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物理化學實驗(第二版) 版權信息
- ISBN:9787030524942
- 條形碼:9787030524942 ; 978-7-03-052494-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
物理化學實驗(第二版) 內容簡介
本書依據高等農林院校物理化學實驗教學特點,系統介紹了物理化學實驗的基本原理和測試方法,著眼于學生的基本理論和基本操作訓練,致力于提高學生的綜合分析和解決實際問題的能力。全書分為緒論、基本測量原理及技術、實驗和附錄。實驗部分包括二十八個實驗,既有傳統經典的物理化學實驗,又有反映物理化學實驗進展的綜合性實驗。實驗內容包含了化學熱力學、化學動力學、電化學和表面與膠體化學。
物理化學實驗(第二版) 目錄
第二版前言
**版前言
**章 緒論 1
一、 物理化學實驗的目的和要求 1
二、 實驗的誤差及數據處理 3
三、 數據的表達方法 7
四、 物理化學實驗室安全防護常識 14
參考文獻 16
第二章 基本測量原理及技術 17
一、 溫度的測量與控制 17
二、 氣體壓力及流量的測量 22
三、 光學性質的測量 24
四、 電化學測量技術 28
五、 熱分析實驗技術 39
參考文獻 51
第三章 實驗 53
Ⅰ 化學熱力學 53
實驗一 燃燒熱的測定 53
實驗二 凝固點降低法測定摩爾質量 58
實驗三 飽和蒸氣壓的測定 62
實驗四 異丙醇-環己烷雙液系相圖的繪制 66
實驗五 差熱分析 70
Ⅱ 化學動力學 74
實驗六 旋光法測定蔗糖轉化反應的速率常數 74
實驗七 過氧化氫分解反應速率常數的測定 79
實驗八 乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定 84
實驗九 丙酮碘化反應速率常數的測定 87
實驗十 BZ振蕩反應 91
Ⅲ 電化學 93
實驗十一 離子遷移數的測定 93
實驗十二 電導法測定弱電解質的電離平衡常數 96
實驗十三 電動勢的測定和應用 99
實驗十四 離子選擇性電極的測試和應用 104
實驗十五 循環伏安法 107
Ⅳ 表面與膠體化學 110
實驗十六 表面張力的測定 110
實驗十七 黏度法測定高聚物的相對分子質量 117
實驗十八 溶膠的制備及電動電勢的測定 122
實驗十九 表面活性劑臨界膠束濃度的測定 125
實驗二十 固體在溶液中的吸附 128
實驗二十一 液體在固體表面接觸角的測定 131
Ⅴ 提高及綜合性實驗 135
實驗二十二 氣相色譜法測定無限稀溶液的活度系數 135
實驗二十三 納米材料的制備及表征 139
實驗二十四 納米TiO2 光催化降解有機染料的研究 142
實驗二十五 熱重分析法研究分解動力學 146
實驗二十六 三組分液-液體系相圖 149
實驗二十七 鎳在硫酸溶液中的鈍化行為 153
實驗二十八 BET 法測定固體的比表面積 158
附錄 163
附錄一 國際單位制和基本常數 163
附錄二 常用物理化學數據表 164
物理化學實驗(第二版) 節選
**章 緒論 物理化學是以物理學理論和實驗技術為基礎,以數學計算為工具,從物理現象和化學現象的聯系入手,研究化學變化規律的科學。學習物理化學要求學生具有較好的數理化綜合基礎。物理化學實驗是物理化學課程教學的一個重要組成部分,是繼無機化學實驗、有機化學實驗和分析化學實驗之后的一門重要的化學基礎實驗課,它綜合了化學領域中各分支所需的基本實驗工具和研究方法,其中的研究方法和實驗技能是化學工作者必須具備的基本功。物理化學實驗常采用許多儀器或若干儀器組合成一個實驗體系測量某一物理化學性質,直接測量的數據往往需要利用數學的方法加以綜合運算和整理才能得到所需要的結果,因此物理化學實驗有利于培養學生綜合實驗能力和科學研究能力。隨著實驗技術的不斷更新和發展,物理化學的研究滲透到自然科學的各個領域,派生出許多與物理化學相關的交叉學科,物理化學實驗在現代各門自然科學研究中得到廣泛應用。 一、 物理化學實驗的目的和要求 在其他幾門化學實驗課學習之后,物理化學實驗以其自身的特點,通過更加嚴格的定量的經典實驗,重演人們研究物質的物理性質和化學反應規律、發現真理的過程,使學生初步了解物理化學的研究方法,鞏固和加深理解物理化學基礎理論和基本概念,掌握基本的實驗技術和實驗儀器的使用,學會重要的物理化學性質的測定,熟悉實驗現象的觀察和記錄,數據的處理,實驗結果的分析、歸納和表述等,培養學生理論聯系實際、嚴謹認真、實事求是的科學態度和學風。開設的具有研究性質的綜合性和設計性實驗,不僅包括實驗技能和方法,還涉及文獻的查閱,實驗方案的設計,儀器的組合,實驗條件的選擇,對結果的分析和問題的討論,培養學生綜合能力和創新思維能力。物理化學實驗不應僅限于化學范圍,更應重在弄清基本原理,學習研究方法,舉一反三,用于實際各相關領域中。 在進行物理化學實驗時,為做好每一次實驗,提高物理化學實驗教學效果,應做到以下幾點: (1) 實驗前必須預習。預習的目的就是要對整個實驗內容和方法做到心中有數。根據物理化學實驗的特點,實驗課往往采取循環方式安排,許多實驗在課堂講授有關內容之前就要進行,預習在物理化學實驗中顯得尤為重要。做好充分的預習,理解了實驗原理,弄懂實驗方法,才能在實驗操作過程中發揮主觀能動性,不犯或少犯錯誤,避免事故發生。預習時認真仔細閱讀實驗教材和教科書中的有關內容,明確實驗目的和要求,弄清實驗所依據的基本原理和方法,明確實驗要測定的數據和操作步驟,了解儀器的構造、工作原理及使用方法。在此基礎上寫出實驗預習報告(寫在一個專門的預習報告本上)。預習報告要求扼要寫出實驗的目的、內容和原理,實驗所使用的儀器和試劑,主要的實驗步驟及注意事項,畫出實驗時所要記錄數據的表格等。預習時,若有沒弄懂的問題也應記在預習本中,以便實驗時請教指導教師。有些問題只有通過實驗動手操作,觀察實驗現象,有了一定的感性認識后才能較好地理解和掌握。而設計性實驗需要在實驗前查閱大量的文獻,設計擬定出實驗方案,經指導教師檢查同意后才能開始實驗。 (2) 實驗操作要嚴格遵守實驗室各項規章制度,嚴格執行操作規程。進實驗室開始操作前*先核對儀器和藥品等實驗器材是否齊全。對不熟悉的儀器和設備,不能隨意擺弄和扭動其旋鈕開關,應仔細閱讀說明書,在教師的指導下學會使用后才能獨立動手操作,否則容易出現操作失誤,損壞儀器現象。在實驗室操作過程中嚴格控制好實驗條件,仔細觀察和分析實驗現象,善于發現和處理出現的各種問題,做到手腦并用。記錄實驗數據要實事求是,不能主觀挑選和隨意涂改。由于操作不慎或記錄筆誤而造成的錯誤數據,在其上畫一道線,在一旁寫上正確的數據。實驗的原始數據要用鋼筆或圓珠筆直接記錄在預習報告本已畫好的表格里,不要用鉛筆,不要先寫在碎紙片上再轉抄在筆記本上。數據要注明名稱和單位,記下測定這些數據的條件,如室溫、大氣壓等。記錄的數據交給指導教師檢查,不符合要求者要安排時間重做實驗。實驗結束后清理實驗臺,洗凈器皿,保持儀器設施整齊潔凈,經指導教師同意才能離開實驗室。 (3) 做完實驗需要寫實驗報告。實驗報告是對實驗工作的整理和總結,向教師匯報實驗內容、過程、結果及對結果的分析等。實驗報告的寫作是物理化學實驗教學的一個重要環節,它能使學生在數據處理、作圖、誤差分析、邏輯思維等方面得到訓練,能使學生更好地理解和掌握實驗的內容和方法,是培養和提高學生寫作能力的實踐過程,為今后寫畢業論文和科研論文打下良好的基礎。 實驗報告的寫法與研究論文有些相似,一般包括實驗目的、原理、儀器和試劑、實驗方法、原始數據、數據處理及結果討論。一般實驗教材上都列出了這些項目,特別是原理和實驗操作部分,在弄懂、吸收和消化的基礎上,用自己的語言表達,而不是簡單抄書,有時要畫出實驗裝置圖。實驗數據盡可能采用表格形式表示。作圖必須用坐標圖紙,并標明坐標及圖名,繪制曲線要用曲線板,也可用計算機處理數據。數據處理和作圖按“實驗數據處理方法”一節中的規定進行。還要寫出處理數據使用的計算公式,注明公式中的常數值,注意各數值的單位。物理化學實驗往往是分小組完成的,但實驗報告必須每人一份,獨立完成,同一小組的測量數據相同,但數據處理的結果和討論不應一樣。實驗報告雖然有一般的格式,但每個人都要有自己的寫作風格。哪些方面詳細,哪些方面簡略,根據不同的實驗內容,不同的人看問題的角度不同而有所不同?傮w要求為:字跡清楚、文筆流暢、條理分明、邏輯嚴謹。 二、 實驗的誤差及數據處理 1. 誤差的種類 在實際測量中,由于各種因素的影響,測量結果與真實值之間存在著一個差值,稱為測量誤差。根據誤差的性質,可把測量誤差分為系統誤差、偶然誤差和過失誤差三類。 (1) 系統誤差。它是由一定的原因引起的,使測量結果恒偏大或偏小,其數值基本不變或按一定規律變化。它主要來源于儀器結構上的某些缺點、試劑中存在雜質、實驗者感官上的分辨力和某些固有習慣的局限、實驗方法的缺陷或近似公式的引用等。 (2) 偶然誤差。在同一條件下多次重復測定某一物理量,每次測量結果都有一些差異,產生這種差異沒有一定的原因,它們圍繞著某一數值上下無規則變動,其符號時正時負,其絕對值時大時小,這種誤差稱為偶然誤差。 (3) 過失誤差。由于實驗者的粗心,在操作或讀數上犯下錯誤而引起的誤差,稱為過失誤差。 只要實驗者加強責任感,對工作認真細致,過失誤差是完全可以避免的;對于系統誤差,可以通過改變實驗條件或改進實驗方法來設法消除或減。恢挥信既徽`差的存在是不可避免的,但它服從統計規律,且具有抵償性,增加測量次數能減少偶然誤差。下面簡略介紹誤差的表示方法和偶然誤差的統計規律。 2. 誤差表示方法 (1) 絕對誤差與相對誤差。絕對誤差是測量值與真值之差;絕對誤差與真值的百分比稱為相對誤差。(1.1) (1.2) 由于xi 是未知的,一般用多次測量的算術平均值來代替。 (2) 平均誤差和標準誤差。 (1.3) 式中:d1、d2 、 、dn 分別為第1、2、 、n 次測量結果的絕對誤差。 (1.4) 式中:x 為n 次測量結果的算術平均值。 標準誤差定義為 (1.5) 式中:n-1稱為自由度,是指獨立測量的次數減去處理這些測量值所用外加條件的數目。平均誤差的優點是計算簡單,但它可能把質量不高的測量掩蓋了,因此對測量質量的檢驗不如標準誤差靈敏。 3. 精密度與準確度 準確度指測量結果的正確性,即與真實值偏離的程度。系統誤差和偶然誤差都小,測量值的準確度就高。精密度是指測量結果的可復性及測得數值的有效數字位數。偶然誤差小,測量值的精密度就高。在一組測量值中,盡管精密度很高,但準確度并不一定好,反之,若準確度好,則精密度一定高。換句話說,高的精密度不能保證有高的準確度,但高的準確度必須有高的精密度來保證。 準確度與精密度的區別可用圖1.1加以說明。有甲、乙、丙三人測定某一物理量,每人重復測量四次,測量值以圖中小圓點表示。甲的測量結果精密度高,但平均值與真實值相差大,準確度低。乙的精密度低,因數據分散準確度也不高。只有丙的精密度和準確度都較高。 4. 偶然誤差的統計規律 圖1.1 準確度與精密度的關系 當在相同條件下對某一個量進行重復多次測量時,由于偶然誤差的存在,將會得到不同的觀測值。如果用多次重復的數據作圖,以橫坐標表示偶然誤差δ,縱坐標表示各偶然誤差出現的次數N,則可得到如圖1.2所示的正態分布曲線,其解析式為 (1.6) 圖1.2中每一條曲線表示用同一方法在相同的條件下對同一個量進行多次測量的結果。當測量條件改變后,測量的誤差σ也就隨之改變,這時曲線的形狀也就不同。σ越大,即測量的精密度越差,曲線越扁平;反之,越陡峭。 從圖1.2中可以看出:曲線的形狀具有對稱性,即正負誤差出現的概率相等,因此多次重復測量的算術平均值稱為“*佳值”;誤差小的數據出現的概率大,極大誤差出現的概率小,這意味著大誤差的數據一般不會出現。 圖1.2 偶然誤差正態分布曲線 由概率論可知,一組數據包含偏大于3σ的點出現的概率小于1%,所以從一組相當多的數據中,偏大于3σ的數據可以有把握地認為是不合理的,應予以舍棄。但是,對于少數幾次觀測值,概率論已不適用,而個別失常測量值對算術平均值影響很大,為此,H.M.Goodwin曾經提出一個簡單的判斷法,即略去可疑觀測值后,計算其余觀測值的平均值及平均誤差δ,然后算出可疑觀測值與平均值的偏差d,如果d≥4δ,則此可疑值可以舍棄,因為這種觀測值存在的概率大約只有千分之一。 5. 有效數字與運算規則 由于間接測量結果需要進行運算,測量數據的記錄和運算過程中就要涉及有效數字的位數的確定問題,下面扼要介紹有關規則。 (1) 誤差一般只有一位有效數字,至多不超過兩位。 (2) 任何一物理量的數據,其有效數字*后一位在位數上應與誤差的*后一位劃齊,如1.35±0.01是正確的,而1.351±0.01就不合理。 (3) 有效數字的位數與十進制單位的變化無關,即與小數點的位數無關。為了明確地表明有效數字,一般常用指數表示法,如1234,0.1234,0.01234都是4位有效數字,但遇到123400,其有效數字就不明確了,如果寫成1.234×105就是表示4位有效數字,寫成1.2340×105就表示是5位有效數字。 (4) **位的數字等于或大于8,則有效數字的位數可以多算一位。 (5) 任何一次直接測量值都要記到儀器刻度的*小估計讀數,即記到**位可疑數字。 (6) 舍棄不必要的數字時,應用“四舍五入”規則。 (7) 在加減運算時,各數值小數點后所取得的位數與其中*少者相同,如0.12+12.323.1.5683 改寫為0.12+12.32.1.57 。 (8) 在乘除運算中所得的積或商的有效數字,應以各值中有效數字位數*少的值為標準,如2.3×0.524=1.2 和532÷28.00=0.190 。 (9) 用對數進行運算時,對數尾部的位數應與各值的有效數字相當或多一位。 6. 間接測量結果的誤差計算 在實驗研究工作中,我們所需要的往往不是直接測量的結果,而是將直接測量值通過某函數關系加以運算得到*終結果。各個直接測量值的誤差都會影響*終結果的誤差,在此討論直接測量的誤差與*終誤差的關系。 在估計函數的*大誤差時,應該考慮到*不利的情況是各直接測量的正負誤差不能對消,從而引起誤差積累,因此算式中各值直接測量的誤差取絕對值。 設函數為N=f(x, y, z, ),全微分有 (1.7) 設各自變
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