物理化学实验思考题题库(5)

8. 氧弹充气后，用万用表检查两电极，导电不良应如何处理？

答：把氧弹里面氧气放掉，打开氧弹盖，检查点火丝是否与电极接好，重新装点火丝。

9. 在燃烧热的测定实验中，哪些因素容易造成误差？提高本实验的准确度应该从哪些方面考虑？

答：在燃烧热的测定实验中以下因素容易造成误差：（1）样品压片过程中混入污染物、称重后脱落、造成称重误差；（2）如果样品燃烧后残留了不易观测到的试样残留物、而又把它当作没有残留完全充分燃烧处理数据，势必造成较大误差；（3) 搅拌器功率较大，搅拌器不断引进的能量形成误差；（4）热量计的绝热性能应该良好，如果存在有热漏，漏入的热量造成误差；（5）数据处理中用直接测量的温差当成真实温差进行计算；

提高本实验的准确度应该从以下几方面考虑：（1）待测样品需干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误差；（2）严格控制样品的称量范围；（3）压片机要专用，清洁干净；（4）将压片制成的样品放在干净的称量纸上，小心除掉易脱落部分，然后在分析天平上精确称量；（5）用用雷诺法校法得到真实温差。

10. 燃烧热的定义是什么？恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系是什么？

答：燃烧热的定义定义：1mol的物质完全燃烧时所放出的热量称为燃烧热。所谓完全燃烧是指该化合物中的C变为CO2(气)，H变为H2O(液)，S变为SO2(气)，N变为N2(气)，Cl成为HCl(水溶液)，其它元素转变为氧化物或游离态。

燃烧热可在恒压或恒容条件下测定，在恒容条件下测的燃烧热为恒容燃烧热Qv，在恒压条件下测的燃烧热为恒压燃烧热。由热力学第一定律可知：在不做非膨胀功情况下，恒容燃烧热Qv等于内能变化ΔU，恒压燃烧热Qp等于焓变化ΔH。在氧弹式热量计中测得燃烧热为Qv，而一般热化学计算用的值为Qp，两者可通过下式进行换算：

Qp＝Qv十ΔnRT (1)

式中：Δn为燃烧反应前后生成物和反应物中气体的物质的量之差；R为摩尔气体常数；T为反应热力学温度。

11. 在燃烧热的测定实验中，所测温差值为什么要进行雷诺图的校正？

答：在燃烧热的测定实验中，只要体系和环境间有温差就会有热损耗，当环境温度高于体系温度时，环境就会向热量计辐射热量而使其温度升高；当体系温度高于环境温度时，热量计就会向环境辐射而使热量计的温度降低，从而使燃烧前后温度的变化不能直接准确测量，即直接测量的温差不是测真实温差，因此必须经过雷诺温度校正图进行校正。

12. 在燃烧热的测定实验中，如何用雷诺图解法校正温度改变值?

答：当适量待测物质燃烧后使热量计中的水温升高1.5-2.0℃。将燃烧前后历次观测到的水温记录下来，并作图，连成abcd线（图71-3）。图中b点相当于开始燃烧之点，c点为观测到的最高温

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度读数点，由于量热计和外界的热量交换，曲线ab及cd常常发生倾斜。取b点所对应的温度T1，c点对应的温度T2，其平均温度为T，经过T点作横坐标的平等线TO，与折线abcd相交于O点，然后过O点作垂直线AB，此线与ab线和cd线的延长线交于E，F两点，则E点和F点所表示的温度差即为欲求温度的升高值ΔT。如图71-3所示，EE?表示环境辐射进来的热量所造成热量计温度的升高，这部分必须扣除；而FF?表示量热计向环境辐射出热量而造成热量计温度的降低，因此这部分必须加入。经过这样校正后的温差表示由于样品燃烧使热量计温度升高的数值。

有时热量计的绝热情况良好，热量散失少，而搅拌器的功率又比较大，这样往往不断引进少量热量，使得燃烧后的温度最高点不明显出现，这种情况下ΔT仍然可以按照同法进行校正（图71-4）。 必须注意，应用这种作图法进行校正时，量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大（最好不超过2-3℃），否则会引起误差。

图 71-3 绝热较差时的雷诺校正图 图 71-4 绝热良好时的雷诺校正图

13. 在燃烧热的测定实验中，直接测量的物理量是什么?用氧弹式量热计所测得的燃烧热是Qv还是Qp?

答：氧弹热量计的基本原理是能量守恒定律，样品完全燃烧所释放出的热量使氧弹本身及其周围的介质（实验用水）和热量计有关的附件温度升高，测量介质在燃烧前后体系温度的变化值ΔT，就可求算出该样品的恒容燃烧热，其关系式如下：

m Qv + lQ点火丝 + qV = (C计 + C水m水) ΔT (2)

式中：Qv为物质的恒容燃烧热(J·g-1)；m为燃烧物质的质量(g)；Q点火丝为点火丝的燃烧热(J·g-1)；l为燃烧了的点火丝的质量(g)；q为空气中的氮氧化为二氧化氮的生成热(用0.1mol/L NaOH滴定生成的硝酸时，每毫升碱相当于5.98J)，V为滴定硝酸耗用的NaOH的体积(mL)；C计为氧弹、水桶、温度计、搅拌器的热容(J·k-1)；C水为水的比热(J·g-1·k-1)；m水为水的质量(g)；ΔT为燃烧前后的水温的变化值（K）。

如在实验过程中，每次的用水量保持一定，把式(2)中的常数合并，即令 k = C计 + C水m水

则： m Qv + lQ点火丝 + qV = k ΔT (3)

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k为仪器常数。可以通过用已知燃烧热的标准物质(如苯甲酸)放在量热计中燃烧，测出燃烧前后温度变化，则：

k = (m Qv + lQ点火丝 + qv )/ΔT (4)

在燃烧热的测定实验中，直接测量的物理量是燃烧样品的质量m，燃烧了的点火丝的质量l，滴定硝酸耗用的NaOH的体积V（实验中常忽略qV的影响，因为氧弹中的N2相对于高压O2而言可以忽略，其次因滴定HNO3而带来的误差可能会超过N2本身带来的误差），介质在燃烧前后体系温度的变化值ΔT，仪器常数k。

因为氧弹是一个恒容的容器，所以用氧弹式量热计所测得的燃烧热是Qv。

14. 测定燃烧热成败的关键在哪里?点火失败的可能原因有哪些?

答：燃烧热测定实验成功的首要关键是保证样品完全燃烧；其次，还须使燃烧后放出的热量尽可能全部传递给热量计本身及其介质，而几乎不与周围环境发生热交换。在实验操作过程中应使样品的量合适，压片松紧合适，温差进行雷诺温度校正。

点火失败的原因：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；点火丝与样品接触不好；点火丝碰到燃烧皿壁，点火丝上部分相连，形成短路。

15. 在燃烧热的测定实验中，使用定量的已知燃烧热的标准物质苯甲酸做什么?

答：令k=m水C水+C计, k为仪器常数，可以通过用定量的已知燃烧热的标准物质苯甲酸在热量计中燃烧，测出燃烧前后温度的变化，求出k=（mQv+lQ点火丝+qv）/△T。

16. 固体样品为什么要压成片状？如何测定液体样品的燃烧热?

答：固体样品压成片状有利于样品充分完全燃烧，以免充气时冲散样品或者在燃烧时飞散开来，造成实验误差。

测定液体样品的燃烧热时，为了防止充气时冲散样品或者在燃烧时样品飞散开来，应以药用胶囊作为样品管，将液体样品装入药用胶囊内，并用内径比胶囊外径大0.5～1.0mm的薄壁软玻璃管套住，装样示意如图1所示。胶囊的燃烧热热值应预先标定以便计算时扣除。

17. 在量热测定中，还有哪些情况可能需要用到雷诺温度校正方法？

答：在量热测定实验中，如中和热的测定、溶解热的测定、稀释热的测定等，热量计与周围环境的热交换无法完全避免，只要热量计和环境间有温差就会有热损耗，当环境温度高于热量计温度时，环境就会向热量计辐射热量而使其温度升高；当热量计温度高于环境温度时，热量计就会向环境辐射而使热量计的温度降低，从而使测量前后温度的变化不能直接准确测量，即直接测量的温差

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不是测真实温差，因此都可能需要用到雷诺温度校正方法进行校正。

必须注意，应用这种作图法进行校正时，量热计的温度和外界环境温度不宜相差太大（最好不超过2-3℃），否则会引起误差。

18. 在燃烧热的测定实验中，在实验中是否每次都必须准确量取3000 mL水？

答：必须准确量取3000ml水。因为水量的变化，使苯甲酸的水当量和测定样品水当量没有严格保持一致，会产生很大的实验误差。

19. 在燃烧热的测定实验中，如何快捷、合理地消除氧弹中氮气对测量结果的影响？

答：操作中可以采用高压O2先排除氧弹中的N2，这样既快捷又准确。即对氧弹充两次氧气。第一次充好后再把氧弹内的气体放掉，这样氮气可以随着氧气被放出去，从而达到消除氮气的影响。

实验七十二 差热分析 1. 简述差热分析的基本原理.

答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物(参比物)之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中，凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。

2. 差热分析中如何判断物质发生了变化？

答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化。

3. 差热分析中如何选择参比物？

答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用α-氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质，以提高准确性。

4. 在差热分析实验中，作温度工作曲线的目的是什么？

答：目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度，以准确快速的测出物质在相应温度下产生的热效应。

5. 差热分析图中什么说明了物质的变化次数？

答：差热图中峰的数目说明了样品在这段时间（或温度）范围内变化的次数。

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6. 差热图主要受哪些实验条件的影响？

答：（1）仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记录系统精度、走纸速率等。（2）试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。（3）实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。

7. 在差热分析实验中，为什么加热过程中即使试样未发生变化，差热曲线仍会出现基线漂移？

答：可能是机器的噪音，样品与参比物的粒度和热容不一致所引起的基线漂移。

8. 在差热分析实验中，为什么要控制升温速度？升温过快或过慢有何后果？

答：升温速率对差热曲线有重大的影响，常常影响峰的形状、分辨率和峰所对应的温度值。升温速率较低时，基线漂移较小，分辨率较高，但测定的时间相对较长；而升温速率过高，基线漂移严重，分辨率较低，但测试时间较短。

9. 在差热分析实验中，如何应用差热曲线来解释物质的物理变化及化学变化过程？

答：通过测定样品与参比物的温度差对时间（或温度）的函数关系，来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、热效应等物理及化学变化过程。

10. 差热曲线的形状与哪些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？

答：影响差热曲线的形状的因素有：升温速率，气氛及压力，参比物的选择，稀释剂的影响，样品的颗粒大小，走纸速度。影响差热分析结果的主要因素也是：升温速率，气氛及压力，参比物的选择，稀释剂的影响，样品的颗粒大小，走纸速度。

11. 差热分析和简单热分析(步冷曲线法)有何异同？

答：相同点：都是研究物质随着温度的变化发生各种物理和化学效应时产生的各种能量变化，依据这些能量的变化对试样进行定性和定量分析。不同点：简单的热分析是直接研究物质本身的温度随时间的变化关系，通过步冷曲线的拐点和平台对样品进行定性和定量分析是热力学平衡状态。差热分析是研究物质与参比物的温度差随温度的变化关系，通过差热峰的峰的数目，位置，方向，大小对样品进行定性和定量分析，不是热力平衡状态。

12. 试从物质的热容解释差热曲线的基线漂移

答：基线漂移说明参比物和样品有热容差异，且与粒子的颗粒，填装的密度有关。

13. 在什么情况下，升温过程与降温过程所得到的差热分析结果相同？在什么情况下，只能采用升温或降温方法？

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