物理化学实验课后练习参考

物理化学实验课后练习参考

一、问答题

1.用最大气泡法测定溶液的表面张力的实验操作中,为什么要求读出最大压力差?

[答] p(内)

∆p＝p(外)－p(内),∆p可从压力计两边读数的差值 h读出。(1 分)

π r2∆p为气泡逸出时受到向下的总作用力

2π rσ 为气泡在毛细管口受到的表面张力(2 分)

当π r2∆p max＝2π rσ 时,气泡就逸出了

故实验中要求读出最大压力差h。(2 分)

2.最大气泡压力法测液体的表面张力实验时，某同学发现，当毛细管管端不是刚刚与液面

相接触，而是插入液面一小段距离时，测得的△h偏高。因而该同学在讨论中说毛细管管端插入液体内部，将使测得的表面张力值偏高，你认为这一说法对吗？为

什么？

答：知标样S及未知样X，则γx/γs= △h x△/h s影响γx值的因素与△h之测定值, X,

S样的密度及毛细管端插入深浅等众多因素有关。

3.在恒温、恒压下，测定化学反应速率常数的方法常分为物理法及化学法两类,请你以做过

的实验为例,简述这两类方法的主要区别及优缺点。

物理法：如电导法测乙酸乙酯皂化速率常数等,优点是不需要直接取样,不需中止反应,测量快,测得数据多,数据误差小,所测的物理量易转化为电讯号,易实现测定、记录、处理的自动化。缺点是:对不同反应体系要用不同物理量, 有的体系找不到合适的物理量,

物理量与浓度关系不规则,易引入系统误差,需要比较特殊的仪器。(5 分)

化学法：如用 KMnO4滴定法测定 H2O2分解反应速率常数,其优点是使用通常用的化学分析方法,如多为容量法分析测定浓度,取得的数据直接引入动力学方程,不加其他关系。缺点是需取样并中止反应才能进行分析,取样记时及反应条件控制易引入误差,化学分析慢,取得数就少,增加了数据处理误差,不易实现自动化。(5 分)

4.请设计一电化学实验，测定下列反应的等压热效应，并说明其理论根据（不写实验装置

及实验步骤）。Ag(s) + HCl(aq)＝AgCl(s)↓ + 1/2 H2(g)

[答] (1)设计电池Ag - AgCl(s)│HCl(aq)│H2(Pt) (1.5 分)

(2)压力p一定时，测该电池于某温度下的电动势E和电池的温度系数(∂E/∂T)p

可得电池的反应焓变值△H = -zFE + zFT(∂E/∂T)p

此△H即为该反应不在电池中进行时，反应的等压热效应。(1.5 分) (3)因为反应不论是否在电池中进行，其初、终态相同，利用状态函数的性质

△H（电池中）＝H（烧杯中），在等T，等p，W f = 0时，△H = Q p(2 分)

5.某种不可燃固体物质,加热可使它分解成为另一种固体和一种气体,请设计一个实验以测定上述分解反应的∆H∃ 和∆S∃ ,简要叙述实验方法和所依椐的热力学原理,不必绘出实验装置图。

[答]实验方法:将该固体放在密闭容器中,将容器抽成真空,置于电炉上加热,测定不同

温度下的平衡分解压。(3 分) 平衡时: ∆G＝∆G∃＋RT ln Q p＝0 (2 分) ∆G∃＝－R T ln K p=∆H∃－T∆S∃(1 分) K p值即相当于此固体分解压: ln K p＝－∆H∃/(RT)＋∆S∃/R(2 分) 以ln K p对1/T作图,得一直线,从斜率求出∆H∃(1 分)

在直线上找一点,代入上式,求出∆S∃。

6.某研究所，需要测定牛奶样品的热值，请提出所需仪器及实验步骤。

[答]仪器：氧弹燃烧热测定仪一套

步骤：(1)水当量的测量；

(2)空白滤纸的热能测定；

(3)牛奶样品用滤纸吸取烘干称重进行测量。

7.用氧弹量热计测定有机化合物的燃烧热实验,有的实验教材上要求在量热测定时，在氧弹中加几滴纯水，然后再充氧气、点火，请说明加的这几滴水的作用是什么？

[答] 希望产物H2O尽快凝聚为液态水。

8.为什么在测量原电池电动势时，要用对消法进行测量？而不能使用伏特计来测量？

答：要准确测量电池电动势只有在电流无限小的可逆情况下进行，对消法可达到此目的。伏特计与待测电池接通后，要使指针偏转，线路上必须有电流通过，这样一来变化方式不

可逆，所测量结果为有“极化”现象发生时的外电压。

9.作为盐桥使用的电解质有什么要求？

答：⑴盐桥电解质不能与两端电极溶液发生化学反应；⑵盐桥电解质溶液中的正、负离子的迁移速率应该极其接近；⑶盐桥电解质溶液的浓度通常很高，甚至达到饱和状态。10.以本实验中的装置来说，哪一部分是体系？

答：（将装置图中的平衡管部分转化一下）

根据实验题目可知，体系中应包含液体部分和气体部分，因此本实验的体系是 A 中的液体和 A—B 液面之间的气体。

11.体系中的气体部分含有空气等惰性气体时，是否对饱和蒸气压的测定产生影响？

答：有影响。参见【物理化学】教科书有关部分（P147～148）。公

式为

公式中 Pg*为没有惰性气体存在时液体的饱和蒸气压，Pg 为有惰性

气体存在且总压为 pe 时液体的饱和蒸气压。

12.怎样才能把体系中的空气排出到环境中去，使得体系的气体部分

几乎全部是由被测液体的蒸气所组成？如何判断空气已被赶净？

答：通过对体系加热或（/和）减小环境的压力，可以把体系中的空气等惰性气体排出到环境中去。刚开始时，空气比较多，通过 B—C 管液体冒泡排出的速度较快，后来逐步减慢。当体系温度达到液体的沸点并且空气很少时，冒泡排出气体的速度比较慢并且均匀，此时

冒泡排出的气体主要是饱和蒸气。

13. B—C 之间的 U 形状液体所起到的作用是什么？

答：⑴起到一个液体活塞（或液封）的作用，用于分隔体系与环境。（同时通过该液体活塞，可将体系中的空气排除到环境中去）

⑵起到检测压力的作用。（当 B、C 管中的液面等高时，说明体系的压力等于环境的压力，可以通过测量环境的压力来代表体系的压力）

⑶当 B、C 管中的液面等高时测定温度和压力的数据，也可保持多次测量数据时体系的体积几乎相等。

14.怎样才能使环境的空气不会进入到体系中去？

答：读测完温度和压差的数据以后，赶快给体系加热，或减小环境的压力

15.对于动力学研究中，物理量及其测量仪器的选择有哪些方面的考虑：

答：⑴反应前后，体系的物理量的变化非常显著；⑵测的物质浓度成线性关系的特征物质量为最佳；⑶测的物质浓度不成线性关系的非特征物质量为最差。

16. 根据具有简单反应级数的化学反应动力学特征，大致有哪几种确定反应级数的数据处理方法？

答：微分法，积分法，半衰期法，改变初始物质浓度法。

17.动力学实验，一般情况下为什么要在恒温条件下进行？

答：不同温度下的反应速度不一样，反应速率常数与温度有关，电导率的数值与温度也有关，所以要准确进行动力学测量，必须在恒温条件下进行。

18. 在本实验的装置中哪部分是燃烧反应体系？燃烧反应体系的温度和温度变化能否被测定？为什么？

答：在本实验装置中，氧弹的内部是被测物质的燃烧空间，也就是燃烧反应体系。由于做

燃烧实验时要在氧弹中充入高压的氧气，燃烧瞬间将产生高温，这样就无法将温度计（或

温差计）直接插入到高压氧弹中或者因为温度计无法承受高压或高温，另外温度计是玻璃

或金属外壳，在氧弹外面也无法与氧弹紧密接触，或者有的温度计（如热电偶）达不到测

量精度，所以很难对燃烧反应体系进行温度或温度差的测量。

19. 在本实验的装置中哪部分是测量体系？测量体系的温度和温度变化能否被测定？为什么？

答：由于不能直接对燃烧反应体系进行温度或温度差测量，因此就需要将燃烧反应体系（氧弹）放入到一种可以进行温度或温度差测量的介质中去，构成比燃烧反应体系大的测

量体系。在本实验的装置中，盛水桶、3000ml 水（刚好可以淹没氧弹）和氧弹三部分组成了测量体系，温度计可以插入到水中并与水紧密接触，不需要承受高压和高温，这样可以

根据测量体系的温度变化去推断燃烧反应进行所放出的热量。

20.测量体系与环境之间有没有热量的交换？（即测量体系是否是绝热体系？）如果有热量交换的话，能否定量准确地测量出所交换的热量？

答：测量体系与环境之间有热量的交换，因为理想的绝热条件是不可能达到的。同时影响

热量的交换量大小的因素也比较多，①与体系、环境的材质有关；②与体系、环境的接触

界面积大小有关；③与体系、环境的温差有关，所以要定量准确地测量出体系与环境交换