1、德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分(1)今有1 mol单原子理想气体, 始态压力为1013 kPa, 体积为224 dm3. 经绝热向真空膨胀至体积为224 dm3. (2)又绝热可逆地将膨胀后的上述气体压缩为224 dm3. 分别求(1), (2)两过程的Q, W, U, H和S. 设CVm = 3R/2.K273314. 824. 21013111 nRVpT1mol, pgT1 = 273K p1 =1013kPaV1 = 2 24 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm3(1)Q = 0(1) 因因 Q = 0, W = 0, U = Q
2、+ W = 0, 故故 T = 0, H = 01112KJ14.19KJ24. 24 .22ln314. 8ln VVnRS德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分1mol, pgT1 = 273K p1 =1013kPaV1 = 2 24 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm31mol, pg T3 = ? p3 V3 = 2 24 dm3(1)Q = 0(2) S = 0K126724.24 .22K27313513223122133VVTTVTVTJ.J)(.31040122731267314823UW 0/J1066.20J)2731267(
3、314. 825r3 TQSH德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间 的关系。2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 实验目的实验目的德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分实验原理蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为 k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度德州学院化学系
4、德州学院化学系化学基础实验物理化学部分反应的半衰期反应的半衰期实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。中旋光度的变化来衡量反应的进程。 为了比较为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示比旋光度可用下式表示t为实验温度为实验温度();D为光源波长为光源波长;为旋光度为旋光度;l为液层厚度为液层厚度(m);C为浓度为浓度(kgm
5、-3)。当其它条件不变时，旋当其它条件不变时，旋光度光度与浓度与浓度C成正比。成正比。实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质性物质,其比旋光度其比旋光度20D=66.6。产物中葡。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度萄糖也是右旋性物质，其比旋光度20D=52.5；而产物中的果糖则是左旋性物质，；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度其比旋光度20D=-91.9。因此，随着水解。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓
6、度成正比，并且溶液的变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。旋光度为各组成的旋光度之和。实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 t = K反反 C + K生生 （C0-C） 0=K反反 C0 =K生生 C0若反应时间为若反应时间为0 0，t t，时溶液的旋光时溶液的旋光度分别用度分别用00，tt，表示。则表示。则: :实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 以以ln(t-)对对t作图为一直线，由该直线的作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数斜率即可求得反应速率常数 k 。进而可求得半。进而可求得半衰期衰期 t1/
7、2ln(t-)=-kt+ ln(0-)实验原理德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分仪器与药品仪器与药品1.1.仪器仪器 旋光仪（旋光仪（WZZWZZ2A2B2A2B自动旋光仪自动旋光仪 ）; ;旋光旋光管管; ;恒温槽恒温槽; ;台称台称; ;停停 表表; ;烧杯烧杯; ;移液管移液管( (量量筒）筒）; ; 2.2.药品药品 HCl HCl溶液溶液(4moldm-3); (4moldm-3); 蔗糖蔗糖( (分析纯分析纯) )。德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分1.旋光仪零点的校正旋光仪零点的校正 ： 旋光管内注入蒸馏水，使管内无气泡存在。旋光管内注入蒸馏水
8、，使管内无气泡存在。旋紧套盖，勿使漏水。放入旋光仪中盖上槽盖，旋紧套盖，勿使漏水。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角检偏镜之旋转角，重复操作三次，取其平均，重复操作三次，取其平均值，即为旋光值，即为旋光 仪的零点。仪的零点。实验步骤实验步骤德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分2.蔗糖水解过程中蔗糖水解过程中t的测定的测定 用台称称取用台称称取10g蔗糖，放入蔗糖，放入100mL烧杯中，烧杯中，加入加入50mL 蒸馏水配
9、成溶液。蒸馏水配成溶液。 用移液管取用移液管取25mL蔗糖溶液置于蔗糖溶液置于100mL烧杯中。烧杯中。 移取移取25mL 4moldm-3HCl溶溶 液迅速倒入蔗糖液迅速倒入蔗糖中，并且在加入一半中，并且在加入一半HCl时开始记时，将混合液时开始记时，将混合液装满旋光管。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖装满旋光管。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度时溶液的旋光度t。每。每隔一分钟，读取一次旋光度，测定隔一分钟，读取一次旋光度，测定45分钟。分钟。实验步骤实验步骤德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分 3.的测定：的测定： 将剩余的将
10、剩余的25mL蔗糖溶液与蔗糖溶液与25mL 4moldm-3HCl溶溶 液混合，置于液混合，置于50的恒温槽中，的恒温槽中，恒温恒温40min以加速反应，然后冷却至实验温以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即度，按上述操作，测定其旋光度，此值即可认为是可认为是实验步骤实验步骤德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分1将仪器电源插头插入220V交流电源，（要求使用交流电子稳压器1KVA），并将接地可靠接地。2向上打开电源开关，这时钠光灯的交流工作状态下起辉，经5分钟钠光灯激活后，钠光灯才发光稳定。3.向上打开光源开关，（若光源开并扳上后，钠光灯熄灭，则再将光
11、源开关上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。WZZ2B自动旋光仪操作方法自动旋光仪操作方法：德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分4.打开测量开关，这时数码管应有数字显示。5.将装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应为，影响读数。试管安放时应注意标记的位置和方向WZZ2B自动旋光仪操作方法自动旋光仪操作方法：德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分数据处理数据处理将实验数据记录于下表温度: ;盐酸浓度： ;:
12、1. 以ln(t-)对t作图，由所得直线的斜率求 出反应速率常数k。 2. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。反反应时间应时间tt-ln(t-)德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分思考问题思考问题 1.实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度t是否需要零点校正?为什么? 2.蔗糖溶液为什么可粗略配制? 3.蔗糖的转化速度和哪些因素有关? 德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分WZZ-2B型自动旋光仪 德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分WZZ-2B型自动旋光仪 德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分
13、圆盘圆盘旋光旋光仪仪 德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分WZZWZZ2A2B2A2B自动旋光仪使用说明自动旋光仪使用说明 WZZ2型自动旋光仪采用光电自动平衡光电自动平衡原理原理，进行旋光测量，测量结果由数字显示，它既保持了WZZ1自动指示旋光仪稳定可靠的优点，又弥补了它的读数不方便的缺点，具有体积小，灵敏度高，没有人为误差，读数方便等特点。对目视旋光仪难以分析的低旋光仪品也能适应。旋光仪广泛用于医药、食品、有机医药、食品、有机化工等化工等各个领域，德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分v农业：农用抗菌素、家用激素、微生物农药及农产品淀粉含量等成份分析淀粉含量等
14、成份分析。v医药：抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析，抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析，中草药药理研究中草药药理研究。v食品：食糖、味精、酱油等生产过程的控制及成品检查，食品含糖量的测定食品含糖量的测定。v石油：矿物油分析、石油发酵工矿物油分析、石油发酵工艺的监视。v香料：香精油分析香精油分析。v卫生事业：医院临床糖尿病分析医院临床糖尿病分析。 仪器用途仪器用途德州学院化学系德州学院化学系化学基础实验物理化学部分v将待测样品注入试管，盖好箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。v逐次按下复测按钮，重复读数几次，取平均值重复读数几次，取平均值作为样品的测定结果作为样品的测定结果。v如样品超过测量范围，仪器在+45处来回振荡。此时，取出试管，仪器即自动转回零位。此时可将试液稀释一倍再测。v仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电应依次关闭测量、光源、电源开关源开关。v钠灯在直流供电系统出现故障不能使用时，仪仪器也可在钠灯交流供电（器也可在钠灯交流供电（光源开关不向上开启）的情况下测试，但仪器的性能可能略有降低。操作方法操作方法：
