_久吾杯_首届化学化工实验竞赛试题

“久吾杯”首届江苏省大学生化学化工实验竞赛试题——化学组C-1操作试题——实验地点：笃行楼505江苏省大学生化学化工实验竞赛组委会2010.7.18实验C-1 液体饱和蒸气压及平均蒸发焓的测定评分项目完成实验实验操作实验报告总分分值20 50 30 100得分重要说明：1 本实验竞赛的时限为3小时（以裁判签名为准）。

每超10分钟扣5分，最多不得超过30分钟。

2 竞赛开始20分钟内完成设计，如有困难可以向裁判索取实验原理与操作步骤，但将被扣去10分。

3 完成实验请将真空系统接通大气、关闭电源。

4 本实验提供毫米方格纸、铅笔、直尺、电脑及绘图软件供选用。

实验题目：液体饱和蒸气压及平均蒸发焓的测定用静态法测定某液态物质（已装入测试系统）在35-55℃之间的饱和蒸气压与平均蒸发焓。

该法是以等位计进行测定的，其准确性较高。

通过调节外压使等位计的两臂液面等高以平衡液体的蒸气压，测定出外压即可得到该温度下液体的饱和蒸气压。

此法一般适用于蒸气压较大的液体，但用于较高温度下的蒸气压测定，准确性较差。

本实验采用静态法测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压，测定装置见图。

E是等位计，由球A，U形管BC及球形冷凝管组成，冷凝管上端有加样口D。

球A和U形管BC内均装有待测液体。

将等位计置于恒温槽中，应注意使U形管和球体内的液面置于恒温槽水面之下。

冷凝管的上端口接入一玻璃冷阱以进一步冷凝液体蒸气，然后与压力测定装置及真空 抽气系统相连。

若球A内的液体与其蒸气在一定温度下达成平衡，而U形管BC的两臂中液面等高时则表明B管液面上所受的外压与C管液面上待测液体的蒸气压相等，因此将当天室内的大气压减去由数字压力表读出的压力差即为液体的蒸气压。

实验步骤1.按图1连接好装置，检查等位计中样品量是否合适。

等位计的球形部分应盛有大约2/3的液体，U形管BC中应放入较多的液体，否则不易调节双臂液面等高。

可从上端加样口D 加入样品，或将等位计小心拿起倾倒以调节球体A和U形管中液体量。

2.检查装置系统是否漏气。

接通冷凝水，关闭进气阀 3 ，旋转与真空泵相连的三通活塞使系统与大气隔绝，打开阀1和阀2 ，使真空泵与抽气系统气路畅通，接通电源，开启真空泵使数字压力表显示压差为60kPa左右,停止抽气。

注意观察数字压力表的显示数值变化以检查系统是否漏气。

若无泄漏，即可开始实验。

3.蒸气压测定。

将恒温槽温度调节至t1，（35℃）开启真空泵，体系内的压力便逐渐降低，让A球中液体内部及其上方空间中的空气呈气泡状通过U形管BC并排出。

抽气若干分钟后，待U形管中的液体已明显沸腾，关闭进气阀1和真空泵 ，一只手捏住进气橡皮管，另一只手慢慢打开进气阀3 ，让空气缓缓进入测量系统，直至U形管BC的双臂中液面等高，从压力测量仪上读出压力差，重复上述抽气和使U形管BC两侧液面等高的调节过程，直到两次测定中压力测量仪上的压力差读数基本相同，这表明A球液面上方的空间已全部被乙醇蒸气占据，记下此时的压力差。

4将体系升温，每5℃为一个间隔，按上述相同方法测定t2、t3、t4、t5四个不同温度时的蒸气压。

由于温度升高后液体蒸气压增大，因此随后的几次测定中已不需再进行抽气。

若升温过程中U形管BC内的液体发生暴沸 ，可漏入少量空气，以防止管内液体大量挥发而影响实验进行。

5.关闭冷凝水、搅拌、加热器及电源，用虹吸法放掉恒温槽内热水，旋转真空泵处的三通活塞使之与大气相通。

记录当天室温和大气压。

仪器设备：装置如下图：气压计1台 真空泵及抽气系统1套 恒温装置1套 玻璃吹制的等位计1支 数字压力表1台 已装入系统的某液态物质(A.R)回答问题：1.为什么随后几个温度下的蒸气压测定中已不需重新抽气？2.升温过程中若等位计内液体发生暴沸，应如何处理?3.为什么要将等位计A球中的空气驱除？4.若A球内的液体中溶有其它杂质，对测定结果有何影响?说明1 南京纬度：L =32度、海拔：h =50米；2 气压计读数的校正水银气压计的刻度是以温度为0℃，纬度为45 度的海平面高度为标准的。

若不符合上述规定时，从气压计上直接读出的数值，除进行仪器误差校正外，在精密的工作中还必须进行温度、纬度及海拔高度的校正。

(1) 仪器误差的校正 由于仪器本身制造的不精确而造成读数上的误差称“仪器误差”。

仪器出厂时都附有仪器误差的校正卡片，应首先加上此项校正。

（本实验该项校正可忽略不计）(2) 温度影响的校正 当温度高于0 ℃时，经仪器校正后的气压值应减去温度校正值；当温度低于0 ℃时，要加上温度校正值。

气压计的温度校正公式为()tt t p tt p p αβα+−−=−=Δ10α = (181792 + 0.175t + 0.035116t 2)×10-9 ℃-1 β =18.4×10-6 10 ℃-1式中Δt 为温度校正值，p t 为气压计读数，p 0 为 0℃时的大气压力，t 为气压计温度，℃。

α为水银的体膨胀系数；β为刻度标尺黄铜的线膨胀系数。

(3) 海拔高度及纬度的校正 重力加速率（g ）随海拔高度及纬度不同而异，致使水银的重量受到影响，从而导致气压计读数的误差。

其校正办法是：经温度校正后的气压值再乘以(1- 2.6×10-3 cos2L( 1- 3.14×10-7h ) 。

(4) .实验数据记录表：选手编号_________ 室温_________大气压_________温度t(℃) t 1= t 2= t 3= t 4= t 5= 温度T -1（K -1）压力差△P （Kpa）蒸气压P P=P 0—△Plg P“久吾杯”首届江苏省大学生化学化工实验竞赛试题——化学组C-2操作试题——实验地点：笃行楼515江苏省大学生化学化工实验竞赛组委会2010.7.18实验C-2：乙酸乙酯皂化反应速率常数测定及活化能的估算实验原理乙酸乙酯与碱的反应称为皂化反应，在反应过程中，各物质的浓度随时间而变，某一时刻的OH -离子浓度可用标准酸进行滴定求得，也可通过测定溶液的某些物理性质而得到，用电导仪测定溶液的电导值G 随时间的变化关系，可以监测反应的进程，进而可求算反应的速率常数与活化能。

乙酸乙酯皂化反应是二级反应，其反应方程式为：CH 3COOC 2H 5 ＋ NaOH → CH 3COONa ＋ C 2H 5OH t=0 0 0 0c 0c t=t － － 0c x c 0c x c x c x c t = ∞ 0 00c 0c 0c 为乙酸乙酯与氢氧化钠溶液的起始浓度，为时间t 时反应物消耗掉的浓度，则反应速率表示为x c20)(x xc c k dtdc −= (1) 式中，k 为反应速率常数。

将上式积分得kt c c c c x x=−)(00 (2)令G 0为t ＝0时溶液的电导，G t 为时间t 时混合溶液的电导，G ∞为t = ∞(反应完毕)时溶液的电导。

则稀溶液中，电导值的减少量与CH 3COO -浓度成正比，设K 为比例常数，则t ＝t 时， =， ＝K (G 0－G t ) x c x c x c t = ∞时， ， ＝K (G 0－G ∞)x c =0c 0c 由此可得：0c －＝K (G t －G ∞)x c 所以－和可以用溶液相应的电导表示，将其代入(2)式得：0c x c x ckt G G G G t t=−−∞00c 1将上式改写成：∞+−⋅=G tG G k c G tt 001 （3） 将电导与电导率κ的关系式G = κA/l 代入(3)式得：∞+−⋅=κκκκtk c tt 001 (4) 通过实验测定不同时间溶液的电导率κt 和起始溶液的电导率κ0，以κt 对(κ0－κt ) /t作图，得一直线，从直线的斜率可求出反应速率数k 值。

实验要求本实验采用测定溶液电导的方法，要求分别测定38℃和45℃时，乙酸乙酯皂化反应的速率常数，进而计算该反应的活化能。

供选用的主要仪器设备及试剂：DDS-11A 型电导率仪 1台；恒温槽1套；电导池1个（150mL 锥形瓶）；移液管（50mL ，10mL ）各1只；容量瓶（100 mL ）1只，微量注射器（100μL ）1只，停表1只，无棉纤维纸。

乙酸乙酯(A.R.)；NaOH(浓度大于0.2mol·dm -3)，电导水。

说明：乙酸乙酯密度与温度的关系ρ/g·cm -3＝0.92454＋10-3α( t / )℃＋10-6β( t / )℃2其中 α＝－1.168；β＝－1.95 乙酸乙酯的摩尔质量为88.11kg·mol -1。

实验数据记录实验过程中得到的实验数据，要求填入下列表格中。

表一、移取NaOH 溶液的体积、乙酸乙酯体积等数据 移取NaOH 溶液（0.2mol/L ）的体积乙酸乙酯体积 38℃时NaOH 溶液电导率45℃时NaOH溶液电导率表二、38℃时，乙酸乙酯皂化反应的反应时间与测定的电导率κ反应时间电导率κ表三、45℃时，乙酸乙酯皂化反应的反应时间与测定的电导率κ反应时间电导率κ回答问题：1、乙酸乙酯皂化为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好的结果?2、如何用实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应?3、为什么乙酸乙酯和NaOH溶液必须足够稀？4、如果NaOH和CH3COOC2H5起始浓度不相等，则应怎样计算k值?“久吾杯”首届江苏省大学生化学化工实验竞赛试题——化学组C-3操作试题——实验地点：笃行楼625 627江苏省大学生化学化工实验竞赛组委会2010.7.18实验C-3 完全互溶双液体系T-x 图的绘制评分项目 完成实验 实验操作 相图及质量实验报告 总分分值 10 46 30 14 100 得分重要说明：1 本实验竞赛的时限为4小时（以裁判签名为准）。

每超10分钟扣5分，最多不得超过30分钟。

2 本实验提供毫米方格纸、铅笔、直尺供选用。

3 完成实验后，关闭仪器电源、冷凝水，损坏仪器、打破玻璃器皿将被扣分。

请将所有玻璃仪器清洗干净，保持台面干净整洁，恢复原状，否则将被扣分。

4 本实验忽略温度计的露茎校正。

实验题目 完全互溶双液体系T-x 图的绘制纯液体在恒定的外压下沸点为一定值，平衡时气、液两相组成相同。

若将两种完全互溶的挥发性液体组分A 和B 混合，由于两种纯液体的沸点不同，挥发性能不一样，因此混合物的沸点不仅与外压有关，而且随体系组成而变化，平衡时气、液两相组成并不相同，通常平衡气相中含蒸气压高的易挥发组分较多。

在一定外压下，在蒸馏仪中使混合物体系气、液两相达成平衡，测定平衡温度及平衡时气、液两相的组成即可绘制出该体系的沸点-组成图。

本实验采用自制的N-72型蒸馏仪（见图2所示）测定混合物沸点。