3.1物质物理参数测定技术（1）（教案）《化学实验技术基础》化工版第三版-同步精品课堂

《化学实验技术基础》化工版第三版教案 课 题 3.1物质的物理参数测定技术（1） 课 型 新授课 课 时 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课内容主要介绍了物质的物理参数测定技术，包括沸点、熔点与凝固点、密度的测定。这些知识点是化学实验中的基础操作，对于学生理解物质的物理性质以及后续的化学实验操作具有重要意义。教材详细阐述了各物理参数的定义、测定意义、测定装置、测定方法及测定值的校正，内容系统且具有较强的实践指导性。 学情分析 中职学生在化学基础知识方面可能存在一定的薄弱环节，但动手能力和实践兴趣较强。对于物理参数测定这类实验操作类知识，学生通常表现出较高的兴趣。然而，学生可能对测定原理的理解不够深入，对实验操作的规范性和准确性缺乏足够的重视，需要教师在教学过程中加强引导和示范。 学习目标 1.了解沸点测定技术。 2.了解熔点与凝固点技术。 3.了解密度测定技术。 学习重难点 沸点、熔点与凝固点、密度的测定方法及操作步骤；测定装置的正确安装与使用；测定值的校正方法及原理；实验操作的规范性和准确性 教学方法 讲授法 课前准备 教材、课件、教学视频 教学媒体 使用多媒体教学设备，通过屏幕投影或电子白板展示教学内容和操作步骤，方便学生理解和操作。 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 展示一些日常生活中的液体和固体物质图片，如水、酒精、石蜡等，提问学生如何判断这些物质的纯度。 引导学生思考物质的物理性质与纯度之间的关系，引出本节课的主题——物质的物理参数测定技术。 观察教师展示的图片，结合生活经验进行思考和讨论。 积极回答教师的问题，表达自己的观点和想法。 通过创设情境，激发学生的学习兴趣和求知欲，使学生明确本节课的学习内容与实际生活的联系 活动二： 调动思维 探究新知 详细讲解沸点测定技术知识，结合演示文稿。 1.沸点及其测定的意义 沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。液体物质受热时，其蒸气压随温度的 升高而增大，当达到与外界压力相等时，液体开始沸腾，此时的温度就是该液体物质的沸点。 液体物质沸点的高低与其承受的外界压力有关。外界压力不同，同一液体的沸点会发生变化。通常把液体在标准大气压(101325Pa) 下测得的沸腾温度定义为该液体物质的沸点。沸点是液体物质的特性参数。 在一定压力下，纯液体具有固定的沸点，此时蒸气与液体处于平衡状态，组成不变。但当液体不纯时，则沸点有一个温度稳定范围，称为沸程。对纯液体物质，其沸程一般为0.5~1℃;若含有杂质时，沸程则加大。因此沸点是液体物质纯度的重要标志。准确地测定沸点，对液体混合物的分离、提纯和正确使用，具有重要的指导意义。但应当注意，当几种物质形成恒沸物时，虽然有固定的沸点，但却不是纯净物。 2.测定沸点的装置 将盛有待测液体的试管由三颈烧瓶的中口放入距瓶底2.5cm 处，用带有开口的橡皮塞加以固定。三颈烧瓶内盛放浴液，其液面应略高于试管中待测试样的液面。将一支分度值为 0.1℃的测量温度计通过侧面开口的橡皮塞固定在试管中距试样液面约2cm 处，测量温度计的露茎部分与一支辅助温度计用小橡胶圈套在一起。三颈烧瓶的一侧口可以放入一支温度 计，以测浴液温度，另一侧口用塞子塞住。 该装置是国家标准中规定的沸点测定装置，测得的沸点经温度、压力、纬度和露茎校正后，准确度较高，主要用于精密度要求较高的实验中。 一般情况下，可以采用普通蒸馏装置 测定液体物质的沸点。 3.测定沸点的方法 (1)安装仪器：将三颈烧瓶固定在铁架台上，装入浴液(可用浓硫酸或甘油),约占烧瓶容积的1/2。然后按图3-1所示安装盛待测液的试管、测量温度计和辅助温度计。注意温 度计刻度值应置于塞子开口侧并朝向操作者，辅助温度计用橡胶圈固定在测量温度计上，其水银球位于测量温度计露出胶塞以上的水银柱中部。最后在三颈烧瓶的两侧口分别装上普通温度计和塞子。(2)测定沸点：选择适当的热源加热，当试管中的试液开始沸腾，测量温度计的示值保持恒定时，即为该待测液体的沸点。记录测量温度计和辅助温度计的示值、露茎高度、室温和大气压。(3)沸点测定值的校正：实验中测得的沸点值经如下公式校正，便可得准确值。 t=t₁+ △t₂+ △t₃+△tp △t₃=0.00016h(t₁-t₄) △tp=CV(1013.25-po) po=p.-△p₁+△p₂ 式中：式中 t——准确沸点值，℃; t₁——观测温度，即测量温度计的读数，℃; △t₂——测量温度计本身示值校正值，℃; △t₃——测量温度计露茎校正值，℃; △tp——沸点随气压变化校正值，℃; t4——测量温度计露茎部分的平均温度(即辅助温度计的读数),℃; h——测量温度计露茎部分的水银柱高度(以温度计的刻度数值表示); CV——沸点随气压的变化率，℃/hPa,可由附录13查出； po——0℃时的气压，hPa; p₁——室温时的气压，hPa; △p₁——由室温时之气压换算至0℃时气压之校正值，hPa,可由附录13查出； △p₂——纬度重力校正值，hPa,可由附录14查出； 0.00016 为水银对玻璃的膨胀系数。 认真听讲，做好笔记，理解沸点的定义和测定意义，掌握沸点测定的操作步骤、注意事项以及结果校正。就沸点测量知识发表自己的看法，加深对知识的理解。 通过详细讲解和演示文稿，使学生系统地了解沸点测定的原理和操作方法，培养学生的观察能力和科学探究能力。 活动三： 调动思维 探究新知 详细讲解熔点与凝固点的测定技术知识，结合教学视频。 1.熔点的测定 （1）熔点及其测定的意义：熔点是指固体物质在大气压力下，固-液两态达到平衡时的温度。 纯固体物质从开始熔化(始熔)至完全熔化(全熔)的温度范围叫做熔程或熔点范围。实验中测得的熔点往往不是一个温度点，而是被测物质的熔程。纯品的熔点不仅有固定值，其熔程也很小， 一般为0.5~1℃。如果含有杂质，熔点就会降低，熔程则显著增大。 大多数有机化合物的熔点比较低，一般不会超过400℃,比较容易测定。因此熔点测定是检验有机化合物纯度、鉴别未知物的良好手段，同时还可以通过测定若干高纯度标准有机化合物的熔点，进行温度计的校正。 在鉴别未知物时，如果测得的熔点与某已知物的熔点相同(或接近),并不能就此完全确认它们为同一化合物。因为有些不同的化合物却具有相同或相近的熔点，如尿素和肉桂酸的熔点都是133℃。为了加以判断，可将二者按不同比例混合，测定其混合物的熔点，若熔点保持不变，则可认为是同一物质。否则，便是不同物质。 （2）测定熔点装置：(1)双浴式： (2)提勒管 (Thiele ) 式： 提勒管又叫b形管，内盛浴液，液面高度以刚刚超出上侧管1cm为宜。 加热部位为侧管顶端，这样可便于管内浴液形成良好的对流循环，保持均匀的温度分布。按照双浴式中固定温度计和熔点管的位置与方法，通过侧面开口塞将其安装在提勒管中两侧管之间。这是目前实验室中较为广泛使用的熔点测定装置。其特点是操作简便、浴液用量少、节省测定时间，可用于一般的产品鉴定。 （3）测定熔点方法（提勒管为例）：①填装样品：取约0 . 1g 样品，置于干燥而洁净的表面皿中，用玻璃钉研成粉末，聚成小堆。将熔点管(毛细管)开口端向粉末堆中插人几次，使样品进入管中。再把开口端向上，轻轻在桌面上敲击，使粉末落入管底。然后取一根长约40cm 的玻璃管，垂直竖立于一块洁净的表面皿上，将熔点管开口端向上，由玻璃管上端投入，使其自由落下。重复操作几次，样品就被紧密结实地填装在熔点管底部(如图3-4所示),高度为2～3mm。 ②安装仪器：将提勒管固定在铁架台上，装入浴液。按图3-5所示安装附有熔点管的温度计，温度计的刻度值应置于塞子开口侧并朝向操作者。熔点管应附于温度计侧面而不能在正面或背面，以便于操作者观察。 ③加热测熔点：用酒精灯在提勒管弯曲处的底部加热。开始时升温可稍快，约5℃/min 。当温度升至距样品熔点约10℃时，应将升温速度控制在1~2℃/min, 接近熔点时应更慢，上升速度约为0.5℃/min 。实验过程中应密切关注熔点管内固体的变化情况。当发现样品出现潮湿或塌陷时，表明固体开始熔化，记录此时的温度，即为初熔温度。当固体完全熔化，呈透明状时，再记下此时温度，即为全熔温度。这两个温度就是该物质的熔点 (或称熔点范围)。 ④熔点测定值的校正：采用提勒管式测定的熔点，通常只需将测定结果进行温度计示值校正即可。若采用双浴式进行精密度较高的测定时，则需对测定结果进行温度计示值校正和露茎校正。校正公式如下： t=t₁+△t₂+△t₃ △t₃=0.00016h(t₁-ta) 式中 t₁—— 熔点测定值，℃; △t₂——测量温度计的示值校正值，℃; △t₃——测量温度计露茎校正值，℃; t₄—— 露茎平均温度(即辅助温度计的数),℃; h—— 测量温度计露茎部分的水银柱的读数(以温度计的刻度值表示)。 2.凝固点的测定 （1）凝固点也叫结晶点，是液体物质在大气压力下，液-固两态达到平衡时的温度。纯净物质的凝固点是常数，如果物质中含有杂质，其 凝固点就会降低。因此可根据凝固点的测定数据，检验物质的纯度。 （2）装置： （3）方法：①装入样品：若样品为液体，则量取15mL, 置于大试管中，直接进行测定。若样品为固体，则称取20g左右，置于大试管中，然后将试管放入适当的热浴中加热使其中的样品熔化，并使熔化后的液体继续升温10℃以上。②安装仪器：把配好塞子的温度计插入装有待测样品的大试管中，温度计水银球应浸 入液面下。然后按图3-6所示安装实验装置。③测定凝固点：仔细观察试管中液体及温度计示值的变化，当液体凝固、温度保持不 变 1min 以上时，即为该物质的凝固点。 认真听讲，做好笔记，理解熔点和凝固点的定义和测定意义。 观察教学视频的演示，记录操作步骤和注意事项。 就熔点和凝固点测定过程中可能出现的问题及解决方法发表自己的见解，加深对知识的理解。 通过详细讲解和视频演示，使学生系统地了解熔点和凝固点测定的原理和操作方法，培养学生的观察能力和科学探究能力。 活动四： 调动思维 探究新知 详细讲解密度的测定技术，结合教学视频的两种测密度方法强化讲解。 1. 密度及其测量原理：在一定温度下，单位体积物质的质量称为该物质的密度。常用符号p 表示： 式中m—— 物质的质量，kg; V—— 物质的体积，m³。 显然，测定物质的质量和体积，便可求算出其密度。质量可由天平测量，体积常采用比较法测得。比较法是以纯水作为参比物质，通过称量一定温度下等体积的水和待测物质的质 量，再根据水的密度，确定水的体积(也是待测物质的体积),进而求算出待测物质的密度。计算公式如下： 式 中p测——待测物质的密度，kg/m³; P水——测量温度下水的密度(水在不同温度下的密度可由有关手册中查出),kg/m³; m 测——待测物质的质量， kg; m 水——水 的 质 量 ，kg 在实际中，也常使用相对密度。相对密度是指在一定温度下，物质的质量与等体积纯水质量的比值(无量纲)。通常文献中所记录的相对密度数据是20℃时某物质的质量与同体积水在4℃时的质量比。 2.测密度方法：①密度计法 密度计法是工业上常用的一种测定液体相对密度的方法。有轻表和重表两种。轻表用于测密度小于1kg/m³ 的液体的密度，重表用于测量密度大于1kg/m³ 的液体的密度。 密度计法的特点是操作简便，可直接读数。适用于样品量多，而测定结果又不需要十分精确的场合。 密度计是根据阿基米德浮力原理设计的，本身是一支中空玻璃浮柱，上部有刻度线，下 部装有铅粒形成重锤，能使其直立于液体中。液体的密度越大，密度计在液体中漂浮越高。 一套密度计由量程不同的多支组成，如图3-7所示。每一支密度计都有相应的密度测量范围，可以根据待测液体密度大小的不同选择使用其中的一支。 测定时，通常是将被测液体盛放在适当容积的量筒内，然后小心地将密度计垂直插入待测溶液中，注意不要与容器壁接触。待稳定后，直接从密度计上读取液体的相对密度。读数时，视线应与液面及密度计刻度在同一水平线上。如图3-8所示。 ②密度瓶法 密度瓶法可以准确测定非挥发性液体及固体的密度。常见的密度瓶如图3-9所示。图3-9(a)所示精密密度瓶为国家标准规定使用的密度瓶，带有温度计。主要用于权威性的鉴定。实验室中一般采用如图3-9(b) 所示的普通密度瓶，其测定方法如下： (1)将密度瓶洗净并干燥，连同磨口塞一起精确称量其质量m。 (2)用新煮沸并冷却到15℃左右的蒸馏水冲洗密度瓶，然后注满(不得带入气泡),塞 上磨口塞。将密度瓶置于(20±0. 1)℃的恒温水浴中恒温15min以上，取出密度瓶，擦干外壁的水，并用滤纸吸去磨口塞上毛细孔溢出的水，迅速称其质量m水。( 3 ) 将密度瓶中的水倒出，迅速干燥后用待测液体代替水，重复以上操作，称量待测液体的质量m测。 ( 4 ) 按下式计算待测液体的密度： 式中9 9 8 . 2 0 1 7 — — 2 0 ℃ 时蒸馏水 的密度，kg/m³。 认真听讲，做好笔记，理解密度的定义和测定原理。 观察教师的演示视频，记录操作步骤和注意事项。 就密度测定过程中可能出现的问题及解决方法表达自己的看法。 通过讲解和演示，使学生系统地了解密度测定的原理和操作方法，培养学生的观察能力和科学探究能力。 课堂小结 作业布置 小结：引导学生回顾本节课所学的物质物理参数测定技术，包括沸点、熔点与凝固点、密度的测定。 总结学生在实践操作和课堂讨论中的表现，表扬表现优秀的小组和个人，指出学生在学习过程中存在的问题和不足之处，提出改进意见和建议。 作业布置：整理本节课的笔记，复习物质物理参数测定技术的相关知识并预习下一节课的内容。 完成课后思练习，加深对本节课知识的理解和掌握。 板书设计 1.沸点的测定技术 定义：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。 装置：三颈烧瓶、试管、温度计等。 方法：安装仪器、加热、读数、校正。 2.熔点与凝固点的测定技术 熔点：固体物质固-液两态平衡时的温度。 装置：双浴式、提勒管式。 方法：填装样品、安装仪器、加热、读数、校正。 凝固点：液体物质液-固两态平衡时的温度。 装置：大试管、温度计、冷却浴。 方法：装入样品、安装仪器、冷却、读数。 3.密度的测定技术 定义：单位体积物质的质量。 方法：密度计法、密度瓶法。 装置：密度计、密度瓶。 操作：安装仪器、读数、计算。 教学反思 本节课通过讲解、演示文稿和操作视频相结合的方式，使学生系统地掌握了物质的物理参数测定技术。在教学过程中，学生表现出较高的兴趣和积极性，但仍存在一些问题，如公式运用错误、物理量理解不明等。在今后的教学中，应进一步加强指导和训练，提高学生的动手能力和实验技能。同时，应注重培养学生的科学思维和创新能力，引导学生将所学知识应用于实际问题的解决中。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$