wulihuaxue实验预习思考题.doc

注意：实验预习时将预习思考题的答案写在预习本上即可。另外本学期实验仪器有所更新，以下所写实验操作步骤仅供参考，一切以实验指导老师现场解说为准。实验1 燃烧热的测定图1-1 氧弹量热计 图1-2 氧弹的构造图1-3 氧弹量热计外观1内桶测温插口；2. 内桶盖；3. 外桶测温插口；4. 点火按键；5. 电源开关；6. 搅拌开关；7. 点火电极正极；8. 点火电极负极；9. 搅拌指示灯；10. 电源指示灯；11. 电源指示灯。三、仪器和试剂氧弹热量计1台；氧气钢瓶1个；分析天平一台；压片机一台；容量瓶（1L）一个；锥形瓶一个；碱式滴定管（50mL）一支。苯甲酸（二级量热标准试剂，恒容燃烧热为-26495.6Jg-1）；引燃镍丝（恒容燃烧热为-3243Jg-1）；萘(分析纯)；NaOH溶液（0.1molL-1）、酚酞指示剂。四、实验步骤1热量计水当量的测定(1) 压片：用台秤称取大约1g苯甲酸，在压片机上压成圆片。将苯甲酸圆片在干净的玻璃板上轻击二三次，再用电子天平精确称量。（样品压片应不松不紧，太松容易破碎；太紧则点火后不能燃烧完全。）(2) 装样：拧开氧弹盖，将弹盖放在专用的弹头架上，装好专用的金属皿，将样品圆片平放入金属皿中。取一段约15cm引燃镍丝在天平上称重。用一根直径约3mm的玻璃棒或木棒上，将镍丝中段在棒上绕约56圈使其成螺旋形，将螺旋部分紧贴在样片的表面上，两端如图1-2所示，固定在电极上，注意镍丝不要接触金属皿。用移液管吸取10ml蒸馏水加入氧弹内，旋紧氧弹盖。（氧弹内加入蒸馏水的目的是吸收燃烧产生的NO2成为硝酸。）(3) 充氧：将氧弹放在专用的充氧器下，使其上端进气口对准充氧器的充气口。打开氧气钢瓶上的阀门（逆时针旋转），氧气总压表指示此时钢瓶内氧气的总压。慢慢打开氧气分压表上的阀门（顺时针旋转），使氧气分压表指示为0.5MPa，握住充氧器充气手柄向下压，使其充气口与氧弹进气口紧密接触，保持这一状态约半分钟，充氧完成。放开充气手柄，取下氧弹，用放气螺帽按压氧弹上方出气口，放出氧弹中气体。将氧弹重新放在充氧器下，调节氧气分压表上的阀门，使氧气分压表指示为2.0MPa，再次进行充氧操作。（先进行预充氧是为了排除氧弹中的空气，其中存在的氮气燃烧后生成NO2影响燃烧热的测定。）(4) 测量：在热量计水夹套中装满自来水，将数字温度计探头插入外桶水中，读出外桶水温。打开内桶盖，将氧弹放入内桶中央。取一大桶自来水，在其中加入一些冰块，使其水温比外桶水温低大约1。然后用容量瓶准确量取3000ml该自来水，倒入内桶中，水面应刚好淹没氧弹，且无漏气现象。（如氧弹中有气泡逸出，说明氧弹漏气。必须排除漏气方可继续实验。）在电极插头插入氧弹两电极插口上，盖好内桶盖，将数字温度计探头由外桶取出插入内桶中。打开量热计电源开关，开动搅拌器。（注意搅拌器不要与氧弹相碰。）打开计算机，打开其中“燃烧热测定”实验软件窗口，观察数字温度计读数，待温度变化基本稳定后，将数字温度计“采零”并“锁定”。点击“开始记录”，电脑开始每隔几秒钟读取一次数字温度计读数，并画出相应的温度随时间变化曲线，此时温度随时间变化略有上升。连续读取10至15个点后，按量热计控制面板上的“点火按键”或点击燃烧热电脑软件界面中“点火按键”，继续记录温度读数，此时如点火成功，温度会迅速上升至某一最高点，然后温度开始下降，再读取最后阶段的10-15个点，便可停止实验。实验停止后，关闭量热计电源，将温度计探头由内桶取出插入外桶中，打开内桶盖，取出氧弹，放出氧弹内的余气，避免水滴及溶解于其中的酸被带出，缓慢地放气约需46min。旋开氧弹盖，检查样品燃烧是否完全。（若金属皿中没有明显的燃烧残渣说明燃烧完全。若发现黑色残渣，则应重做实验。）若已燃烧完全，可用少量蒸馏水（每次10mL）洗涤氧弹内壁两次，洗涤液倒入150毫升锥形瓶中，煮沸片刻，以0.1 molL-1NaOH溶液滴定。称量燃烧后剩下的镍丝重量，计算镍丝实际燃烧重量，最后擦干氧弹和盛水桶。2测量萘的燃烧热称取约0.6g萘，同上法进行测量。实验操作思考题：1. 量热计外桶设计为水夹套形式，其作用为：可减少体系的热量损失；使体系外部保持温度相对稳定的环境；外桶的夹套中可以不加水，用空气即可；外桶的夹套中可以用恒温循环水；外桶的夹套中水温可以与内桶水温同时升高。2. 实验前使内桶水温比外桶低1，是因为：可补偿因热漏所造成的热量损失；抵消搅拌所产生的热量；抵消氮气燃烧所产生的热量；其他原因。3. 按“点火按键”后30秒至一分钟左右，体系温度会明显上升，如超过两分钟温度仍无明显上升，说明点火失败，此时应该：检查电极插头是否插入氧弹插口，且接触良好；检查搅拌器开关是否打开；检查温度计探头是否插入内桶中；直接打开氧弹检查样品是否燃烧点火插头导线没入水中造成漏电。为排除故障，应依次采取以上哪些措施？4. 打开氧弹后发现样品完全没有燃烧或虽已燃烧但燃烧不完全，可能是下列哪些原因造成：样品压得太紧，无法点燃；镍丝松脱，与电极接触不好；镍丝与样品没有紧贴；镍丝与金属皿接触；充氧压力不够；氧弹漏水，打湿样品；其他原因。七、实验预习思考题认真阅读实验原理及相关物理化学教科书，将下列问题答案书写在实验预习本上1在热力学中，什么是体系？什么是环境？在本实验中，下列哪些属于体系，哪些属于环境：样品，引燃镍丝，氧弹，搅拌棒，测温探头，内桶水，外桶，外桶水，控制面板？2什么是绝热过程？在本实验中为什么必须在绝热条件下测定？本实验是真正的绝热反应吗？如果不是，采取了什么措施减少热量损失对实验结果的影响？ 3什么是标准燃烧热？本实验测定的是恒容燃烧热，如何换算为标准燃烧热？本实验中的压力为0.5MPa，如何转换为标准大气压下的数据？4. 标准燃烧热应该是298K时的燃烧热，而本实验过程中温度并不恒定，如何将此实验结果与标准燃烧热比较？实验4 液体饱和蒸气压的测定图4-1 静态法测蒸气压的装置1. 恒温槽；2.平衡管；3.冷凝管；4.冷阱；5.储气罐；6.数字压力计；7.缓冲瓶1；8. 缓冲瓶2；9.平衡阀1；10. 平衡阀2；11. 平衡阀3；12.活塞1；13.活塞2。本实验用静态法测定乙醇的饱和蒸气压与温度的关系，实验装置见图4-1。通常一套真空体系装置由三部分构成：一是机械泵、缓冲瓶和储气罐部分，用以产生真空及调节体系内压力；二是真空的测量，包括数字压力计部分；三是恒温槽、平衡管、冷凝管和冷阱部分，被测液体处于真空瓶内，自身的蒸气压达到饱和。注意：储气罐是整个实验装置的核心部件，其中管路连接较为复杂。如上图所示，储气罐上方a、b两个接口分别连接待测液体平衡管部分和数字压力计，a、b两个接口通过圆管c相互连接，因此，数字压力计可随时显示平衡管内部待测液体的压力。圆管c左端的平衡阀d连接到下方的大圆桶f，再经f右端的平衡阀h连接到抽气泵。圆管c的右端经平衡阀g连通到大气。圆管c与大圆桶f之间的连接杆e是实心的，仅起支撑作用，并不使上下相通。由此可见，圆管c将连接待测液体的管路一分为三，其一为测压管路，连接数字压力计；其二为减压管路，通过连接大圆桶f和抽气泵使体系内的压力降低；其三为升压管路，通过连通大气使体系压力升高。其中大圆桶f的作用是贮存一部分低压气体，方便降低体系的压力，而不必每当需要减压时都用抽气泵来抽气。管路中若干平衡阀是为了能够方便准确地调节体系内的压力。三、仪器和试剂蒸气压测定装置一套；无水乙醇(分析纯)。四、实验步骤1. 装样：取下平衡管，向其中加入乙醇，使乙醇充满平衡管a部分体积的一半和b、c部分高度三分之二。2. 压力计调零及系统检漏：装好平衡管，打开冷凝水。打开储气罐上平衡阀1、2、3及缓冲瓶1和缓冲瓶2上通大气的活塞1和2。使整个测量系统与大气相通，按数字压力计“采零”键，使压力计显示为零。 关闭缓冲瓶1和缓冲瓶2上通大气的活塞1和2。打开抽气泵开关，使压力计读数显示某一数值。先关闭储气罐上通抽气泵的平衡阀3，打开缓冲瓶1上通大气的活塞1，使缓冲瓶1与大气相通，然后关掉抽气泵。此时观察压力计读数，如能稳定在某一数值不变，说明体系不漏气。如体系漏气则检查系统连接处，至无漏气即可进行测定。3.测量： 调节恒温槽温度为20。关闭缓冲瓶1上通大气的活塞1，打开储气罐上通抽气泵的平衡阀3。打开抽气泵开关重新开始抽气。抽至压力计读数约为(-95KPa)，平衡管内已无气泡产生时，可准备停止抽气。 关闭储气罐上平衡阀1、2、3。打开缓冲瓶1上通大气的活塞1，使缓冲瓶1与大气相通，然后关掉抽气泵。 缓慢开启缓冲瓶2上通大气的活塞2，使少量空气进入缓冲瓶2，关闭活塞2。 缓慢开启储气罐上平衡阀2，使平衡管内b、c两管液面相平。关闭平衡阀2，记录此时压力计读数，即为此温度下乙醇的饱和蒸汽压。重新开启平衡阀2，使c管液面低于b管，关闭平衡阀2。缓慢开启储气罐上平衡阀1，再次使平衡管内b、c两管液面相平，关闭平衡阀1。记录压力计读数。此时读数与前一次读数相差应不大于0.27KPa，否则需再次重复测量。 分别调节恒温槽温度为25、30、35、40，测量不同温度下乙醇的饱和蒸汽压，每个温度下读数两次。测量方法同上，此时，只需交替调节储气罐上平衡阀1和2，即可使平衡管内b、c两管液面相平。4测量结束，打开储气罐上平衡阀1、2、3及缓冲瓶1和缓冲瓶2上通大气的活塞1和2。使整个测量系统与大气相通。关闭冷凝水及恒温槽。实验操作思考题：1. 抽气至什么情况时，可停止抽气：压力计读数在-90-95Kpa即可；压力计读数小于-90Kpa，平衡管中液面不再剧烈跳动即可；压力计读数小于-90Kpa，平衡管中气泡逸出已非常缓慢（30秒至1分钟出一个气泡）；压力计读数小于-90Kpa，平衡管中无气泡逸出视实验温度和样品而定。查出样品在实验温度下的饱和蒸汽压，压力计读数的绝对值与饱和蒸汽压之和与大气压相近时，可停止抽气。2. 什么情况下，必须重新进行抽气操作：开启通大气的活塞过大，体系内压力几乎完全丧失，接近一个大气压；开启通大气的活塞过大，体系内的压力降低至-60至-70Kpa；开启通大气的活塞过大，c管中液体倒冲过U型管最低点。3. 缓冲瓶2的作用和操作是：缓冲瓶2用于控制进入体系的大气的量；缓冲瓶2用于使体系内压力升高缓冲瓶2用于使体系内压力降低缓冲瓶2的操作方法是先关闭缓冲瓶2通大气活塞，打开通体系的活塞，在体系抽气减压同时使缓冲瓶2中压力与体系相同，然后关闭通体系的活塞。在调压时，先略打开通大气活塞，使缓冲瓶2进入少量空气后，关闭通大气活塞。再缓慢开启通体系活塞用于调节体系压力缓冲瓶2的操作方法是先关闭缓冲瓶2通体系活塞，打开通大气的活塞，在体系抽气减压同时使缓冲瓶2中压力与大气相同，然后关闭通大气的活塞。在调压时，缓慢开启通体系活塞用于调节体系压力4. 本实验中储气罐的作用是什么？本实验装置中取消储气罐是否可以测定饱和蒸汽压？如果可以，应该如何进行操作？七、实验预习思考题认真阅读实验原理及相关物理化学教科书，将下列问题答案书写在实验预习本上1什么是液体的饱和蒸汽压？测定液体饱和蒸汽压的方法有几种？2静态法常用于测定纯溶剂的饱和蒸汽压，那么它是否可以测定混合溶液如乙醇-环己烷的饱和蒸汽压？动态法是否也可测定溶液饱和蒸汽压？3. 静态法中抽气时液体是否可能沸腾？查找相关数据加以说明。4测定蒸汽压时，a球内液面上方（ab间的部分）若有少量空气（抽真空时未抽净），对饱和蒸汽压以及最终结果的数值大小有何影响？在数据处理时有何方法可以加以消除？实验32 Fe(OH)3 溶胶的聚沉值、电势及粒径分布的测定四、实验步骤1水解法制备Fe(OH)3溶胶在250ml烧杯中加入120ml蒸馏水，加热煮沸。在沸腾条件下约1min滴加完3ml 10%FeCl3溶液，并不断搅拌，加完后继续煮沸3分钟。水解得到深红色的Fe(OH)3 溶胶约100ml。放置冷却至室温待用。所得Fe(OH)3 溶胶应无沉淀，否则应重做。2制备火棉胶半透膜取一个干燥且内壁光滑的150ml大口锥瓶，以一只手握住锥瓶使其大约45倾斜并用手指使其缓慢转动,另一只手从瓶口缓慢加入约6至8ml 6%的火棉胶溶液，使火棉胶在锥瓶内壁上形成均匀液膜，再倒转瓶口,使锥瓶略向下倾斜,一边转动锥瓶,一边倒出多余的火棉胶溶液于回收瓶中（注意中间应使锥瓶竖直，略晃动锥瓶，使液体铺满瓶底。最后铺满火棉胶液体的锥瓶应为透明且没有液体流动的痕迹。）。将锥瓶瓶口向下至无液滴滴下时,将锥瓶倒置在铁圈上，使火棉胶液膜中的乙醚与乙醇完全蒸发，直至闻不出乙醚气味为止，此时用手轻摸胶膜不粘手时（若胶膜发白说明乙醚末干，膜不牢固）。取下锥瓶，向其中注满蒸馏水，浸泡约10分钟，以溶去剩余的乙醇。用指甲或小刀在瓶口轻刮，剥开一部分膜，向膜与瓶壁间注水，依靠水的重力使膜逐渐脱离瓶壁，最后完全悬浮在水中，倒出水的同时，轻轻取出膜袋。检查半透膜是否漏水。若漏水，应重做。制好的半透膜应浸泡于蒸馏水中备用。3纯化Fe(OH)3溶胶 取出制好的半透膜，倒掉其中清水。将半透膜口套在粗玻璃管一端，用细线栓紧袋口。用铁架台上铁夹夹住粗玻璃管，使粗玻璃管及半透膜悬挂在铁架台上。将水解法制得的Fe(OH)3溶胶取出，缓慢倒入半透膜中。将装有大约500ml蒸馏水的大烧杯在电炉上加热至6070，然后用该热水浸泡半透膜，使其中Fe(OH)3溶胶进行渗析。每隔30分钟换一次水，直至其电导率实验操作思考题：1. 若Fe(OH)3 溶胶产生了沉淀，其可能的原因是：溶液偏酸性，使溶胶发生聚沉；溶液偏减性，使溶胶发生聚沉；溶液中多余的铁离子，使溶胶发生聚沉；溶液中多余的氯离子，使溶胶发生聚沉；氯化铁溶液加入过多；加热时间过长。2. 制备半透膜不成功的原因有：火棉胶未在瓶壁均匀铺展，膜厚薄不一；液膜中溶剂未挥发干净；液膜浸泡时间不够，未完全变硬；剥膜时用力过大；水将膜冲破。3查阅物理化学教材或化学手册，估算电导率为20,000s/cm的一价离子溶液的浓度为多少？电导率为50s/cm时的一价离子溶液的浓度为多少？渗析所需水的体积至少为溶胶总体积的多少倍？4渗析换水的理想方法是：直接用大量蒸馏水渗析直接用大量自来水渗析分多次渗析，前一、二次用自来水渗析，再用蒸馏水渗析分多次渗析，前一、二次用蒸馏水渗析，再用自来水渗析小于50s/cm 。把纯化好的溶胶置于150ml洁净的磨口棕色瓶中保存备用。4聚沉值的测定(1)取6支干净试管分别以0至5号编号。1号试管加入10ml 2.000mol/L的NaCl溶液，0号及25号试管各加入9ml 蒸馏水。然后从1号试管中取出1ml溶液加入到2号试管中，摇匀，又从2号试管中取出1ml溶液加到3号试管中，以下各试管手续相同，但5号试管中取出的1ml溶液弃去，使各试管均有9ml溶液，且依次浓度相差10倍。0号作为对照。在0至5号试管内分别加入1ml 纯化了的Fe(OH)3 溶胶，并充分摇均匀后，放置2min左右，确定哪些试管发生聚沉。最后以聚沉和不聚沉的两支顺号试管内的NaCl溶液浓度的平均值作为聚沉值的近似值。(2)电解质分别换以0.010mol/LNa2SO4、0.0050mol/LNa3PO4 溶液，重复（1）进行实验。并比较其聚沉值大小。(3)按照（1）和（2）相同步骤测定各电解质对未纯化的胶体的聚沉值。5电势的测定(1)如图321，打开电泳管中部支管中的活塞A，先从中部支管加入适量（约34ml）已纯化的Fe(OH)3 溶胶。注意：将电泳管稍倾斜使加入的胶体刚好充满活塞孔，关闭活塞(使活塞孔中充满胶体且无气泡)。如有少量胶体留在U形管一边，可用少量蒸馏水冲洗，然后缓慢倾斜使冲洗液流出。将电泳管竖直固定在铁架台上。继续向中部支管中加入胶体共约810ml。(2)测量胶体的电导率。取约50ml蒸馏水，向其中缓慢滴加1mol/L KNO3 (或KCl)溶液，并不断测量该溶液电导率，直至其电导率尽量与胶体的电导率接近为止。从U形管中加入上述已调好电导率的KNO3(或KCl)辅助电解质约6 ml8ml，在U形管两边插上铂丝电极，然后十分小心地慢慢打开(不能全部打开)活塞，使Fe(OH) 3溶胶缓缓推动辅助液上升至浸没电极约0.5cm时关闭活塞。分别记下U形管两边胶体界面的刻度及电极两端点的刻度。溶液-胶体两相界面必须清晰。如界面模糊则需重新装管。(3)用细铜丝量出U形管弯曲处两箭头所指的距离L2，同时读取L1、L3。(4)将正负电极接通电源。所加电压视L值及温度而定。若L为0.3m左右，温度约为20，调至30V80V。同时开动秒表，每隔3分钟，记录胶体两边界面刻度，通电约30 min。按（1）（4）步骤重做一次。5装电泳管液体时，下列那些因素可能使溶液-胶体界面模糊：活塞孔中残留气泡，打开活塞时将界面扰动；活塞开启太快，溶液将界面冲乱；一边开启活塞，一边加液，加入的溶液将界面冲乱辅助电解质电导率过大使胶体发生聚沉6胶体电泳过程中，会产生下列哪种现象并解释原因：胶体向正极移动，胶体在负极一边界面逐渐模糊胶体向负极移动，胶体在正极一边界面逐渐模糊胶体向正极移动，胶体在正极一边界面逐渐模糊胶体向负极移动，胶体在负极一边界面逐渐模糊7胶体界面最终不再发生移动，其原因可能是：长时间电解使辅助电解质浓度发生变化，导致胶体聚沉长时间电解使辅助电解质电导率发生变化，导致胶体聚沉长时间电解破坏了胶团结构，使胶体聚沉 长时间电解改变了溶液PH值，使胶体聚沉七、实验预习思考题认真阅读实验原理及相关物理化学教科书，将下列问题答案书写在实验预习本上1什么是胶体分散体系？写出本实验中Fe(OH)3胶团的表达式2影响溶胶聚沉值的因素有哪些？3影响电势的因素有哪些?实验37 量子化学计算四、实验操作1HMO法计算平面共轭分子(1) 计算前预先将共轭原子用数字编号。如苯分子，可按图37-3（a）对所有骨架碳原子进行编号（氢原子不必编号）(2)打开计算机进入WINDOWS操作系统，在微机上找到HMO目录（例如：E:HMO），用鼠标选择“开始-所有程序-附件-命令提示符”，进入DOS操作系统界面，在该界面中先输入“CD”，退到C盘根目录下，然后输入“E：”进入E盘，再输入“CDHMO”，进入HMO目录。输入“QBASIC”，进入用QBASIC语言编辑界面（注：以上每次输入完需按回车Enter键作为结束）。按键盘左上角的“Esc”键，退出提示界面。用鼠标选择“File-Open”，打开“Open”对话框，选择“HMO.BAS”文件，再选择“”，进入HMO程序界面。(3)修改共轭分子中的原子连接信息。HMO程序由BASIC语言编写，其中：在语句10中输入共轭原子连接信息，即输入原子编号不按顺序连接的两个原子的编号。如图37-3(a)苯分子中的1，6两原子。在语句15中输入不相连的信息，即原子编号连续，而在分子中不相连的两个原子的编号。如图37-3(b)中的4，5两原子。上述数据语句中均以两个0表示输入结束。如苯分子，按以下形式修改即可：10 DATA 1,6,0,015 DATA 0,0在计算丁二烯分子时，若将四个共轭原子从左至右用1，2，3，4顺序编号，那未语句10和15中均改为0，0即可。 (a) (b)图37-3 苯分子编号示意图(4)数据核对无误后，可按F5功能键运行程序。由屏幕显示的信息，通过人机对话相继输入参数。如计算苯分子时，“INPUT THIS CALCULATION INFORMATION?”用大写字母输入分子式“C6H6”；“HOW MANY ATOMS?”输入共轭原子数“6”即可；“WOULD CHANGE INTEG.?”，询问是否修改积分参数，输入大写字母“N”。然后计算机读取数据语句中数据并输出相应的Huckel矩阵（Huckel Matrix）若发现矩阵有错误，可输入行号、列号及相应的矩阵元进行修改。“HAS THIS MATRIX ANY ERROR?”，输入大写字母“N”。开始进行计算，在“BOND ORDER AND ELECTRON DENSITY”中列出了各个碳原子上的键级和电荷密度。该计算结果每三个数字为一组，如“1 1 1.000000”，“2 1 0.666667”前两个数字为原子编号，后一个数字为计算结果。如果前两个数字相同，则该计算结果为电荷密度。如“1 1 1.000000”表示第一个原子的电荷密度为1.000000。如果前两个数字不同，则该计算结果为键级。如“2 1 0.666667”表示1，2两原子之间的键级为0.666667。 “WOULD YOU PRINT WAVEFUNCTIONS?”，输入大写字母“N”。在“TABLE1”表格中显示了分子轨道能量参数x和自由价。在“MO-ENERGY”栏列出分子轨道能量参数，如第1至第6个分子轨道的能量参数x分别为“2，1，1，-1，-1，-2”。可画出分子轨道能级图如下图所示。“FREE VALENCE”栏表示各个碳原子的自由价。 “PLEASE WRITE FREE VALENCE, THEN INPUT YES”，输入“Y”，显示最后的计算结果中，“TABLE3”中，HOMO和LUMO的能量分别为+和-，电子总能量为6+8。通过计算，记录屏幕上显示的电荷密度、键级、自由价、分子轨道能量参数及相应的分子轨道能量、总的电子能量等计算结果。可将电荷密度、键级和自由价表示在如下分子图中： (5)按上述步骤计算丁二烯 (C4H6)、环丁二烯(C4H4)、萘(C10H8)和奥(C10H8)分子，记下电荷密度、键级、自由价、分子轨道能量数及总的电子能量等计算结果。2用HMO法计算富勒烯分子(1)首先对C20分子如图37-2b所示进行编号。注意编号时让编号连续的原子保持相连，这样只要在语句10中写入1，5，1，8，2，10，3，12，4，14，6，15，7，17，9，18，11，19，13，20，16，20及2个0作为结束。按照上述同样方法计算C20分子性质。(2)根据欧拉公式计算出C24,C28,C32等分子中多边形数目，画出它们的分子结构图，并进行原子编号，编写计算输入语句进行计算。这些分子都有若干种不同结构的异构体，注意比较不同异构体之间性质的差异。以上富勒烯分子的计算结果只需记录HOMO和LUMO能量及总的电子能量等计算结果。3用Gaussian98软件计算富勒烯分子的性质(1)在CS Chem3D软件中画出C20、C24、C28、C32等分子结构，并用MM2软件进行分子结构的初步优化。用鼠标选择“所有程序-Chemoffice-Chem3D”，打开Chem3D软件界面。界面上方包括“File Edit View Tools Object MM2”等各栏，左边为选键工具条。用鼠标选择选键工具条中单斜线表示选择单键，将鼠标移至界面中间空白处，此时鼠标箭头为“十”字，将鼠标横向拖动即产生一碳-碳单键，此时显示的是乙烷（程序自动给每个碳原子加上氢原子）。再用鼠标点选某一碳原子，然后向外拉动一次，即变成丙烷。如此可画出线性或环状分子。如用鼠标选择选键工具条中的双或三斜线，再画出的即为双键或单键。按上述方法画出C20、C24、C28、C32等分子的平面拓扑图。（注意：开始画分子图前，先用鼠标选择软件界面上方“View”栏中“Settings”，在弹出框中用鼠标点“Model Display”右边小三角，出现下拉选项条，包括各功能选项。点选其中的“Building”，然后将“Correct Atom Types”和“Rectify”两选项前的钩去掉，关闭弹出框即可。如此画图时不再显示氢原子且连键时不会乱跳。）画好富勒烯分子的平面图后，用鼠标选择选键工具条中的中间有箭头的圆圈，此时将鼠标移至分子上可将分子向不同方向旋转，可观察到画出的分子基本在一平面中，与富勒烯分子的球形立体结构相去甚远。用鼠标选择选键工具条中箭头加十字箭头，然后用鼠标点选分子中任一原子，当该原子出现外加粗圆圈时，移动鼠标该原子即可发生移动，如此可将分子中任一原子自由移动。按此方法将平面型富勒烯分子尽可能接近圆球形，然后用鼠标选择软件界面上方“MM2”栏中“Minimize Energy”，在弹出框中点击右下角的“RUN”，如弹出警告窗，点选“Ignore”。此时分子的立体构型会自动优化，变得接近球形。点击软件界面上方“File”栏中“Save As”保存图形文件。文件保存类型选择“Protein DB(*PDB)”，文件名可自定（不得选择中文名，可选择英文或数字）。(2) 使用Gaussian98软件计算富勒烯分子。用鼠标选择“所有程序-GaussView-GaussView”，打开GaussView画图软件。然后在此软件中打开前面保存的“xxx.pdb”文件，可看到此富勒烯分子结构图中有许多氢原子。用鼠标选择左侧工具栏中的“Delete Atom”，然后将鼠标点击分子中某一氢原子，该原子即被删去，如此删除富勒烯分子图中所有氢原子。然后点击上方工具条中“File-Save”保存文件，文件名为“xxx.gjf”（.gjf文件为Gaussian98软件输入文件，xxx为文件名可自定，但必须使用英文或数字）。点击“所有程序-Gaussian98W-Gaussian98W”，打开Gaussian98软件，点击“File-Open”，打开前面保存的“xxx.gjf”输入文件。将其中“Route Section”栏中“rhf/3-21g”改为“uam1”。并在这一栏最后先空一格，然后加上“opt”。将“Charge, Multipl”栏中“0 1”改为“0 3”。然后点击右上“run”，保存计算结果文件为“xxx.out”。待计算结束，点击右上角放大镜图标，即可看到计算结果。其中在最后部分名人格言前一段中的“HF=1.2384751”即为分子总能量。还可用GaussView画图软件打开xxx.out文件观察计算后的分子是否为球形。按此方法计算C20、C24、C28、C32等分子的总能量。六、数据处理及思考题1根据丁二烯、环丁二烯、萘、奥的电荷密度、键级和自由价作出它们相应的分子图。2由丁二烯、环丁二烯、萘、奥的分子轨道能量参数画出其分子轨道能级示意图。3. 列出C20、C24、C28、C32等富勒烯分子HOMO和LUMO能量及总的电子能量。根据计算结果将下列问题答案写在实验报告上：1由丁二烯、苯、萘、奥的分子图解释下列现象：(1)丁二烯有顺、反异构体的原因及1、4加成的化学反应性能。(2)苯为什么比烯烃稳定，较难进行加成反应?(3)为什么萘的位（5、7位）比位（4、8位）容易发生反应？(4)为什么奥能溶于盐酸及浓硫酸中?为什么亲核基团在其2，4位置起反应，而亲电基团在6，10位置起反应?2由几种富勒烯分子的计算结果回答下列问题：(1)哪种富勒烯分子相对而言较为稳定？(2)如何判断同一富勒烯分子的不同异构体之间哪种更稳定？七、实验预习思考题认真阅读实验原理及相关物理化学教科书，将下列问题答案书写在实验预习本上1量子化学计算方法大致可分为几类？分别举例加以说明。2HMO方法的要点有哪些？为什么可以用HMO方法来计算富勒烯分子相关性质？3如何判断平面共轭分子的芳香性？此一规则是否适用于富勒烯分子？实验5 双液系的气液平衡相图的绘制四、实验步骤1开启超级恒温水槽，使温度控制在25。2配制工作曲线的标准溶液。按下表所示溶剂体积分别准确配制不同浓度乙醇-环己烷标准溶液。3用阿贝折光仪分别测定标准溶液以及纯乙醇、纯环己烷的折射率。4测定体系的沸点及气液两相的折射率。测定方法如下： 配制一系列(12至16份)不同浓度的乙醇-环己烷溶液。将某一乙醇-环己烷溶液注入沸点仪中，液体量应盖过加热丝，处在温度计水银球的中部，打开冷凝水，接通电源，电压不能超过规定电压（加热电压一般为20至50伏），否则会烧断加热丝。当液体沸腾，且冷凝管底部D小球中充满液体后，以一只手握住沸点仪中部，另一只手打开铁架台上固定沸点仪的旋钮，将沸点仪向一边倾斜使D小球中液体倒回沸点仪圆底瓶中。然后使沸点仪重新回到竖直状态，旋紧铁架台上旋钮，固定好沸点仪。如此倾倒操作重复三次。待溶液温度基本稳定后，记下沸腾温度及环境温度，并停止加热。分别用滴管吸取气相及液相的液体，用阿贝折光仪测其折射率，每份样品读数二次取平均值。测定完之后，将沸点仪中的溶液倒回原试剂瓶中，换另一种样品按上述操作进行测定。更换样品时，原有溶液尽量倒干净。如有少量剩余液体，可不必将其吹干，直接加入下一待测液体继续测量，每份液体的准确浓度由其测定的折射率来确定。实验操作思考题：1. D小球中液体必需来回倾倒三次后，方可用于测量气相组成，其原因是溶剂中含有少量低沸点杂质，倾倒三次后方可排除这部分干扰；由于加热过程是溶液温度不断上升的过程，在此过程中， 气相中沸点较低的组分所占比例较高，而与气液平衡时的组成不同。D小球中可能残留少量上一份溶液样品，倾倒三次后使整个容器中浓度一致。2. 溶液沸腾后，其沸腾温度并不恒定，其原因可能是溶液蒸发速度与冷凝速度不相等，使溶液浓度不断改变； D小球体积过大，改变了溶液浓度；加热功率过大，气相冷凝速度较慢；冷凝水冷凝效果不好。3. 本实验中，比较理想的使溶液达到气液平衡的方法是调高加热电压，使溶液快速升温，待液体沸腾后，调节冷凝管水流速度使溶液温度稳定。调低加热电压，使溶液缓慢升温，待液体微沸后，调节冷凝管水流速度使溶液温度稳定。调高加热电压，使溶液快速升温，待液体沸腾后，调低加热电压是保持液体微沸后，调节冷凝管水流速度使溶液温度稳定。4. 阿贝折光仪无论如何调节都无法找到明显的明暗分界线，其原因可能是：折射仪加液棱镜上未加溶液；折射仪加液棱镜未被溶液完全铺满或已有部分挥发；目镜焦距未调好；溶液色散未消除。5. 为使实验结果更为准确，D小球的体积：在保证折光率测量用量的基础上，越大越好；在保证折光率测量用量的基础上，越小越好；大小对结果无影响。6沸点仪圆底瓶中的样品在实验时，加入液体的量：在不超过圆底瓶2/3容积的基础上，越多越好；在不少于圆底瓶1/2容积的基础上，越少越好；只要在圆底瓶容积1/2至2/3之间均可七、实验预习思考题认真阅读实验原理及相关物理化学教科书，将下列问题答案书写在实验预习本上1什么是相律？根据相律恒沸点的自由度为多少？2简单蒸馏与精密分馏是否可以分开完全互溶和部分互溶混合溶剂？3. 什么情况下可以判定气液两相已达到平衡，本实验中存在真正的气液平衡状态吗？实验20 磁化率的测定四、实验步骤实验方案一（此实验方案中磁天平以永磁铁为外加磁场）1测定空样品管的质量打开电子天平开关，按调零按钮使天平读数为零。取一只清洁、干燥的空样品管套在系于天平下方的橡皮塞上，在无磁场情况下称取空样品管的重量，称三次取平均值。然后装上永磁铁，通过调节永磁铁左右两边螺丝调节磁极左右间距，调节固定磁铁的铁架上旋钮使永磁铁上下运动。最终使样品管底部处在两磁极中心位置，磁极间距大约为2.5cm。再称取空样品管在磁场中的重量，称三次取平均值。2用硫酸亚铁确定磁极间距取下样品管，将预先用研钵研细的硫酸亚铁粉末通过小漏斗装入样品管，边装边用平口玻棒压实，使粉末样品均匀填实，上下一致，端面平整。样品高度7cm为宜，记录用直尺准确量出的样品的高度h（精确到毫米）。在无磁场时称得样品管加样品的重量，然后加上永磁铁，调节磁铁左右两边螺丝，使磁极之间距离尽可能小，但又不使样品管吸到磁铁上为好。再称重，两种情况各称三次取平均值。去掉磁场时，只需将永磁体从铁架上取下拿至离样品管10cm远以外即可，加磁场时再原位接上。去掉或加上磁场时，一定要用手托住永磁体磁极，避免掉下来损坏。测定完毕，用竹针将样品松动，倒入回收瓶。然后将样品管清洗干净，用脱脂棉擦去管壁上水珠，然后用吹风机将样品管吹干备用。3测定摩尔氏盐、K4Fe(CN)63H2O、K3Fe(CN)6的磁化率在保持磁极间距不变的情况下，使用上述同一样品管，重复上述步骤2，测定其余样品的磁化率。4. 记录实验温度（实验开始、结束时各记一次温度，取平均值）。清洗样品管，将研钵中样品倒入回收瓶，清理实验台面。实验方案二（此实验方案中磁天平以电磁铁为外加磁场）1测定空样品管的质量打开电子天平开关，按调零按钮使天平读数为零。打开磁天平电源开关，待仪器稳定后，旋转电流调节旋钮，使电流读数为零。此时磁场强度也应为零，如磁场强度不为零，按“调零”按钮，使磁场强度归零。取一只清洁、干燥的空样品管套在系于天平下方的橡皮塞上，在无磁场情况下称取空样品管的重量，称三次取平均值。然后旋转电流调节旋钮，使电流强度大约在3A左右。记录此时磁场强度，称取空样品管在磁场中的重量，称三次取平均值。2测定摩尔氏盐、硫酸亚铁、K4Fe(CN)63H2O、K3Fe(CN)6的磁化率。取下样品管，将预先用研钵研细的样品粉末通过小漏斗装入样品管，边装边用平口玻棒压实，使粉末样品均匀填实，上下一致，端面平整。样品高度7cm为宜，记录用直尺准确量出的样品的高度h（精确到毫米）。在无磁场时称得样品管加样品的重量，然后旋转电流调节旋钮，使电流读数尽可能大（不应超过3A），但又不使样品管吸到磁铁上为好。记录磁场强度，再称重，两种情况各称三次取平均值。（一般电流强度不应超过3A。超过3A后，此时磁场强度较大，一但发生突然断电或关闭磁天平电源，电流突然消失，电磁铁中会产生较强的反向感应磁场，造成电磁铁损坏。）测定完毕，用竹针将样品松动，倒入回收瓶。然后将样品管清洗干净，用脱脂棉擦去管壁上水珠，然后用吹风机将样品管吹干备用。使用上述同一样品管，重复上述步骤，测定其余样品的磁化率。4.清洗样品管，将研钵中样品倒入回收瓶，清理实验台面。实验操作思考题：1空样品管在无磁场和有磁场的情况下，其重量：无磁场时更重；有磁场时更重；两种情况下一样重；请选择并说明理由。如果你在实验中遇到的情况与你的选