物理化学实验思考题及参考答案(供参考)

1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。

答：蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应为：由于水是大量存在的，H +是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。

由一级反应的积分方程可知，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln c 对t 作图，可得一直线，由直线斜率可得k 。

然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。

但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，α＝βc 。

在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t 时的a t 及a ∞，以()∞-ααt ln对t 作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k ，半衰期k t 2ln 1=。

2. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如果所用蔗糖不纯，对实验有何影响？答：本实验通过旋光度的测定来测蔗糖反应速率，蔗糖是右旋性物质，其[]ο6.66 20＝D α，葡萄糖是右旋性物质，其[]ο5.52 20＝D α，果糖是左旋性物质，其[]ο9.91 20-＝D α，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。

若蔗糖不纯，所含杂质如果无旋光性对实验无影响，如果具有一定的旋光性会影响实验旋光度的测量，使实验结果不准确。

3. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测旋光度时不作零点校正，对实验结果有无影响？答：无影响，本实验中，所测的旋光度αt 可以不校正零点，因αt -α∞ ，已将系统的零点误差消除掉。

4. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，蔗糖水解实验中配制溶液为何可用台称称量？ 答：蔗糖初始浓度对于数据影响不大。

速率常数K 与温度和催化剂的浓度有关，实验测定反应速率常数k ，以ln(αt -α∞)对t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k ，与初始浓度无关 ，蔗糖的称取本不需要非常精确，用台称称量即可。

5. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出的旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]AD c l ⋅⋅=100 20αα，可见溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、光源的波长、样品管长度及温度等均有关系。

6. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出速率常数与温度、溶液浓度、催化剂浓度和反应时间的长短有关吗？答：蔗糖转化反应的速率常数与温度、催化剂浓度有关，与溶液浓度、反应时间的长短无关。

7. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中， 在混合蔗糖溶液和HCl 液时，我们将HCl 液加到蔗糖溶液里去，可以反过来混合吗？答：不能，因为H +是催化剂，将反应物蔗糖加入到大量HCl 溶液时，H +浓度很大，一旦加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在开始测量时，已经有大部分蔗糖产生了反应，记录t 时刻对应的旋光度已经不再准确。

反之，将HCL 溶液加到蔗糖溶液中去，由于H +的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。

8. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，开始时旋光度在单位时间内变化较快，随着时间的延长，旋光度在单位时间内变化愈来愈小，是否可得出这样的结论，即反应速率常数和反应速率随着时间的延长愈来愈小。

答：不能，反应速率常数与反应时间无关，只与温度、催化剂浓度有关，反应速率是随着时间的延长愈来愈小。

在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t 作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k 0。

9. 蔗糖的转化速率常数和哪些因素有关？答：温度、催化剂的浓度及催化剂的种类有关。

10. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度αt 是否必须要进行零点校正？答：因为蒸馏水无旋光性，故可用纯蒸馏水作零点校正。

在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度αt 可以不进行零点校，因反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t 作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k 0，αt -α∞ 可将系统的零点误差消除掉。

11.在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，物质的比旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]A Dc l ⋅⋅=100 20αα，比旋光度是物质本身的性质，仅与光源的波长和温度有关，而与旋光管的长短和溶液浓度无关。

12. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测定αt 和α∞是否要用同一根旋光管，为什么？答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]AD c l ⋅⋅=100 20αα，由上式公式可知，溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc 。

13. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何测量α∞？答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min ，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min 内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为α∞ 值。

14. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测量α∞时，溶液没有冷至实验温度下就测定其旋光度，对结果有无影响？答：有影响，因为溶液的旋光度与温度有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]AD c l ⋅⋅=100 20αα，由上式公式可知，溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc 。

15. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何判断测量溶液的旋光度即为α∞？答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min ，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min 内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为α∞ 值。

16. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，何时开始计时？为什么？答：分别取50mL 蔗糖水溶液和50 mL 4mol·L -1 HCL 溶液于两个100mL 锥形瓶中，并浸入恒温槽使恒温到实验的温度。

然后将HCl 溶液全部倒入蔗糖溶液锥形瓶中(两瓶来回倒几次，使两者混合均匀)，同时记下时间。

因为()()kt t ---∞∞αααα0ln ln ＝成立的前提是t =0时，产物浓度为零。

17. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，实验结束后，能否直接将旋光收起来？答：不能，实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对旋光管的腐蚀。

2、最大泡压法测定溶液的表面张力1、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。

答：实验装置如图83-4所示。

将被测液体装于测定管中，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。

若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。

随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。

当气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，如图5所示。

在气泡的半径等于毛细管半径时：p 内＝p 外气泡内的压力： p 内=p 大气-2γ/r气泡外的压力： p 外=p 系统+ρgh实验控制让毛细管端口与液面相切，即使h=0，p 外= p 系统根据附加压力的定义及拉普拉斯方程，半径为r 的凹面对小气泡的附加压力为△p max = p 大气- p 系统= p 最大=2γ/r （6）于是求得所测液体的表面张力为max 'max 2p K p r ∆=∆=γ （7）此后进一步抽气，气泡若再增大，气泡半径也将增大，此时气泡表面承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，所以导致气泡破裂从液体内部逸出。

最大压力差可用数字式压力差仪直接读出，K ′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。

3、的大小与那些因素有关？答：表面张力γ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其大小与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

4、纯液体如何降低其表面自由能？答：对于纯液体，纯液体表面层的组成与内部的组成相同，等温等压下，γ为定值，要使dG 下降，只有降低A 。

因此，纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。

因此液滴通常成球形。

5、溶液如何降低其表面自由能？答：对于溶液，等温等压下，要使dG 下降，除了降低表面积外，因溶液的γ与溶液表面层的组成密切相关，还可由溶液自动调节不同组分在表面层中的数量使γ降低。

6、什么是溶液的表面吸附？答：根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质表面层中的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。

这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

7、水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，根据变化情况可将溶质分为几类？答 ：水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，根据变化情况可将溶质分为两类：1）非表面活性物质能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。

如无机盐和不挥发的酸、碱等。

这些物质的离子有较强的水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。

如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升高。

2）表面活性物质加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。

这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。

亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。

表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。

非极性成分愈大，表面活性也愈大。

但习惯上，只把dA dG γ=dAdG γ=那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质，称为表面活性剂。

8、表面活性物质在水溶液的表面是如何排列的？答：表面活性物质分子都是由亲水性的极性基团和亲油性的非极性基团所构成，它们在水中的排列情况随其浓度不同而异，浓度小时，分子可以平躺在表面上；浓度增大时，表面活性物质分子在溶液表面定向排列，分子的极性基团取向溶液内部，而非极性基团取向空间；当浓度增至一定程度，溶质分子占据所有表面积，就形成了饱和吸附层。

再增大就会形成胶束。

9、溶液的表面吸附量是什么？它与哪些因素有关？答：其定义为：单位面积表面层所含有溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。