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化学

物理化学实验(第二版)

作者：郑新生，王辉宪，王嘉讯

出版社：科学出版社出版时间：2022-02-01

开本： B5 页数： 184

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物理化学实验(第二版) 版权信息

ISBN：9787030524942
条形码：9787030524942 ; 978-7-03-052494-2
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
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化学

物理化学实验(第二版) 内容简介

本书依据高等农林院校物理化学实验教学特点，系统介绍了物理化学实验的基本原理和测试方法，着眼于学生的基本理论和基本操作训练，致力于提高学生的综合分析和解决实际问题的能力。全书分为绪论、基本测量原理及技术、实验和附录。实验部分包括二十八个实验，既有传统经典的物理化学实验，又有反映物理化学实验进展的综合性实验。实验内容包含了化学热力学、化学动力学、电化学和表面与胶体化学。

物理化学实验(第二版) 目录

目录
第二版前言
**版前言
**章绪论 1
一、物理化学实验的目的和要求 1
二、实验的误差及数据处理 3
三、数据的表达方法 7
四、物理化学实验室安全防护常识 14
参考文献 16
第二章基本测量原理及技术 17
一、温度的测量与控制 17
二、气体压力及流量的测量 22
三、光学性质的测量 24
四、电化学测量技术 28
五、热分析实验技术 39
参考文献 51
第三章实验 53
Ⅰ 化学热力学 53
实验一燃烧热的测定 53
实验二凝固点降低法测定摩尔质量 58
实验三饱和蒸气压的测定 62
实验四异丙醇-环己烷双液系相图的绘制 66
实验五差热分析 70
Ⅱ 化学动力学 74
实验六旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 74
实验七过氧化氢分解反应速率常数的测定 79
实验八乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定 84
实验九丙酮碘化反应速率常数的测定 87
实验十 BZ振荡反应 91
Ⅲ 电化学 93
实验十一离子迁移数的测定 93
实验十二电导法测定弱电解质的电离平衡常数 96
实验十三电动势的测定和应用 99
实验十四离子选择性电极的测试和应用 104
实验十五循环伏安法 107
Ⅳ 表面与胶体化学 110
实验十六表面张力的测定 110
实验十七黏度法测定高聚物的相对分子质量 117
实验十八溶胶的制备及电动电势的测定 122
实验十九表面活性剂临界胶束浓度的测定 125
实验二十固体在溶液中的吸附 128
实验二十一液体在固体表面接触角的测定 131
Ⅴ 提高及综合性实验 135
实验二十二气相色谱法测定无限稀溶液的活度系数 135
实验二十三纳米材料的制备及表征 139
实验二十四纳米TiO2 光催化降解有机染料的研究 142
实验二十五热重分析法研究分解动力学 146
实验二十六三组分液-液体系相图 149
实验二十七镍在硫酸溶液中的钝化行为 153
实验二十八 BET 法测定固体的比表面积 158
附录 163
附录一国际单位制和基本常数 163
附录二常用物理化学数据表 164

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物理化学实验(第二版) 节选

**章绪论物理化学是以物理学理论和实验技术为基础，以数学计算为工具，从物理现象和化学现象的联系入手，研究化学变化规律的科学。学习物理化学要求学生具有较好的数理化综合基础。物理化学实验是物理化学课程教学的一个重要组成部分，是继无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验之后的一门重要的化学基础实验课，它综合了化学领域中各分支所需的基本实验工具和研究方法，其中的研究方法和实验技能是化学工作者必须具备的基本功。物理化学实验常采用许多仪器或若干仪器组合成一个实验体系测量某一物理化学性质，直接测量的数据往往需要利用数学的方法加以综合运算和整理才能得到所需要的结果，因此物理化学实验有利于培养学生综合实验能力和科学研究能力。随着实验技术的不断更新和发展，物理化学的研究渗透到自然科学的各个领域，派生出许多与物理化学相关的交叉学科，物理化学实验在现代各门自然科学研究中得到广泛应用。一、物理化学实验的目的和要求在其他几门化学实验课学习之后，物理化学实验以其自身的特点，通过更加严格的定量的经典实验，重演人们研究物质的物理性质和化学反应规律、发现真理的过程，使学生初步了解物理化学的研究方法，巩固和加深理解物理化学基础理论和基本概念，掌握基本的实验技术和实验仪器的使用，学会重要的物理化学性质的测定，熟悉实验现象的观察和记录，数据的处理，实验结果的分析、归纳和表述等，培养学生理论联系实际、严谨认真、实事求是的科学态度和学风。开设的具有研究性质的综合性和设计性实验，不仅包括实验技能和方法，还涉及文献的查阅，实验方案的设计，仪器的组合，实验条件的选择，对结果的分析和问题的讨论，培养学生综合能力和创新思维能力。物理化学实验不应仅限于化学范围，更应重在弄清基本原理，学习研究方法，举一反三，用于实际各相关领域中。在进行物理化学实验时，为做好每一次实验，提高物理化学实验教学效果，应做到以下几点： (1) 实验前必须预习。预习的目的就是要对整个实验内容和方法做到心中有数。根据物理化学实验的特点，实验课往往采取循环方式安排，许多实验在课堂讲授有关内容之前就要进行，预习在物理化学实验中显得尤为重要。做好充分的预习，理解了实验原理，弄懂实验方法，才能在实验操作过程中发挥主观能动性，不犯或少犯错误，避免事故发生。预习时认真仔细阅读实验教材和教科书中的有关内容，明确实验目的和要求，弄清实验所依据的基本原理和方法，明确实验要测定的数据和操作步骤，了解仪器的构造、工作原理及使用方法。在此基础上写出实验预习报告(写在一个专门的预习报告本上)。预习报告要求扼要写出实验的目的、内容和原理，实验所使用的仪器和试剂，主要的实验步骤及注意事项，画出实验时所要记录数据的表格等。预习时，若有没弄懂的问题也应记在预习本中，以便实验时请教指导教师。有些问题只有通过实验动手操作，观察实验现象，有了一定的感性认识后才能较好地理解和掌握。而设计性实验需要在实验前查阅大量的文献，设计拟定出实验方案，经指导教师检查同意后才能开始实验。 (2) 实验操作要严格遵守实验室各项规章制度，严格执行操作规程。进实验室开始操作前*先核对仪器和药品等实验器材是否齐全。对不熟悉的仪器和设备，不能随意摆弄和扭动其旋钮开关，应仔细阅读说明书，在教师的指导下学会使用后才能独立动手操作，否则容易出现操作失误，损坏仪器现象。在实验室操作过程中严格控制好实验条件，仔细观察和分析实验现象，善于发现和处理出现的各种问题，做到手脑并用。记录实验数据要实事求是，不能主观挑选和随意涂改。由于操作不慎或记录笔误而造成的错误数据，在其上画一道线，在一旁写上正确的数据。实验的原始数据要用钢笔或圆珠笔直接记录在预习报告本已画好的表格里，不要用铅笔，不要先写在碎纸片上再转抄在笔记本上。数据要注明名称和单位，记下测定这些数据的条件，如室温、大气压等。记录的数据交给指导教师检查，不符合要求者要安排时间重做实验。实验结束后清理实验台，洗净器皿，保持仪器设施整齐洁净，经指导教师同意才能离开实验室。 (3) 做完实验需要写实验报告。实验报告是对实验工作的整理和总结，向教师汇报实验内容、过程、结果及对结果的分析等。实验报告的写作是物理化学实验教学的一个重要环节，它能使学生在数据处理、作图、误差分析、逻辑思维等方面得到训练，能使学生更好地理解和掌握实验的内容和方法，是培养和提高学生写作能力的实践过程，为今后写毕业论文和科研论文打下良好的基础。实验报告的写法与研究论文有些相似，一般包括实验目的、原理、仪器和试剂、实验方法、原始数据、数据处理及结果讨论。一般实验教材上都列出了这些项目，特别是原理和实验操作部分，在弄懂、吸收和消化的基础上，用自己的语言表达，而不是简单抄书，有时要画出实验装置图。实验数据尽可能采用表格形式表示。作图必须用坐标图纸，并标明坐标及图名，绘制曲线要用曲线板，也可用计算机处理数据。数据处理和作图按“实验数据处理方法”一节中的规定进行。还要写出处理数据使用的计算公式，注明公式中的常数值，注意各数值的单位。物理化学实验往往是分小组完成的，但实验报告必须每人一份，独立完成，同一小组的测量数据相同，但数据处理的结果和讨论不应一样。实验报告虽然有一般的格式，但每个人都要有自己的写作风格。哪些方面详细，哪些方面简略，根据不同的实验内容，不同的人看问题的角度不同而有所不同。总体要求为：字迹清楚、文笔流畅、条理分明、逻辑严谨。二、实验的误差及数据处理 1. 误差的种类在实际测量中，由于各种因素的影响，测量结果与真实值之间存在着一个差值，称为测量误差。根据误差的性质，可把测量误差分为系统误差、偶然误差和过失误差三类。 (1) 系统误差。它是由一定的原因引起的，使测量结果恒偏大或偏小，其数值基本不变或按一定规律变化。它主要来源于仪器结构上的某些缺点、试剂中存在杂质、实验者感官上的分辨力和某些固有习惯的局限、实验方法的缺陷或近似公式的引用等。 (2) 偶然误差。在同一条件下多次重复测定某一物理量，每次测量结果都有一些差异，产生这种差异没有一定的原因，它们围绕着某一数值上下无规则变动，其符号时正时负，其绝对值时大时小，这种误差称为偶然误差。 (3) 过失误差。由于实验者的粗心，在操作或读数上犯下错误而引起的误差，称为过失误差。只要实验者加强责任感，对工作认真细致，过失误差是完全可以避免的；对于系统误差，可以通过改变实验条件或改进实验方法来设法消除或减小；只有偶然误差的存在是不可避免的，但它服从统计规律，且具有抵偿性，增加测量次数能减少偶然误差。下面简略介绍误差的表示方法和偶然误差的统计规律。 2. 误差表示方法 (1) 绝对误差与相对误差。绝对误差是测量值与真值之差；绝对误差与真值的百分比称为相对误差。(1.1) (1.2) 由于xi 是未知的，一般用多次测量的算术平均值来代替。 (2) 平均误差和标准误差。 (1.3) 式中：d1、d2 、、dn 分别为第1、2、、n 次测量结果的绝对误差。 (1.4) 式中：x 为n 次测量结果的算术平均值。标准误差定义为 (1.5) 式中：n-1称为自由度，是指独立测量的次数减去处理这些测量值所用外加条件的数目。平均误差的优点是计算简单，但它可能把质量不高的测量掩盖了，因此对测量质量的检验不如标准误差灵敏。 3. 精密度与准确度准确度指测量结果的正确性，即与真实值偏离的程度。系统误差和偶然误差都小，测量值的准确度就高。精密度是指测量结果的可复性及测得数值的有效数字位数。偶然误差小，测量值的精密度就高。在一组测量值中，尽管精密度很高，但准确度并不一定好，反之，若准确度好，则精密度一定高。换句话说，高的精密度不能保证有高的准确度，但高的准确度必须有高的精密度来保证。准确度与精密度的区别可用图1.1加以说明。有甲、乙、丙三人测定某一物理量，每人重复测量四次，测量值以图中小圆点表示。甲的测量结果精密度高，但平均值与真实值相差大，准确度低。乙的精密度低，因数据分散准确度也不高。只有丙的精密度和准确度都较高。 4. 偶然误差的统计规律图1.1 准确度与精密度的关系当在相同条件下对某一个量进行重复多次测量时，由于偶然误差的存在，将会得到不同的观测值。如果用多次重复的数据作图，以横坐标表示偶然误差δ，纵坐标表示各偶然误差出现的次数N，则可得到如图1.2所示的正态分布曲线，其解析式为 (1.6) 图1.2中每一条曲线表示用同一方法在相同的条件下对同一个量进行多次测量的结果。当测量条件改变后，测量的误差σ也就随之改变，这时曲线的形状也就不同。σ越大，即测量的精密度越差，曲线越扁平；反之，越陡峭。从图1.2中可以看出：曲线的形状具有对称性，即正负误差出现的概率相等，因此多次重复测量的算术平均值称为“*佳值”；误差小的数据出现的概率大，极大误差出现的概率小，这意味着大误差的数据一般不会出现。图1.2 偶然误差正态分布曲线由概率论可知，一组数据包含偏大于3σ的点出现的概率小于1%，所以从一组相当多的数据中，偏大于3σ的数据可以有把握地认为是不合理的，应予以舍弃。但是，对于少数几次观测值，概率论已不适用，而个别失常测量值对算术平均值影响很大，为此，H.M.Goodwin曾经提出一个简单的判断法，即略去可疑观测值后，计算其余观测值的平均值及平均误差δ，然后算出可疑观测值与平均值的偏差d，如果d≥4δ，则此可疑值可以舍弃，因为这种观测值存在的概率大约只有千分之一。 5. 有效数字与运算规则由于间接测量结果需要进行运算，测量数据的记录和运算过程中就要涉及有效数字的位数的确定问题，下面扼要介绍有关规则。 (1) 误差一般只有一位有效数字，至多不超过两位。 (2) 任何一物理量的数据，其有效数字*后一位在位数上应与误差的*后一位划齐，如1.35±0.01是正确的，而1.351±0.01就不合理。 (3) 有效数字的位数与十进制单位的变化无关，即与小数点的位数无关。为了明确地表明有效数字，一般常用指数表示法，如1234，0.1234，0.01234都是4位有效数字，但遇到123400，其有效数字就不明确了，如果写成1.234×105就是表示4位有效数字，写成1.2340×105就表示是5位有效数字。 (4) **位的数字等于或大于8，则有效数字的位数可以多算一位。 (5) 任何一次直接测量值都要记到仪器刻度的*小估计读数，即记到**位可疑数字。 (6) 舍弃不必要的数字时，应用“四舍五入”规则。 (7) 在加减运算时，各数值小数点后所取得的位数与其中*少者相同，如0.12+12.323.1.5683 改写为0.12+12.32.1.57 。 (8) 在乘除运算中所得的积或商的有效数字，应以各值中有效数字位数*少的值为标准，如2.3×0.524=1.2 和532÷28.00=0.190 。 (9) 用对数进行运算时，对数尾部的位数应与各值的有效数字相当或多一位。 6. 间接测量结果的误差计算在实验研究工作中，我们所需要的往往不是直接测量的结果，而是将直接测量值通过某函数关系加以运算得到*终结果。各个直接测量值的误差都会影响*终结果的误差，在此讨论直接测量的误差与*终误差的关系。在估计函数的*大误差时，应该考虑到*不利的情况是各直接测量的正负误差不能对消，从而引起误差积累，因此算式中各值直接测量的误差取绝对值。设函数为N=f(x， y， z， )，全微分有 (1.7) 设各自变

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