则可用何种方法测之？3.溶解表面活性剂分子与胶束之间平衡温度和浓溶解表面活性剂分子与胶束之间平衡温度和浓度相关系，其关系式为：度相关系，其关系式为：试问试问怎怎样测样测出其出其热热效效应应H？第83页偶极矩测定试验目标：1了解偶极矩与分子电性关系。2了解溶液法测定偶极距原理和方法。3测定极性物质（乙酸乙酯）在非极性溶剂（四氯化碳）中介电常数和分子偶极矩。/10/10第84页分子分子极性分子极性分子非极性分子非极性分子偶极矩偶极矩正负电荷中心不重合正负电荷中心不重合有有无无正负电荷中心重合正负电荷中心重合/10/10第85页极性分子含有偶极矩极性分子含有偶极矩 待测物质是极性分子待测物质是极性分子丙酮丙酮 怎样判断分子是否含有偶极矩怎样判断分子是否含有偶极矩利用分子结构对称性利用分子结构对称性分子对称性分子对称性分子性质分子性质/10/10第86页1用溶液法测定丙酮偶极矩。用溶液法测定丙酮偶极矩。2了解分子偶极矩和分子电性质关系了解分子偶极矩和分子电性质关系3掌握折射法测偶极矩试验技术。掌握折射法测偶极矩试验技术。一、实验目/10/10第87页二、试验仪器和试剂二、试验仪器和试剂 容量瓶容量瓶(50mL)6只只数字小电容测试仪数字小电容测试仪电容池一只电容池一只电吹风一只电吹风一只四氯化碳或环丙烷四氯化碳或环丙烷(AR)预先干燥处理预先干燥处理丙酮丙酮(AR)预先干燥处理预先干燥处理/10/10第88页三、试验原理与方法三、试验原理与方法 偶极矩是矢量，要求：偶极矩是矢量，要求：方向是从正电荷中心指向负电荷中心方向是从正电荷中心指向负电荷中心分子极性大小用偶极矩分子极性大小用偶极矩 来度量，其定义：来度量，其定义：/10/10第89页q为正、负电荷中心所带电荷量；r是正、负电荷中心间距离。偶极矩SI单位是库仑米(Cm)。而过去习惯使用单位是德拜(D)，1D=3.33810-30Cm。偶极矩理论最初由Debye于19提出，测量工作开始于代，分子偶极矩通常可用微波波谱法、分子束法、介电常数法和其它一些间接方法来进行测量。/10/10第90页因为前两种方法在仪器上受到不足较因为前两种方法在仪器上受到不足较大，因而文件上发表偶极矩数据绝大多数大，因而文件上发表偶极矩数据绝大多数来自于介电常数法。来自于介电常数法。由测量介电常数方法来计算分子偶极由测量介电常数方法来计算分子偶极矩至今已发展成各种不一样独立方程式。矩至今已发展成各种不一样独立方程式。/10/10第91页只只有有极极性性分分子子才才有有偶偶极极矩矩，所所以以本本试试验验待待测测物物质质（试试验验对对象象）是是极极性性分分子子，溶溶液液法法是是将将待待测测待待测测物物质质溶溶解解在在溶溶剂剂中中（普普通通是是较较稀稀溶溶液液），以以溶溶剂剂作作为为分分散散剂剂，以以减减小小待待测测物物质质间间作作用用力力，然然后后测测定定溶溶液液性性质质，再再依依据据测测定定数数据据利利用用作作图图法法（可可利利用用计计算算机机拟拟合合），利利用用相相关关公公式式计计算算出出溶溶质质（待测物质）偶极矩。（待测物质）偶极矩。/10/10第92页选择溶剂应考虑以下原因：选择溶剂应考虑以下原因：（a）必须是非极性）必须是非极性（b）与与溶溶剂剂性性质质（如如密密度度等等）相相差差越越大大越越好好，这这么么不不一一样样浓浓度度溶溶液液测测量量数数据据差异，测定相对误差小。差异，测定相对误差小。（c）溶溶剂剂稳稳定定，毒毒性性小小，挥挥发发性性小小，便于操作。便于操作。/10/10第93页极极性性分分子子含含有有永永久久偶偶极极矩矩，在在没没有有外外电电场场存存在在时时，因因为为分分子子热热运运动动，偶偶极极矩矩指指向向各各方方向向机会均等地，故其偶极矩统计值为零。机会均等地，故其偶极矩统计值为零。若若将将极极性性分分子子置置于于均均匀匀外外电电场场中中，分分子子将将会会沿沿电电场场方方向向作作定定向向转转动动，同同时时分分子子中中电电子子云云对对分分子子骨骨架架发发生生相相对对移移动动，分分子子骨骨架架也也会会变变形形，称称为为分分子子极极化化。极极化化程程度度可可用用摩摩尔尔极极化化度度P来来度度量量。因因转转向向而而极极化化称称为为摩摩尔尔转转向向极极化化度度P转转向向(P0)，由由变变形形所所致致极极化化称称为为摩摩尔尔变变形形极极化化度度P变变形形(PD)。而而P变变形形又又是是电电子子极极化化P电电子子 (PE)和和原原子子极极化化P原原子子(PA)之和。之和。/10/10第94页测定偶极矩基本公式测定偶极矩基本公式 1在某一定温度下测溶剂和溶液介电常在某一定温度下测溶剂和溶液介电常数，则利用数，则利用/10/10第95页可可计计算算总总摩摩尔尔极极化化度度 P=PE+PA+P0；D、E、A、0分分别别为为变变形形极极化化率率、电电子子极极化化率率、原原子子极极化化率率和和分分子子转转向向极极化化率率；为为物物质质介介电电常常数数；P称称为为总总摩摩尔尔极极化化度度，PE、PA、P0、PD分分别别为为电电子子极极化化度度、原原子子极极化化度度、转转向向极极化化度度和和变变形形极极化化度度；M为为分分子子量量，NA是是阿阿伏伏加加德德罗罗常常数数，d为为T温温度度下密度。下密度。/10/10第96页摩摩尔尔折折射射度度(R)是是因因为为在在光光照照射射下下分分子子中中电电子子(主主要要是是价价电电子子)云云相相对对于于分分子子骨骨架架相相对对运运动动结结果果。R可可作作为为分分子子中中电电子子极极化化率率量量度，其定义为度，其定义为M为分子量，为分子量，d为为T温度下密度。温度下密度。/10/10第97页摩摩尔尔折折射射度度与与波波长长相相关关，若若以以钠钠光光D线线为为光光源源（属属于于高高频频电电场场，5893 ），所所测测得得折折光光率率以以nD表表示示，对对应应摩摩尔尔折折射射度度以以RD表表示示。依依据据Maxwell电电磁磁波波理理论论，物物质质介介电常数电常数 和折射率和折射率n之间相关系：之间相关系：和和n均与波长均与波长 相关，将其代入前式得相关，将其代入前式得/10/10第98页关系。关系。R称为摩尔折射度，称为摩尔折射度，n为折射率。忽为折射率。忽略贡献较小略贡献较小PA一项，则有一项，则有 3 2在在同同一一温温度度下下测测定定溶溶液液和和溶溶剂剂折折射射率率n，用用钠钠黄黄光光（可可见见光光）测测定定相相当当于于在在高高频频电电场中有场中有/10/10第99页试验测定试验测定P、R后，即可计算偶极矩后，即可计算偶极矩 0。需需要要指指出出是是，克克劳劳修修斯斯莫莫萦萦第第德德拜拜方方程程推推导导出出来来1式式，以以及及3式式均均应应有有相相同同适适用用范范围围，即即气气态态、非非极极性性液液体体、极极性性溶溶质质在在非非极极性性溶溶剂剂中中稀稀溶溶液液。原原因因是是极极性性分分子子之之间间相相互互作作用用强强误误差差大大，为为消消除除极极性性分分子子间间相相互互作作用用，将将极极性性溶溶质质以以较较小小浓浓度度溶溶于于非非极极性性溶溶剂剂中中，配配成成几几个个不不一一样样浓浓度度溶溶液液，其其摩摩尔尔极极化化度度P12也也可可用用克克劳劳修修斯斯莫莫索索第第德拜方程表示：德拜方程表示：/10/10第100页代入代入4 4式得式得 4/10/10第101页同理（在高频可见光下测同理（在高频可见光下测n时）有时）有 6 55式式-6式，并忽略贡献较小式，并忽略贡献较小 A，可得，可得 7/10/10第102页因为是稀溶液，因为是稀溶液，8a 8b/10/10第103页从而可得从而可得 9 所以，能够仅测各溶液所以，能够仅测各溶液C2、12、n12三套三套数据，数据，/10/10第104页 但溶剂两个数据但溶剂两个数据 1，n1也是必要，因为对也是必要，因为对8a式来说，能够由式来说，能够由 1，n1计算截距与从图上所计算截距与从图上所得截距对比作为对结果检验；对得截距对比作为对结果检验；对8b来说，以来说，以 对对C2作图，图线经过原点，增加一个图线端作图，图线经过原点，增加一个图线端点坐标，给作图带来便利。点坐标，给作图带来便利。/10/10第105页四、试验步骤四、试验步骤 配配制制丙丙酮酮环环己己烷烷(四四氯氯化化碳碳)溶溶液液各各50mL，分分别别盛盛于于6个个小小容容量量瓶瓶中中，其其浓浓度度分分别别为为0.100，0.200，0.400，0.600，0.800，1.200(mol/L)，操操作作时时应应注注意意预预防防溶溶液液、溶溶剂挥发以及吸收极性较大水汽。剂挥发以及吸收极性较大水汽。1、溶液配制、溶液配制/10/10第106页3、介电常数测定、介电常数测定 测定纯溶剂和测定纯溶剂和6份所配溶液折光率。注份所配溶液折光率。注意各样品加样三次，每次读取三个数据。意各样品加样三次，每次读取三个数据。式中式中C0为真空时电容。为真空时电容。1