物理化学实验(吴慧敏) （第二版）

前言
中国素质教育改革正逐步推进，重视高校物理化学实验不仅有利于提高大学生的问题分析能力和解决能力，还有利于培养大学生的实用性技能，让学生将理论和实践有效结合，全方面提升学生素质及能力，践行应用型人才的培养目标。由本校董超、李建平等编写的《物理化学实验》于2010年出版，已有十年之久，在教学中发挥了良好的作用，得到了国内兄弟院校的认可。随着时代的进步，仪器更新换代，科技前沿也在不断前进，教材的更新也势在必行。
本教材主要内容包括四个部分。第一部分是绪论，是该教材的引言部分，介绍物理化学实验的目的和要求；实验室的安全防护，实验数据的表达和处理；第二部分为基础实验，包含了20个代表性的基础实验，较全面地涵盖了物理化学的传统实验，任课老师可根据不同学科专业选做相应的实验项目。第三部分为综合实验，所包含的6个实验内容强调综合性和研究性，注重培养学生的实验设计能力和创新意识，学生可以根据自己的兴趣选做不同的实验。第四部分是附录，该部分主要是物理化学实验过程中会用到的实验数据。
本教材是湖北大学物理化学课程组教师长期实验教学的成果，在编写过程中注重由浅入深，由易到难，既涵盖了典型的传统实验，也反映了现代物理化学的新进展、新技术及与应用密切结合的设计实验，体现了基础性、应用性、综合性与设计性的结合。本教材由吴慧敏、胡玮、张干兵、艾佑宏、钟欣欣等编写。
本教材编写过程中参考了国内多本相关教材，在此向这些作者表示感谢。
本教材虽然经过多次修改，但因编者水平有限，难免存在一些不足和疏漏，请读者批评指正。

编者
二○二一年三月




第一版前言
随着化学实验教学改革的深入、实验设备的更新、计算机技术的广泛应用，原有的物理化学实验教材已不能满足实验教学的需要。我们在多年自编实验讲义的基础上，从基础实验教学的实际出发，借鉴参考了国内其他兄弟院校的实验教材后编写了本书，以用作普通高校化学、化工、材料等专业的教材，希望也能给从事物理化学实验教学的人员提供参考。
全书列出20个基础实验项目，涉及化学热力学、化学动力学、电化学、胶体与表面化学和结构化学等内容，大部分实验是目前各高等院校普遍开设的，涉及的仪器也是各院校普遍使用的。此外，本着充分利用基础实验的仪器设备，并易于开设的思想，教材还列出了６个综合实验项目，目的是使学生在完成基础实验的训练后，将所学的理论知识、实验技能加以综合运用，以提高学生解决实际问题的能力。
在物理化学实验教学中，我们一直十分注重对学生计算机应用能力的培养，因此大部分实验的附中都编写了计算机处理该实验数据的操作指南。学生可根据书中介绍的方法，利用Excel和Origin软件完成实验数据的计算及绘图。
本书在各实验项目中将实验内容、仪器使用方法、实验数据处理、思考题、相关的物性数据等集中编写，力求结构严谨、内容浅显易懂、操作步骤详尽，便于学生预习、复习及自学。
教学工作与教材的编写是一融合了集体智慧，并传承与发展的事业，本书的编写是长期从事物理化学实验教学工作的教师们共同努力的结果。参加本书编写和实验工作的教师有董超、李建平、胡玮、张干兵、曹红燕等。
本教材虽经多次修改，但因编者水平所限，书中难免存在缺点和不妥之处，恳请读者批评指正。

编者
二○一○年九月

吴慧敏，湖北大学化学化工学院，副教授，长期从事物理化学教学，多次取得教学优 秀的成绩，获第四届青年教师教学竞赛三等奖，并被学生评为受欢迎的老师之一。主要的科研方向为电催化及光电传感器的研究。主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金，湖北省教育厅重点项目及青年项目、以及其它省部级和厅局级等项目20余项。截止目前，在Journal of Materials Chemistry A, ASC Applied Materials & Interfaces，Journal of Power Sources，Electrochimica Acta, ACS Sustainable Chemistry Engineering等SCI刊物上共发表学术论文60余篇，申请发明专利10项，授权发明专利8项。指导省优学士/硕士论文各1项，指导研究生8人次获国家奖学金（每年至少1位），指导本科生湖北省大学生成果汇报会获得一等奖2名，二等奖2人，三等奖1人。

《物理化学实验》（第二版）在介绍了物理化学实验的目的和要求、实验室安全防护、实验数据的表达和处理后，安排了20个基础实验，涉及化学热力学、化学动力学、电化学、胶体与界面化学和结构化学等内容。为了培养学生的实验设计能力和创新意识，本书列出了6个综合实验。本书在各实验项目中将实验内容、仪器使用方法、实验数据处理、思考题、相关的物性数据集中编写，便于学生预习、复习。
《物理化学实验》（第二版）可作为高等院校化学、化工、材料等专业的教材，也可供从事物理化学实验教学的人员参考。

第一部分绪论
第一章物理化学实验的目的和要求1

第二章实验室的安全防护3

第三章误差分析与实验数据的表达8
第一节误差与误差分析8
第二节实验数据的表达13

第四章实验数据的计算机处理方法18
第一节应用Excel软件处理实验数据18
第二节应用Origin 9.0软件处理实验数据23

第二部分基础实验
实验一液体饱和蒸气压的测定24
附1. SWQ智能数字恒温控制仪（见图1-3）使用方法27
2. DP-A精密数字压力计的使用方法27
3. SYP玻璃恒温水浴使用方法28
4.真空泵工作原理及使用方法28
5.液体饱和蒸气压的测定方法29
实验二燃烧热的测定29
附1.雷诺温度校正32
2.氧气减压阀的工作原理及使用方法33
实验三凝固点降低法测定摩尔质量33
附1.冷却曲线的计算机绘制方法36
2. SWC-Ⅱ数字贝克曼温度计的使用方法37
实验四差热-热重分析37
附铑10-铂热电偶分度表43
实验五二组分合金系统相图的绘制45
实验六双液系沸点-组成图的绘制48
附1.环己烷-异丙醇双液系气-液平衡相图的计算机处理51
2.阿贝折光仪的原理及使用方法52
实验七三氯甲烷-醋酸-水三液系相图的绘制53
附利用Origin软件进行相图绘制和数据处理56
1. 数据输入56
2.溶解度曲线的绘制56
3. 绘制 O1、O2两个物系点56
4. 两条相点结线的绘制57
实验八电桥法测定醋酸的电离平衡常数57
实验九原电池电动势的测定61
实验十蔗糖水解速率常数的测定64
附1.实验数据的处理及ln(αt-α∞)-t曲线的拟合方法67
2.旋光仪的工作原理及使用方法67
实验十一乙酸甲酯水解反应速率常数的测定69
附实验数据处理及ln(V∞-Vt)-t曲线的拟合方法71
实验十二乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定72
附1.实验数据的处理及κt-κ0-κtt曲线的拟合方法75
2.DDSJ-308A型电导率仪简介75
实验十三丙酮碘化反应速率常数的测定77
附1. 722N型分光光度计简介79
2. 722N型分光光度计的使用方法80
实验十四沉降分析80
附实验数据的处理及非线性曲线拟合方法86
实验十五溶液吸附法测定硅胶的比表面87
实验十六最大气泡法测定溶液的表面张力89
附Origin 9.0处理实验数据93
实验十七电泳94
实验十八配合物磁化率的测定97
实验十九偶极矩的测定103
实验二十半经验分子轨道计算108

第三部分综合实验
实验二十一固体酒精的制备及其燃烧热的测定116
实验二十二催化剂的制备及其析氢性能研究117
实验二十三电动势法测定化学反应的热力学函数120
实验二十四表面活性剂临界胶束浓度的测定122
实验二十五B-Z振荡反应125
实验二十六三氯化六氨合钴（Ⅲ）的制备及性质的测定129

第四部分附录
附录一温度测量与控制技术简介132
附录二压力测量技术简介140
附录三物理化学实验常用数据表144
附表3-1SI基本单位144
附表3-2具有专门名称的SI导出单位144
附表3-3压力单位换算表145
附表3-4能量单位换算表145
附表3-5一些物理化学常数145
附表3-6元素的相对原子量表(1997)146
附表3-7不同温度下水的饱和蒸气压147
附表3-8一些物质的饱和蒸气压与温度的关系147
附表3-9一些有机化合物的密度与温度的关系148
附表3-10一些溶剂的凝固点及凝固点降低常数148
附表3-11一些离子在无限稀释水溶液中的摩尔电导率Λ∞m/S·m2·mol-1148
附表3-12不同温度下KCl水溶液的电导率κ/S·m-1149
附表3-1325℃时常用参比电极的电极电势及温度系数150
附表3-14一些化合物的摩尔磁化率150
附表3-15一些液体的介电常数150
附表3-16气相中分子的偶极矩150

参考文献151