物理化学实验习题五

问答题 问答题答案

问答题

1. 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？ 2. 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。

3. 在量热实验中(例如溶解热的测定)经常要用电能对量热计进行能当量的标定, 请绘出电能测量线路, 并加以说明。

4. 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$实验装置图。

5. 现要安装一个50℃以下的恒温水槽, 应如何考虑下列问题： ①需要有哪些部件? ② 如何配置恒温槽各部件?

③恒温槽放在20℃的实验室内, 欲控制25.0℃的恒温温度。恒温槽在25.0℃时的散热速率是0.060℃·min-1, 恒温槽内盛水10.0 dm3, 问应使用多少瓦的控温加热器为好?己知1 dm3水为1000 g , 水的热容为4.184 J·g-1·K-1。

④若恒温槽控制的温度略低于室温, 应采取什么措施才能达到恒温目的(不用现成的致冷器)?

6. 欲用溶液法测定溴苯的偶极矩，现查得溴苯、苯、乙醇、环己烷、四氯化碳、水的一些物理常数如下：

密度20/g·cm-3 折光率n20 沸点Tb/℃ 溴苯 1.4950 1.5594 156.43 苯 0.879 1.5011 80.3 乙醇 0.789 1.3614 78 环己烷 四氯化碳 0.7786 1.4266 80 1.600 1.4603 75.5 水 0.9982 1.3330 100 和S$, 简要叙述实验方法和所依椐的热力学原理, 不必绘出

上述物质中，哪些可选作溶剂？何种溶剂为最佳？选择溶剂应考虑哪些因素？ 7. 已知某物质的相对分子质量为 146, 它溶于环己烷中, 但不知道它在环己烷中是以单体还是二聚体，或两者的平衡状态存在。请提出一种实验方法, 对该物质在环己烷中的存在状况作出判断（需说明方法、需已知和测定的数据）。

8. 测定萘-苯的固液二组分相图，请写出所需仪器、实验步骤。

注：苯的凝固点是 5.5℃，萘的凝固点是 80℃。

9. 强电解质稀溶液符合 ∧m= ∧- A c1/2 规律，请设计一个实验方案，以求出 KNO3稀溶液的 ∧m与 c 的具体函数关系式（写明实验方法原理，测定线路及主要测定步骤）。 10. 在电导仪说明书中，常指出测电解质溶液用镀了铂黑的电导电极(电导池), 而测蒸馏水电导时应用光亮铂电极 , 你认为这是为什么?

11. 用界面移动法测定H+ 的迁移数时, 为什么选用一定浓度的CdCl2溶液作为指示溶液? 12. 试解释双液电池所用盐桥，何以常用琼脂作支持物。

13. 在图中所示的电池的 A，B 两极上，要求加上 0.1254 V 电压（直流）。说明如何用电位差计实现这一要求。

14. 用电位差计测定原电池的电动势时，标准化这一操作起什么作用？要测得精确的电动势值，测定操作的关键是什么？

15. 在用对消法测定电池电动势的装置中，要使用电位差计及检流计，当选用电位差计的型号及检流计的型号时，要注意什么问题？

16. 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)

17. 你在那个物化实验中使用过标准电池? 简述它在实验中起的作用, 它是提供标准电极电位, 还是提供标准电流, 还是标准电位差?

18. 测定电极在有电流通过时的电极电势，通常采用三电极的方法,请画出此测量装置的示意图, 并标出三个电极的名称。

19. 在 H2超电势测定实验中，鲁金毛细管的作用是什么? 实验线路中为什么要有三个电极，它们的作用是什么？

20. 在甲酸氧化反应动力学的实验中，在水溶液中，甲酸被溴氧化的反应机理经研究确认可用下式表示:

HCOO-+ Br2─→ CO2+ HBr + Br- ……… (1)

在该反应体系中又同时存在以下二个平衡：

HCOOH ＝ H+ + HCOO- ………… (2) Ka Br-+ Br2＝ Br ………… (3) 问 (A) 请导出反应 (1) 完整的速率方程式

(B) 请问应控制什么样的条件，才能得到如下简化了的反应速率方程 － d[Br2] / dt = k [HCOOH][Br2] 21. 反应 C2O

+ Br2 ─→ 2CO2↑+ 2Br- 请提出做该反应的宏观动力学测定的两种实验方

和 Br2的反应级数的实验方案。

法，对其中的一种方法设计测定该反应的 C2O

22. 用物理法对某一反应的宏观动力学性质进行实验测定时，选择跟踪反应的某一物理量，一般希望它具有什么条件？

23. 在室温 20℃，标准大气压力下，用量氧气体积的方法测定 30.0℃反应

H2O2 ─→ H2O + 1/2 O2 的反应速率常数, 测定装置中量气管体积为 50 cm3，若测定时取过氧化氢溶液 20 cm3，则该溶液的浓度最大不能超过何值，才能适应所用的量气管。（假设 O2服从理想气体方程）。 24. 绘制惠斯登电桥的原理图。

25. 在热导式热量计中, 把分别处在 283.15K的 1.0763 g 四甲基硅烷和1.7211g 的四甲基锡相混合，并自动记录由混合热所产生的峰面积A1, 再在热量计中的电阻为 28.132

的

加热器上通以 0.068450 A的电流14.193 s, 同样自动记录此热效应所产生的峰面积A2 (温度同为 283.15 K), 并得到A2/A1=1.3011。

(1) 计算这两个液体样品在283.15 K时的混合焓

(2) 计算摩尔混合焓和混合物{(1-x)Si(CH3)4+xSn(CH3)4}中的摩尔分数x。

问答题答案 1． 答案

希望产物 H2O 尽快凝聚为液态水。 2．答案

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。 3．答案

如下图, 由晶体管稳压器 P 输出的直流电经滑线电阻 R 加在电加热器 H 上, (R 用来调节电流强度),加热器 H 的电流和电压分别由电流表 A、电压表 E 测量。当开关 K 倒向接点 2 时, 电流在滑线电阻 R 上放电, 使得在电加热前整个电学系统处于较稳定的状态, 正式加热时, K 倒向 1,在 H 上 稳定地放电。设通电时间为 t, 则根据焦尔定律计算产生的热量 : Q电= I E t

能当量 : c = Q电/△T电

4．答案

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。

平衡时: G＝G$＋RTlnQp＝0 G$＝－R T ln Kp= H$－TS$

Kp值即相当于此固体分解压: lnKp＝－H$/(RT)＋S$/R 以 ln Kp对 1/T 作图, 得一直线, 从斜率求出H$ 在直线上找一点, 代入上式, 求出 S$。 5．答案

(1)玻璃缸一个, 加热器一个(功率恰当), 水银温度计一根( 50℃以下, 1/10刻度精度), 水银导电表(至少 50℃以下)一个, 搅拌器一个, 继电器一个, 调压变压器(功率与加热器相当)一个。

(2)搅拌器与加热器靠近, 以迅速传递热量使浴槽温度均匀。温度计与水银导电表靠近并尽量放置在恒温槽要使用的区间周围, 以便使用区间的恒温温度控制好。部件的安放要注意恒温槽的横截面, 亦要注意深度。

(3)0.060/60×10.0×1000×1.0×4.184 42 W 。加热器功率为 42 W与散热速率匹配。 (4)需在恒温槽内放置金属(传热好)蛇形管, 管内通温度较低的冷却水, 冷却水带走的热量要比室温传给恒温槽的热量多, 再用小功率的加热器由水银导电表及继电器控温, 以达到低于室温的恒温。 6．答案

(1) 可选作溶剂的有苯、环己烷、四氯化碳。

(2) 其中最佳的是环己烷（因为它毒性相对最小，与溶质的密度相差最大）。 (3) 选择溶剂密度应考虑的因素为： (a) 必须是非极性的,

(b) 与溶质的性质如密度等相差越大越好，这样不同浓度溶液测量数据的差别大， 测定相对误差小 。

(c) 溶剂稳定，毒性小，挥发性小，便于操作。 7．答案

可用凝固点降低测相对分子质量(或摩尔质量)的方法。

公式： MB= KfWB/△TfWA 计算 MB

需知道环己烷的凝固点降低常数 Kf，测纯环己烷的凝固点 (T1) 和已知溶剂质量WA和溶质质量 WB的溶液的凝固点 (T2)。若 MB算得为 146 则为单体存在，若为292，则为二聚体存在，若在 146 - 292 之间则为两者平衡存在。 8．答案

装置：(A) 浴的搅拌；(B) 溶液的搅拌；(C) 大烧杯 (3000 ml)；(D) 外管；(E) 内管；

(F) 100℃的温度计，校准至 1/10 ℃；(G) 冰浴

步骤：(A) 配好不同含量 A 的混合物； (B) 对每一混合物测定温度－时间曲线。 测凝固点装置图如下 :

9．答案

测定线路：（如图） 原理： 1/R =  /Kcell， 得 ∧m= /c 作图 ∧m对

得截距 a = ∧ 斜率为 -A 步骤：(1) 测 Kcell (2) 测 R

10．答案

测电解质溶液电导时，为了减小电流密度及电极过程活化能, 从而减小极化, 而采用铂黑电极 。

测蒸馏水电导时,为了避免铂黑电极表面吸附的离子或杂质溶入, 改变电导, 而用光亮铂电极 。 11．答案

因为CdCl2溶液折射呈紫色

Cd2+的移动速率小于H+ 的移动速率, 界面清晰。 12．答案

琼脂是一种凝胶，它具有一定形状，可包大量溶液，不影响导电性。 13．答案

补偿法测电动势的常规接线，但把“未知”接上 A，B，然后在标准化以后，把该数调到 0.1254 V。 14．答案

标准化操作这一步的作用：利用标准电池 Es与Ew对消，标定电阻丝 AB 上的单位长度的电位降，从而测定未知电池的电动势 Ex 。

精确测定 Ex要注意： (1) 经常标准化操作； (2) 接触电键接触时间要短，使电池尽量少极化。 15．答案

(1) 如电位差计的精确度为 △Ex，测量回路总电阻为 R0，则选用检流计的电流 检测灵敏度应为 △Ex/R0，R0应略大于临界电阻 RC，如 R0= (1.1～1.2)RC

(2) 检流计应选择合适的阻尼状态下工作 16．答案

(1) 设计电池 Ag - AgCl(s)│HCl(aq)│H2(Pt)

(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。

(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，Wf = 0 时，△H = Qp 17．答案在电池电动势测定等实验中用过标准电池。 在实验中用于标定工作电流, 是提供标准电位差的。 18．答案

19．答案

鲁金毛细管的作用是消除电阻超电势；

三个电极（待测电极，辅助电极，参比电极），辅助电极与待测电极，改变电路中电阻，控制待测电极的电流密度，得到不同的超电势；参比电极与待测电极用对消法测定待测电极的电位。 20．答案

(a) Ka= [H+][HCOO-]/[HCOOH] , Br2的分析总浓度 [Br2]a = [Br2]+[Br] Kt= [Br]/[Br-][Br2]

则 -d[Br2]/dt = k1[HCOO-][Br2]

= k1×(Ka[HCOOH][Br2]a)/[H+](1+Kt[Br-])

(b) 保持 [H+] 一定（缓冲溶液或过量）及 [Br-] 一定（大大过量），使

-d[Br2]/dt = k'[HCOO-][Br2] k' = k1Ka/[H+](1+Kt[Br-]) 21．答案

根据 Br2有色，可用分光光度计测不同时间之吸光度 根据 CO2气体可测不同时间的气体量（压力一定时） 原理：= -d[Br2]/dt = d[CO2]/2dt = k[C2O 使 [C2O

]1>> [Br2] 求

]2>> [Br2] 用二次实验结果求 

][Br2]

同理, 使 [C2O22．答案

(1) 反应体系的该物理性质，反应物与产物对它的贡献有较大的差别 (2) 该物理性质具有加和性

(3) 反应体系中某组分的该物理性质的值与该组份的浓度有正比关系，且不受其它组分（包括中间物）的干扰。 23．答案

n = pV/RT = 2.04×10-3 mol (T = 298 K) c = 0.20 mol·dm-3 24．答案

Rx = R3(R1/R2) （如

图）

25．答案

(1) mixHm＝(0.068450)2×28.13×14.193/1.3011＝1.4378 J (2) nA＝0.01220 mol, nB＝0.009624 mol x＝0.009624/(0.009624+0.01220)＝0.4410 mixHm＝1.4378/0.021824＝65.88 J·mol-1