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物理化学实验教学大纲

课程编号: 2100202 - 203
学时: 50
学分: 3.0
授课学院:理学院
适用专业:化学工程与工艺、生物工程、制药工程、应用化学、材料科学与工程、材料化学、药学、环境工程、食品科学与工程
教材:《基础化学实验教程》 古凤才 肖衍繁 主编,科学出版社, 2000

一、课程性质、目的和任务

《物理化学实验》是面向化工、材料、药学院、理学院各专业以及环境学院、农学院部分专业开设的专业基础实验, 是独立设课、并与物理化学理论课程内容相配套的实验课。它综合了化学领域中各分支需要的基本研究工具和方法,为 学生今后从事专业基础实验,专业实验和毕业论文打下坚实的基础,同时 对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高也起着至关重要的作用 。

本课程以实验操作训练为主,采用三段式教学模式,即整个教学过程由理论知识讲座、基础性实验、综合研究型实验三个教学环节组成。每学年在开始实验操作课之前,安排 2 学时的讲座,讲解本课程的教学计划、实验基本要求、学习方法、数据处理方法、报告书写规则等,使学生对即将开展的物理化学实验有个较为全面的了解;第二阶段安排 12 个具有典型性和代表性的实验,对学生进行实验方法和实际技能训练。实验内容包括热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等方面,包含了物理化学的重要实验方法和技术,这是每个学生都必须独立完成的实验,由此可使学生受到基本的训练;第三阶段进行 4 个与实际应用关系密切、具有一定复杂性和综合程度的研究设计型实验的开放教学,供学生选做。

通过完成物理化学基础实验,学生可以亲身体会物理化学的基本实验方法和基本研究方法,掌握基本的实验技术和技能,学会重要的物理化学性质的测定。通过做实验和书写实验报告,使学生学会观察和记录实验现象、判断和选择实验条件、测量和处理实验数据、归纳与分析实验结果,加深对物理化学基本知识和原理的理解,培养和训练学生整理、归纳、综合、评价知识的能力。通过综合研究型实验,可以进一步训练学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。学生通过查阅文献资料、设计实验方案、比较实验方法和实验条件、分析、总结和归纳实验研究结果、书写实验研究论文,可以受到较为全面的科学研究能力的培养与训练,为学生从事毕业论文和科学研究打下坚实基础。物理化学实验还可以使学生巩固理论知识,加深对物理化学原理的理解,提高学生对物理化学知识灵活运用的能力,同时培养学生严肃认真、实事求是的从事科学研究的态度和作风。

二、教学基本要求

物理化学实验采用三段式教学模式,教学过程由理论知识讲座、基础性实验、综合研究型实验三个环节组成。

(一)理论知识讲座

通过教师的讲解,使 学生了解课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、实验考核内容、实验守则及实验室安全制度等,为进入实验室做好准备。

(二)基础性实验

此阶段包括 12 个实验的操作训练,这是本实验课程的中心环节。要求做好:

1. 预习

学生须认真阅读实验指导书,了解实验的目的和原理,明确本次实验中要测定的量、所用实验方法、使用的仪器、控制的条件、需要注意的问题等,在此基础上写出预习报告,内容包括:实验目的和基本原理,简单的实验步骤,原始数据记录表格。

2. 实验

学生进入实验室后首先核对实验仪器,熟悉 仪器操作方法、需要记录哪些数据 。教师检 查学生的预习情况并做好记录,包括预习报告和对实验的理解,不合格者不得进行实验。

指导教师讲解实验难点和注意事项,通过提问的方式引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题,着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力,使学生学会分析和研究问题的方法。学生独立或按学号编组进行实验,注意实验中的独立操作和相互配合。要求学生在实验中勤于动手 , 敏锐观察 , 细心操作 , 开动脑筋 , 分析钻研问题 , 准确记录原始数据。实验结束后经教师检查并签名,实验及其原始记录才有效。

记录实验数据和现象必须忠实、准确,不能随意涂抹数据,数据记录要表格化,字迹要 整齐、清楚,保持一个良好的记录习惯是物理化学实验的基本要求之一。

3. 书写实验报告

认真写出实验报告是本课程的基本训练。它将使学生在实验数据处理、作图、误差分析、问题归纳等方面得到训练和提高。实验报告的质量,在很大程度上反映了学生的实际水平和能力。

实验报告的内容大致包括:实验目的和原理、实验装置、实验条件(室温、大气压、药品纯度、仪器精度等)、原始实验数据、实验数据的处理结果和讨论等。实验报告的讨论可以包括对实验现象的分析和解释、对实验结果的误差分析、对实验的改进意见、心得体会等。

实验结束的两周内完成实验报告,于下次实验时提交报告,其中必须附有教师签名的原始记录表。

(三)综合研究型实验

该类型实验中,每个实验所包含的内容较多,并具有一定的复杂性和综合度,因此实行开放式教学,学生根据个人兴趣进行选做。学期初,学生即到实验室选择实验,预约时间,并以小组为单位(每组 3-4 人)在教师协助下完成实验。学生选择实验课题后,首先需要查找资料,研读文献,钻研有关理论知识,在此基础上选择实验方法,提出实验方案,经与教师讨论后即可进行实验研究。实验室每天都对学生开放,学生只要有空,都可以到实验室做研究型实验。

本实验课程成绩的评定依据为:预习分 20% + 操作分 30% + 实验报告分 40% + 实验考核分 10% 。为此,要求学生在课下做好预习,写出预习报告,实验前指导教师检查预习情况,根据学生预习报告和回答问题情况给出预习成绩;实验进行中,教师考察学生的实验操作技能,根据学生实验操作、遵守实验规则、实验纪律情况以及原始数据记录情况给出实验操作分;实验结束后学生书写实验报告,并于下一次实验时提交,其中必须附有教师签名的原始记录表。教师根据学生实验报告书写的完整性、数据处理的合理性、对实验的理解和体会等给出报告成绩,包含报告完整、字迹工整 (30%) 、图表规范 (10%) 、数据处理正确 (40%) 、结果正确 (20%) ;期末的最后两次实验作为考核实验,考查学生独立从事实验研究的能力,给出考核成绩。缺少实验或报告者须在实验教学结束前补做和补交,否则不予通过。成绩不合格者下学年重修。

三、教学内容

《基础化学实验教程》第十一章 基本物理量与物化参数的测定实验

实验七十六、恒温槽的调节及粘度测定

熟悉恒温槽的构造和恒温原理,掌握恒温槽的调节方法以实现恒温;测定恒温槽灵敏度数据并绘制灵敏度曲线;学习粘度计的使用方法,利用相对法测定无水乙醇的粘度。

实验七十八、凝固点降低法测定摩尔质量

学习凝固点测量技术和方法;利用凝固点降低法测定萘的摩尔质量,绘制冷却曲线;加深对稀溶液依数性知识的理解。

实验七十九、液体饱和蒸气压的测定

用静态法测定液体的饱和蒸气压,加深对饱和蒸气压、沸点等概念的理解;用克 - 克方程计算液体的摩尔蒸发焓。

实验八十一、平衡常数的测定

学习用等压法测定压力的技术和方法,测定氨基甲酸铵的分解压力;计算氨基甲酸铵分解反应的平衡常数 K q ,计算热力学函数变 D r H m q 、 D r S m q 和 D r G m q 。

实验八十五、二组分液相完全互溶系统的沸点—组成图

测定不同组成的乙醇—正丙醇二组分系统气液平衡时气、液相的折射率,绘制折射率—浓度标准曲线,计算气液两相组成,绘制蒸馏曲线。

实验八十二、反应焓的测定

标定量热计的热容;测定 ZnO 与 HCl 溶液反应中的温度变化,用雷诺作图法校正测量温度,计算 ZnO 与 HCl 反应的摩尔反应焓。

实验九十一、过氧化氢催化分解

利用皂膜流量计测定反应产生氧气的体积 V t 与时间的关系;改变 KI (催化剂)浓度,测定不同 V t 对应的时间;改变 H 2 O 2 (反应物)浓度,测定不同 V t 对应的时间;用作图法求取表观反应速率常数及相应的半衰期。

实验九十三、乙酸乙酯皂化反应

测定一定温度下 NaOH 溶液的电导 G 0 和 CH 3 COONa 溶液的电导 G ∞, , 测定 NaOH 溶液与 CH 3 COOC 2 H 5 反应过程溶液电导 G t , 用作图法求反应速率常数 k 及表观活化能 E a 。

实验九十四、用最大气泡法测定液体的表面张力

测定蒸馏水的最大泡压,测定不同浓度的正丁醇水溶液的最大泡压,计算正丁醇水溶液的界面张力,计算不同浓度正丁醇溶液的吸附量。

实验九十五、溶胶的制备、 z 电势与电解质聚沉值的测定

用化学凝聚法制备 Fe(OH) 3 溶胶;用界面移动法测定和计算溶胶 ζ 电势;计算正丁醇水溶液的界面张力;测定电解质 KCl 、 K 2 CrO 4 、 K 3 [Fe(CN) 6 ] 对 Fe(OH) 3 溶胶的聚沉值,并比较它们聚沉能力的大小。

实验八十八、原电池热力学

按照实验原理连接实验线路;进行“标准化”操作;用对消法测定待测电池的电动势;改变温度重复上述操作,求取电池电动势的温度系数,计算电池反应的热力学函数变: Δ r G m 、 Δ r H m 和 Δ r S m ;计算难溶盐 PbSO 4 的溶度积 K sp 。

实验八十四、二组分凝聚系统相图

测定不同组成的 Pb-Sn 体系的冷却曲线;由冷却曲线读取各体系的相变温度,绘制 Pb-Sn 凝聚系统相图。

综合研究型实验

综合实验一、液体恒压热容的测定

1. 组装简单量热计系统

2. 测定液体在一定温度范围内的定压热容

3. 求温度区间内液体的平均热容和某温度下的真热容

综合实验二、结构数据测定

1. 配制不同浓度的乙酸乙酯 - 环己烷溶液

2. 测定溶液的密度、折射率、介电常数

3. 计算摩尔极化度 和摩尔折射度 及乙酸乙酯的永久偶极矩 m

综合实验三、物性测定实验

实验室提供 4~6 种无色透明液体,通过物性测量实验将它们区分开:

1. 分析几种液体的特性,查找有关的物性数据;

2. 设计实验将几种液体区分开;

3. 用毛细管上升法测定水在 30 ℃ 、 40 ℃ 、 50 ℃ 、 60 ℃ 的表面张力,并与文献值进行比较,讨论液体表面张力与温度的关系

4. 设计实 验,测定水与正己烷的液—液界面张力(可用滴体积法或双毛细管上升法)

实验四、表面活性剂的物理化学性质的研究

1. 设计实验,测定十二烷基硫酸钠水溶液的临界胶束浓度 CMC ,考察温度及无机盐添加剂对 CMC 的影响;

2. 研究表面活性剂对非水溶性物质的分散和增溶作用;

3. 测定水和不同浓度的 C 12 H 25 SO 4 Na 的水溶液在玻璃、石蜡上的润湿角,作 cos θ ~ c 图,比较临界胶束浓度前后 C 12 H 25 SO 4 Na 水溶液的润湿特性;

4. 制备菜子油乳状液,鉴别乳状液的类型,考察氯化镁对乳状液的转型作用,选择合适的方法实现破乳化。

四、学时分配
实验序号 实验项目名称 实验学时
  实验讲座 2
七十六 恒温槽的调节及粘度测定 4
七十八 凝固点降低法测定摩尔质量 4
七十九 液体饱和蒸气压的测定 4
八十一 平衡常数的测定 4
八十五 二组分液相完全互溶系统的沸点—组成图 4
八十二 反应焓的测定 4
九十一 过氧化氢催化分解 4
九十三 乙酸乙酯皂化反应 4
九十四 用最大气泡法测定液体的表面张力 4
九十五 溶胶的制备、 z 电势与电解质聚沉值的测定 4
八十八 原电池热力学 4
八十四 二组分凝聚系统相图 4
  综合研究型实验 *  
综 -1 液体恒压热容的测定 8
综 -2 结构数据测定 8
综 -3 物性测定实验 8
综 -4 表面活性剂的物理化学性质的研究 8

* 学生选做

 大学化学实验教学大纲

 分析化学实验教学大纲

现代仪器分析实验教学大纲

精细化学品分析教学大纲

无机与分析化学实验教学大纲(化工材料)

无机与分析化学实验教学大纲(药)

无机与分析化学实验教学大纲(理)

实验无机化学教学大纲

物理化学实验教学大纲

元素化学实验教学大纲

综合型实验化学课程教学大纲

有机化学实验教学大纲

工程化学基础实验教学大纲