关于物理化学实验的几点思考

关于物理化学实验的几点思考
宋萃;戚明颖
【摘要】As an important course of chemical experiment, physical chemistry experiment has strong theoretical and comprehensive, and students are required to have the ability of practice and the data processing.With the author's experiences in the teaching of physical chemistry experiment, some details on physical chemistry experiment were focused on, and several common problems or insufficient on design of physical chemistry experiments were emphatically discussed.The scientific and effective solutions were put forward to achieve good teaching effect.This method can provide reference for teachers and students.%物理化学实验是化学实验中一门重要的课程，其理论性及综合性都极大锻炼了学生的动手和处理数据的能力。

主要针对物理化学实验中实验细节，结合作者自身讲授物理化学实验课的经验和体会，着重探讨了几个常见的物理化学实验中存在的问题和设计的不足，提出了科学有效的解决办法，并取得了良好的教学效果，供学习这门课程的教师和学生参考。

【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2015(000)007
【总页数】2页(P209-210)
【关键词】物理化学实验;改进办法;实验思考
【作者】宋萃;戚明颖
【作者单位】山东大学威海海洋学院，山东威海 264209;山东大学威海海洋学院，山东威海 264209
【正文语种】中文
【中图分类】O6-31
物理化学实验是化学学科的一门主干或者中心课程，也是生物、药学及材料专业必不可少的基础课程。

物理化学实验是培养了学生动手能力和科研能力的重要教学环节，在化学及相关专业人才培养中的发挥着举足轻重的作用。

1 物理化学实验报道现状
目前，关于物理化学实验的报道多注重于物理化学教学改革的探索［1－4］，或者是运用计算机软件进行实验数据的整理与处理［5－7］。

而关注物理化学实验过程中本身存在的一些问题或者学生在实验过程中经常遇到的困惑方面鲜有报道。

本文结合作者在教授物理化学实验过程中的实际经验，针对实验过程中学生提出的问题进行思考和总结，整理和归纳出几个经典问题和解决办法，供高校的物理化学教师、学生以及实验员参考。

2 关于物理化学实验的思考
2.1 临界胶束浓度的测定实验
在电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度［8］的实验中，需要在实验过程配制12 份浓度不同的溶液，并分别在25 ℃和40 ℃恒温后时测量其电导率。

通过近几年物理化学实验的教授，作者发现采用教材中的实验步骤和方法有以下五个缺点:(1)耗时费力，实验时间长且溶液浪费比较严重;(2)十二烷基硫酸纳等表面活性剂容易起泡，用100 mL 容量瓶配制的溶液浓度不准确;(3)普通的恒温水浴锅中液面较低，而容量瓶的液面较高，恒温效果不理想;(4)恒温后由容量瓶转移到小烧杯中
测量电导率时，在室温较低时，溶液温度变化较快，造成一定的系统误差;(5)25 ℃和40 ℃十二烷基硫酸纳的临界胶束浓度(CMC)基本没有差别。

针对以上问题，我们对实验进行了如下改进:(1)在实验前，配制好12 份准确浓度的溶液，分装到不
同小组的12 个50 mL 碘量瓶中并编号。

静置一段时间，泡沫消失后即可开始实验，这样不仅可以防止现场配制时产生大量的泡沫影响浓度的准确性，而且节约了试剂，减少了对环境的污染;(2)直接将每组的12 个碘量瓶放到某一温度(如25 ℃
或40 ℃)下的恒温水浴锅中进行恒温，以保证溶液较大面积地充分接触恒温水，
并且节约了一半的时间;(3)测定电导率时，将电导率仪移到水浴锅的旁边，直接将
电导电极放入仍在水浴锅中保温的溶液中测量。

这样的操作不仅可以简化操作、节约实验时间，还可以防止转移溶液时温度变化造成的误差。

(4)因为缩短了较多的
时间，教师可以增加表面张力测定CMC 的实验内容供学生选择，学生可通过两种实验操作方法的不同和结果的比对，加深对实验原理和测定方法的理解和掌握。

2.2 测定液体饱和蒸汽压的实验
关于液体饱和蒸汽压的实验过程中，实验者需要密切观察平衡管(图1)中的液面。

笔者参考了多本物理化学实验教材，实验步骤中都有类似的描述:液体达到沸腾时，须保持温度恒定，然后放入少量空气使b、c 两液面相平。

但是在实验过程中，实验者却不难发现，即使b、c 管中的液面已沸腾的相当剧烈，a 球中的液面却始终平静如初。

这时，学生就会产生疑问，我们不是要观察液体沸腾吗?为什么a 球中的液体没有沸腾的现象呢?为什么观察到的现象和书中描述的现象不一致呢?这是一个很好的问题，看起来a 球与b 球上方和液体确实是连通的，它们受的的压力应
该是相同的，既然压力相同，为什么bc 管中的液体沸腾而a 球不沸腾呢?原因就
在于，a 球和bc 段中的液体都达到了饱和蒸汽压，按理论上讲，应该都有沸腾的现象。

但是实际上，因为a 球上方的饱和蒸汽压不断向外释放出水蒸气，推动着
bc 段液体不断向c 球上部运动，这时，c 管的液面高度明显高于b 管内，甚至沸
腾剧烈时，b 段的液体已完全冲在c 段，而此时，这段液面本身的高度差又会产生一个压差，因此，系统压力计上显示的压力示数是c 段液体上方的气压，而a 球
中的气压则是系统气压加上bc 段高度压力的和，这也就是为什么只有bc 管中的
液体沸腾而a 球不沸腾的原因。

针对这一现象，笔者建议实验教材的编纂中可以
加入描述这一现象的文字，究其原因，则可以设置思考题让学生在观察这种现象的时候积极思考，这样不仅对于学生留心观察实验中液体达到饱和时平衡管不同位置沸腾的不同现象，而且有助于锻炼学生的探究和思维能力。

另外，此实验装置还可以做进一步的改进，如果在bc 管上加上精密的刻度标识，就不必调整bc 液面相平，利用示数就可以较快地计算出液体的饱和蒸汽压［9］。

但是估计这种精密的仪器因为制作工艺的限制，造成仪器造价偏高，实际大范围的推广应用可能存在一定难度。

图1 平衡管结构图Fig.1 The structure of Balance tube
2.3 偏摩尔体积测定的实验
在溶液偏摩尔体积测定的实验［10］中，学生首次接触到测定液体密度的仪器——比重瓶。

关于比重瓶的介绍和使用方法，教材中都有介绍。

在注意事项中，教
材中也只强调了两点:(1)拿比重瓶时应手持颈部(2)实验过程中毛细管里要始终充满液体，注意不得存留气泡。

作者在近年的实验课教授过程中，发现学生很容易在实际操作中容易忽视一些细节，造成得到的数据总是存在一定的误差。

比如——最
不起眼的标签纸。

在分别多个相同的实验仪器时，实验者常用标签纸对所有相同的仪器进行编号并粘贴到仪器外壁上，这是化学实验中最普遍最实用的标识仪器的方法。

因此，在偏摩尔体积测定的实验中，实验者常常也会采用此法，即在进行比重瓶的称量之前，将所有比重瓶编号并贴好标签。

因为比重瓶体积比较小，多数实验者会将标签纸贴在比重瓶颈部以下。

在称量比重瓶的空瓶质量时，此时称量的质量是空瓶加标签纸的
质量。

但是，当比重瓶盛满蒸馏水置于恒温水浴中恒温10 min 后，问题出现了:
由于标签纸贴的位置在比重瓶下方，当把比重瓶放在水浴中浸泡时，整个标签纸几乎全部浸没在温水中，纸本身的吸水性造成了整体重量的增加，即便恒温后用吸水纸擦干了外壁，但是标签纸吸进的水的质量却无法去除;再或者有的学生看到标签
纸被浸泡过后的有些松动或者脱落了，就重新贴上一张新的标签纸。

因为这个实验的数据是需要准确称量质量的，实验要求采用精密度为万分之一精密电子天平。

而以上的这些操作都会造成称重数据的不准确性，从而产生了误差。

因此，在发现这个很容易被忽视的问题后，我们总结经验，提出了两种解决办法:(1)将标签贴到比
重瓶颈部的上端，此时水浴锅中的水就不会完全浸湿标签纸，从而减少了系统误差。

但是这种方法也有一个弊端，就是有时标签会挡住视线，无法观察毛细管中的液面。

(2)用油漆笔在每个比重瓶上依次编号，学生只需记录每个编号对应的溶液浓度即可。

这样就不存在标签纸吸水或者脱落的问题，从而提高的实验数据的准确性，减少了系统误差。

物理化学实验是一门严谨精密的实验学科，因此，实验者要尽可能地追求实验结果数据的准确性和真实性，尽量避免个人操作疏忽而造成的误差。

3 结语
物理化学实验着重培养学生创新能力和优良素质，在整个化学类实验中承担着极其重要的作用。

因此，实验内容设计的思路和严谨的步骤都将直接影响本科教学的质量和效果。

本文通过对几个实验的思考，列举了本科实验中经常遇到的问题或设计的不足，并找到了有效的解决途径及改进方法。

通过实验教学经验的不断累积和教学方式方法的日益完善，使学生在实验过程中不仅学习了基本技能，也提高了学生思维和解决问题的能力，从而达到能力和素质的综合培养。

参考文献
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