物理化学实验报告

《物理化学实验》标准实验报告

目录

实验一粘度法测定高聚物的相对摩尔质量 (3)

实验二凝固点下降法测定摩尔质量 (7)

实验三燃烧焓的测定 (9)

实验四液体饱和蒸汽压的测定 (13)

实验五碳酸钙分解压的测定 (16)

实验六分光光度法测定络合物的稳定常数 (21)

实验七双液系气液平衡相图的绘制 (26)

实验八二组分合金相图的绘制 (29)

实验九电池电动势的测定及其应用 (33)

实验十碳钢在碳酸氢铵溶液中极化曲线的测定 (39)

实验十一蔗糖水解速率常数的测定 (44)

实验十二过氧化氢的催化分解 (49)

实验十三乙酸乙酯皂化反应速率常数测定 (55)

实验十四胶体电泳速度的测定 (58)

实验十五溶液表面吸附作用和表面张力的测定 (62)

实验十六水热法制备纳米SnO2微粉 (66)

实验一 粘度法测定高聚物的相对摩尔质量

一、实验目的：

1、掌握乌氏粘度计测量粘度的原理和方法。

2、掌握粘度法测定聚乙烯分子量的原理、过程和数据处理方法。

二、实验原理：

由于高聚物的分子质量大小不一、参差不齐，且没有一个确定的值，故实验测定某一高聚物的分子质量实际为分子质量的平均值，称为平均分子质量（即平均摩尔质量）。根据测定原理和平均值计算方法上的不同，常分为数均分子质量、质均分子质量、Z 均分子质量和粘均分子质量。

对于同一聚合物，其测得的数均、质均、Ｚ均或粘均分子质量在数值上往往不同。人们常用渗透压、光散射及超离心沉降平衡等法测得分子质量的绝对值。粘度法能测出分子质量的相对值，但因其设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，故是人们所常用的方法之一。

粘度是液体流动时内摩擦力大小的反映。纯溶剂粘度反映了溶剂分子间内摩擦效应之总和；而高聚物溶液粘度η是高聚物分子之间的内摩擦、高聚物分子与溶剂分子间内摩擦以及溶剂分子间内摩擦三者总和。因此，通常高聚物溶液的粘度η大于纯溶剂粘度0η，即η>0η。为了比较这两种粘度，引入增比粘度的概念，以sp η表示：

sp η=00

1r ηηηη-=- (3-1) 式中r η为相对粘度，sp η表示已扣除了溶剂分子间内外摩擦效应，只留下溶剂分子与高聚物分子之间、高聚物分子相互间的内摩擦效应，其值随高聚物浓度而变。

Huggins(1941年)和Kraemer （1983年）分别找出sp η/C （称为比浓粘度）以及ln r η/C （称为比浓对数粘度）与溶液浓度的关系：

2/[]'[]sp C K C ηηη=+ (3-2) 2ln /[]''[]r C K C ηηη=+ (3-3) 实验发现：对同一高聚物，两直线方程外推所得截距[]η交于一点；常数'K 为正值，''K 一般为负值，且两者之差约为0.5；[]η值是与高聚物分子质量有关

的量，并称之为特征粘度。

0[]lim /sp c C ηη→= (3-4)

[]limln /r c C ηη→= (3-5) 可见，[]η反映了在无限稀溶液中溶剂分子与高聚物分子间的内外摩擦效应，它不仅与溶剂的性质，而且与高聚物的形态和大小有关。

[]η的单位是浓度的倒数，它的数值随溶液浓度的表示法不同而异。本实验的浓度用100mL 溶液中所含高聚物分子的克数作为浓度的单位。

常用于描述高聚物分子质量与特征粘度的关系式是Mark 经验式：

[]KM αηη= （3-6）

式中：M αη是粘均分子量；K 和α是与温度、高聚物及溶剂性质有关的常数。

K 值对温度较敏感，α值主要取决于高聚物分子线团在溶剂中的舒展程度。在良性溶剂中，高聚物分子呈线性伸展，与溶剂摩擦机会增加，α值变大；反之，在不良溶剂中，α值小。α值一般在0.5～1之间，而K 、α的具体数值只能通过诸如渗透压、光散射等的绝对方法确定，现将常用的几种高聚物——溶剂体系的数值列于下表。

因在良性溶剂中，温度对[]η的影响不很显著，因此，如果测定时的温度与上表指定的温度有所不同，K 和α值亦可近似适用。

至此可知：高聚物的相对摩尔质量的测定最后归结为溶液特征粘度[]η的测定。

液体粘度的测定方法有三类：落球法、转筒法和毛细管法。前两种适用于高中粘度的测定，毛细管法适用于较低粘度的测定。本实验采用毛细管法。

当溶液在重力作用下流经毛细管粘度计时，根据Poiseuille 近似公式： 48thg r Vl πρη= (3-7)

式中η—液体粘度，ρ—液体密度，l 和r —毛细管长度和半径，t —体积为V 的液体流经毛细管的时间，h —液体流经毛细管液体的平均液柱高度，g —重力加速度。对某一指定毛细管粘度计，其r 、h 、l 和V 均为定值，则式（3-7）可改定写为：

K t ηρ= (3-8) 式中4/K hgr gVl π=。通常是在稀溶液中测定高聚物的粘度，故溶液的密度与溶剂的密度近似相等，则溶液的相对粘度可表示为：

0000

r K t t K t t ηρηηρ=== （3-9） 式中t 和0t 分别为溶液和纯溶剂的流出时间。

实验中，只要测出不同浓度下高聚物的相对粘度，即可求得sp η、sp η/C 和ln r η/C 。作sp η/C 对C 和ln r η/C 对C 图，外推至C=0时可得[]η（如图3-1所示）。在已知K 、α值条件下，可由式（3-6）计算出高聚物的相对摩尔质量。

三、仪器和药品：

仪器和材料：恒温装置一套，乌氏粘度计，5mL 、10mL 移液管 各2支；洗耳球；秒表；100mL 容量瓶1只；100mL 烧杯1只；3号砂芯漏斗1

只；100mL 有塞锥形瓶11只；

药品：聚乙烯醇（A.R.）；正丁醇（A.R.）；无水乙醇（A.R.）。

四、实验步骤：

1.聚乙烯醇溶液的配制

准确称取聚乙烯醇0.500g 于烧杯中，加60mL 蒸馏水，稍加

热使之溶解。待冷却至室温后，转移至100mL 容量瓶中，加入0.25～

0.3mL 正丁醇（消泡剂）。在298.2K 恒温约10min ，加水稀释至

100mL ，如溶液浑浊则用3号砂芯漏斗过滤后待用。

2．安装粘度计

图3-1 乌氏粘度计