《物理化學(xué)實驗》主要內(nèi)容包括:緒論、實驗儀器設(shè)備使用簡介、基礎(chǔ)實驗、綜合實驗以及附錄五部分。本教材中的實驗涵蓋了化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、動力學(xué)、表面及膠體化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等多個方面,目的是通過基礎(chǔ)性實驗教學(xué),使學(xué)生了解和掌握物理化學(xué)實驗的原理和方法,通過綜合和設(shè)計型實驗訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。本書可作為化學(xué)、化工、材料等專業(yè)的教材,亦可供從事物理化學(xué)實驗教學(xué)的教師、技術(shù)人員參考。
物理化學(xué)實驗是化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)本科生的一門重要的必修實驗基礎(chǔ)課,在多所高校已經(jīng)獨(dú)立設(shè)課,但尚沒有一本獨(dú)立的教材。近年來,隨著新工科背景和工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的深入,物理化學(xué)實驗在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)設(shè)備等方面都有了很大的發(fā)展和變化,因此需要對物理化學(xué)實驗的項目內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):(1)基礎(chǔ)類實驗項目較多,綜合類實驗項目偏少,本書在撰寫過程中,增設(shè)了部分綜合類實驗項目,并借鑒當(dāng)前多所高校的物理化學(xué)實驗項目內(nèi)容,制定了適用于化工大類的實驗課程體系和課程大綱,優(yōu)化設(shè)計了相關(guān)實驗項目。(2)部分實驗項目中涉及儀器設(shè)備款式老舊落后,設(shè)計理念不符合相關(guān)技術(shù)要求,我校實驗中心物化實驗教學(xué)組自研自制開發(fā)出凝固點(diǎn)測定裝置、物理化學(xué)量氣反應(yīng)裝置、化學(xué)反應(yīng)熱測定綜合實驗裝置等儀器,這些改進(jìn)的儀器設(shè)備的應(yīng)用替代了原有的老舊設(shè)備。(3)隨著大家安全環(huán)保意識的加強(qiáng),實驗過程中所用部分溶劑和藥品需要更換為無毒、綠色的溶劑和藥品,實驗設(shè)計需要做相應(yīng)的調(diào)整。我校實驗中心物化實驗教學(xué)組已經(jīng)成功將三組分液-液體系相圖的測定實驗中氯仿和醋酸進(jìn)行了替換,分配系數(shù)的測定實驗中苯和苯甲酸進(jìn)行了替換等。綜上所述,為適應(yīng)新形勢下教學(xué)需要,結(jié)合目前我校實驗中心物化實驗教學(xué)組近年來不斷探索的結(jié)果,擬在借鑒其他同類教材的基礎(chǔ)上,編寫一本符合當(dāng)前人才培養(yǎng)目標(biāo)的物理化學(xué)實驗教材。
本教材涵蓋熱力學(xué)實驗、電化學(xué)實驗、動力學(xué)實驗、表面及膠體化學(xué)實驗、結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗等,通過基礎(chǔ)實驗教學(xué),可使學(xué)生了解和掌握化學(xué)實驗的原理和方法,綜合實驗力求訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。實驗項目設(shè)置結(jié)合了石油類大學(xué)的油氣特色,例如:緩蝕劑的電化學(xué)評價實驗項目中,結(jié)合油氣田酸化過程中,需加入緩蝕劑降低酸液對金屬管線、設(shè)備的腐蝕這一目的,采用電化學(xué)方法,對緩蝕劑性能進(jìn)行評價;高聚物摩爾質(zhì)量的測定實驗項目中,結(jié)合在鉆井、壓裂、酸化、提高采收率等多個油氣開采過程對聚丙烯酰胺分子量的需求不同,選用烏氏黏度計法測定,這樣可以在現(xiàn)場施工過程中快速對聚丙烯酰胺進(jìn)行分子量檢測,確保聚丙烯酰胺質(zhì)量符合施工要求。
另外,本書編寫中參考了國內(nèi)一些經(jīng)典教材和教學(xué)研究成果,在此向他們深致謝忱。本書得到了西南石油大學(xué)教務(wù)處、化學(xué)化工學(xué)院、化學(xué)化工學(xué)院實驗教學(xué)示范中心的支持和幫助,在此也一并表示感謝。
本教材參加編寫的人員有:王金玉(第1章,第2章2.3、2.8,第3章實驗4、實驗11、實驗20、實驗22、實驗23、實驗24,第4章實驗25,附錄),劉瑩(第2章2.4,第3章實驗1、實驗5、實驗8、實驗13、實驗14、實驗17、實驗19,第4章實驗28)、吳洋(第2章2.1、2.7,第3章實驗6、實驗7、實驗10、實驗12、實驗18、實驗21)、王娜(第2章2.2、2.5、2.6,第3章實驗2、實驗3、實驗9、實驗15、實驗16,第4章實驗26、實驗27)。全書由王金玉統(tǒng)稿,王金玉、劉瑩完成了書稿的核校工作并任主編。在本書編寫過程中,方申文、朱元強(qiáng)、余宗學(xué)、柯強(qiáng)等對本書的編寫提出了寶貴的意見,方申文、王金玉、劉瑩、卿大詠、王娜等為有關(guān)實驗的開發(fā)和完善做了大量的工作。本書得到了四川省20182020年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項目(JG2018-421) 基于OBE理念下物理化學(xué)實驗教學(xué)模式的改革與實踐、四川省20182020年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項目(JG2018-423) 全方位優(yōu)化實驗平臺建設(shè)助力學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)、西南石油大學(xué)實驗教學(xué)方法改革研究項目(x2019sz008) 虛實結(jié)合的物理化學(xué)實驗教學(xué)模式探索以《蔗糖水解反應(yīng)速率的測定》為例等項目支持。
由于我們水平和時間的限制,書中不當(dāng)和疏漏之處在所難免,懇請使用本書的師生批評指正。
編者
2022年9月
王金玉,西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,副教授,碩士研究生導(dǎo)師。從事物理化學(xué)實驗教學(xué)、化學(xué)化工類實驗教學(xué)管理及油田化學(xué)方面的科研工作,以第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)、教改論文10余篇,授權(quán)專利8項,參與獲四川省科技進(jìn)步獎1項,指導(dǎo)大學(xué)生獲國家級、省部級獎勵10余項,參編教材2部。
第1章緒論1
1.1物理化學(xué)實驗的目的和要求1
1.2實驗數(shù)據(jù)的記錄和誤差處理2
1.2.1物理化學(xué)實驗中的誤差問題2
1.2.2物理化學(xué)實驗中數(shù)據(jù)的作圖處理方法4
1.3物理化學(xué)實驗室安全與防護(hù)7
1.3.1實驗室基本安全原則7
1.3.2實驗室安全信息7
1.3.3實驗室事故的預(yù)防與處理8
1.3.4實驗室環(huán)保10
第2章實驗儀器設(shè)備使用簡介11
2.1阿貝(Abbe)折射儀11
2.1.1工作原理和構(gòu)造11
2.1.2使用方法11
2.1.3注意事項12
2.2分光光度計13
2.2.1工作原理和構(gòu)造13
2.2.2使用方法13
2.2.3注意事項14
2.3SDC-Ⅱ型數(shù)字電位差綜合測試儀14
2.3.1工作原理和構(gòu)造14
2.3.2使用方法15
2.3.3注意事項16
2.4酸度計16
2.4.1工作原理和構(gòu)造16
2.4.2使用方法17
2.4.3注意事項18
2.5旋光儀18
2.5.1工作原理和構(gòu)造18
2.5.2使用方法19
2.5.3注意事項19
2.6電導(dǎo)率儀19
2.6.1工作原理和構(gòu)造19
2.6.2使用方法20
2.6.3注意事項21
2.7表面張力儀21
2.7.1工作原理和構(gòu)造21
2.7.2使用方法21
2.7.3注意事項23
2.8PGM-Ⅱ介電常數(shù)實驗裝置23
2.8.1工作原理和構(gòu)造23
2.8.2使用方法24
2.8.3注意事項24
第3章基礎(chǔ)實驗25
Ⅰ熱力學(xué)實驗25
實驗1燃燒熱的測定25
實驗2液體飽和蒸氣壓的測定29
實驗3氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定33
實驗4凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量36
實驗5溶解熱的測定40
實驗6雙液系氣-液平衡相圖的測定45
實驗7三組分液-液體系相圖48
實驗8偏摩爾體積的測定51
實驗9液相反應(yīng)平衡常數(shù)的測定54
實驗10差熱分析圖的測定58
Ⅱ電化學(xué)實驗60
實驗11電動勢的測定及其應(yīng)用60
實驗12緩蝕劑的電化學(xué)評價65
實驗13氟離子選擇電極測定氫氟酸解離常數(shù)68
實驗14離子遷移數(shù)的測定71
Ⅲ動力學(xué)實驗75
實驗15蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)及活化能的測定75
實驗16乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)及活化能的測定81
實驗17丙酮碘化反應(yīng)動力學(xué)的測定84
Ⅳ表面及膠體化學(xué)實驗88
實驗18溶液表面張力的測定88
實驗19乙酸在活性炭上的吸附90
實驗20表面活性劑臨界膠束濃度的測定93
實驗21溶膠的制備與電泳96
實驗22高聚物摩爾質(zhì)量的測定99
Ⅴ結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗104
實驗23偶極矩的測定104
實驗24磁化率的測定108
第4章綜合實驗113
實驗25苯甲酸-甲苯-水體系分配系數(shù)的測定113
實驗26 H2-O2燃料電池催化劑的研制與活性評價115
實驗27甲醇分解催化劑的研制與活性評價119
實驗28氟離子選擇電極測定飲用水中的氟含量121
附錄125
附錄1部分物理化學(xué)常用數(shù)據(jù)125
附錄2常用酸堿溶液的密度、濃度127
附錄3難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)127
附錄4不同溫度、不同濃度的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率к128
附錄5不同溫度下水的飽和蒸氣壓128
附錄618℃下水溶液中陰離子的遷移數(shù)129
附錄7常見氣體在水中的溶解度129
附錄8常見無機(jī)化合物在水中的溶解度129
附錄9常見離子和化合物的顏色131
參考文獻(xiàn)132