《化学实验技术》物质的物理参数测定技术（2）（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《化学实验技术》物质的物理参数测定技术（2）-讲义 1．了解物质的密度、沸点、熔点、折射率、旋光度及电导率等物常数的测定原理； 2．了解阿贝折光仪、电导率仪的使用方法。 知识点一 折射率的测定技术 1.折射率及其测定的意义 当单色光从一种介质射向另一介质时，光的速度发生变化，光的传播方向也会发生变化，这种现象称为光的折射现象，如图3-13所示。α为入射角，β为折射角。光的入射角和折射角的正弦比称为折射率(又称折光率),常用n表示。 若温度一定，对两种固定的介质而言，n是一个常数，它是物质的重要物理参数之一。通过折射率的测定，可以了解物质的组成、纯度及结构等。由于测定折射率所需样品量少、测量精度高、重现性好，常用来定性鉴定液体物质或其纯度以及定量分析溶液的组成等。 2折射仪及其工作原理 液体的折射率一般用阿贝折射仪进行测定。阿贝折射仪如图所示，它是测定液体折射率最常用的仪器。 阿贝折射仪主要组成部分是两块可以闭合的直角棱镜，上面一块是光滑的，为测量棱镜，下面一块是磨砂的，为辅助棱镜，两棱镜间可铺展薄层液体。仪器上有两个目镜，左侧的为读数目镜，右侧的为测量目镜，用来观察折光情况。仪器下部有一块反射镜，光线由反射镜反射入下面的棱镜，在磨砂面上发生漫射，以不同入射角射入两个棱镜之间的液层，然后再折射到上面的棱镜。在此，一部分光线可以再经折射进入空气而到达测量目镜，另一部分光线则发生全反射。这样，在测量目镜的目镜视场中将出现明暗两个区域。调节测量目镜中的视场如图3-15所示发生变化，当分界线与交叉点相切时，可以从读数镜中直接读出折射率。阿贝折射仪中设有消除色散装置，因此可用钠光灯作为光源，也可直接使用日光。其测得的数据与钠.D线所测得的一样。 3测定折射率的方法 使用阿贝折射仪测定液体折射率方法如下： (1)安装将折射仪置于光线明亮处(但应避免阳光直射或靠近热源),用橡胶管将测量棱镜和辅助棱镜上保温夹套的进出水口与超级恒温槽连接起来，调到测定所需的温度，一般选用(20±0.1)℃或(25±0.1)℃。温度以折射仪上的温度计读数为准。 (2)清洗开启辅助棱镜，用滴管滴加少量丙酮或乙醇清洗镜面(勿使尖管碰触镜面),可用擦镜纸轻轻吸干镜面(不能过分用力，更不能使用滤纸)。 (3)校正滴加1~2滴蒸馏水于镜面上，关紧棱镜，转动左侧刻度盘，使读数镜内标尺读数置于蒸馏水在该温度下的折射率(不同温度下纯水的折射率见附录7)。调节反射镜，使测量目镜中的视场最亮。调节测量镜，使视场最清晰。转动消色散手柄，消除色散。调节校正螺钉，使明暗交界线和视场中的“×”线交点对齐，即校正完毕。 (4)测量打开辅助镜，待镜面干燥后，滴加数滴待测液体，闭合棱镜(应注意防止待测液层中存在有气泡；若为易挥发液体，可用滴管从加液槽加样),转动刻度盘罩外手柄，直至在测量目镜中观测到的视场出现半明半暗视野(应为上明下暗)。转动消色散手柄，使视场内呈现一个清晰的明暗分界线，消除色散。再次转动刻度盘罩外手柄，使临界线正好在“×”线交点上，这时便可从读数目镜中读出折射率值。一般应重复测定2~3次，读数差值不能超过±0.0002,然后取平均值。 (5)维护折射仪使用完毕，应将棱镜用丙酮或乙醇清洗，并干燥。拆下连接恒温水的胶管，排尽夹套中的水，将仪器擦拭干净，放入仪器盒中，置于干燥处。 以下哪种因素不会直接影响物质折射率的测量结果（ ）​ A.温度​ B.物质浓度​ C.测量者视力​ D.入射光波长 【答案】C 【解析】温度变化会使物质密度改变从而影响折射率；物质浓度不同，分子排列和相互作用改变，影响折射率；入射光波长与折射率成反比；而测量者视力与物质本身性质无关，不会影响测量结果。 1.使用阿贝折射仪测量液体折射率时，首先应进行的操作是（ ）​ A.校准仪器​ B.滴加样品​ C.调节目镜​ D.打开恒温水浴 【答案】A 【解析】为保证测量准确性，使用阿贝折射仪前必须先进行校准，将仪器读数与标准物质（如蒸馏水）的折射率进行比对并调整，之后才能进行后续操作。 2.测量固体样品折射率时，通常采用的方法是（ ）​ A.直接将固体放置在折射仪棱镜上测量​ B.将固体研磨成粉末后测量​ C.制成透明薄片并使用接触液测量​ D.无法测量固体折射率 【答案】C 【解析】测量固体样品折射率时，需将其制成透明薄片，并用接触液（如折射率相近的液体）填充薄片与棱镜之间的空隙，以保证光线顺利通过样品进行测量。 3.在折射率测定实验中，若使用的蒸馏水被污染，会对测量结果产生什么影响（ ）​ A.使所有测量值偏大​ B.使所有测量值偏小​ C.可能导致测量值不准确​ D.无任何影响 【答案】C 【解析】蒸馏水常作为校准阿贝折射仪的标准物质，若被污染，其折射率会改变，以污染后的蒸馏水校准仪器，会导致后续测量的所有样品折射率值不准确。 1.测量挥发性液体的折射率时，应注意（ ）​ A.快速操作，减少液体挥发​ B.缓慢操作，保证测量准确​ C.无需特殊操作​ D.在高温环境下测量 【答案】A 【解析】挥发性液体易挥发，会导致样品浓度和体积变化，影响折射率测量结果，所以应快速操作，减少液体挥发对测量的影响；缓慢操作会使液体挥发更多；高温环境会加速挥发；需要特殊操作保证测量准确性。 2.下列关于折射率的说法，错误的是（ ）​ A.折射率是物质的固有物理性质​ B.同一物质在不同波长光下折射率相同​ C.气体的折射率通常小于液体和固体​ D.折射率可用于物质纯度鉴定 【答案】B 【解析】折射率是物质的固有物理性质；同一物质在不同波长光下，由于色散现象，折射率不同；气体密度小，光线传播速度快，其折射率通常小于液体和固体；物质纯度不同，折射率会有差异，所以可用于纯度鉴定。 3.在使用阿贝折射仪测量前，需要用什么清洁棱镜表面（ ）​ A.浓硫酸​ B.蒸馏水​ C.丙酮​ D.氢氧化钠溶液 【答案】C 【解析】丙酮具有良好的溶解性和挥发性，能快速清洁棱镜表面的残留样品且不会腐蚀棱镜；浓硫酸具有腐蚀性；蒸馏水可能无法完全溶解一些有机样品残留；氢氧化钠溶液也会腐蚀棱镜。 · 折射率：光折射时入射角与折射角正弦比，是物质物理参数。可用于鉴定物质纯度、分析组成结构。 · 阿贝折射仪原理：通过棱镜间液层折射光，形成明暗视场，调临界线与交点相切读值。 · 测定要点：恒温调温，清洗校正，滴样测量，重复2-3次，测毕清洁维护仪器。 知识点二 旋光度的测定技术 .1旋光度及其测定的意义 一般光源发出的光，其光波在垂直于传播方向的一切方向上振动，这种光称为自然光；当光通过一种特制的尼科尔(Nicol)棱镜时，只有与棱镜晶轴平行的平面上振动的光可以通过，这种只在一个方向上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光。当偏振光通过具有旋光性的物质时，会使其振动平面发生一定角度的旋转。旋光物质使偏振光振动面旋转的角度称为旋光度，通常用符号α表示。 物质的旋光度并不是一个常数，它不仅与物质的结构有关，并且与测定条件有关。为了比较不同物质的旋光性，人们定义了比旋光度的概念，规定当旋光管的长度为1dm,溶液的浓度为1g/mL时测得的旋光度叫做比旋光度，用符号[a]表示： 纯液体的比旋光度为： 式中[a]——比旋光度，(°); t——测定时的温度，℃; λ——光源的波长，通常用钠光D线，标记为D,nm; l——旋光管的长度，dm; c——溶液浓度，g/100mL; p——液体在测定温度下的密度，g/mL。 比旋光度是物质的特性常数之一。通过旋光仪测定旋光度，可以确定旋光性物质的纯度或溶液的浓度，也可以进行化合物的定性鉴定。 2.旋光仪及其工作原理 旋光仪的基本原理如图所示，其主要部件为起偏镜和检偏镜。 起偏镜，又称为第一尼科尔棱镜，其作用是将各向振动的可见光变成偏振光，即用于产生平面偏振光。检偏镜，又称为第二尼科尔棱镜，用来测定偏振光的旋转角度，它随着刻度盘一起转动。当两块尼科尔棱镜的晶轴互相平行时，偏振光可以全部通过；当在两块棱镜之间的旋光管中放入旋光性物质的溶液时，由于旋光性物质使偏振光的振动平面旋转了一定角度，所以偏振光就不能完全通过第二块棱镜(即检偏镜)。只有将检偏镜也相应地旋转一定角度后，才能使偏振光全部通过。此时，检偏镜旋转的角度就是该旋光性物质的旋光度。如果旋转方向是顺时针，称为右旋，a取正值；反之称为左旋，α取负值。 为了减少误差，提高观测的准确性，在起偏镜后放置一块狭长的石英片，使目镜中能观察到三分视场，如图（a）所示视场，中间暗，两边亮；图(b)所示视场，中间亮，两边暗；图(c)所示视场，明暗度相同，三分视场消失，选择这一视场作为仪器的测量零点，在测定旋光度读数时均以它为标准。 旋光仪的读数系统包括刻度盘和放大镜。其采用双游标读数，以消除度盘偏心差。刻度盘360格，每格1°,游标分为20格，等于度盘19格，用游标直接读数到0.05°,如图3-19所示，读数应为右旋9.30°。 3测量旋光度的方法 (1)仪器预热先接通电源，开启旋光仪上的电源开关，预热5min。使钠光灯发光强度稳定。 (2)零点校正将旋光管用蒸馏水冲洗干净，再装满蒸馏水，旋紧螺帽，擦干外壁的水分后，放入旋光仪中。转动刻度盘，使目镜中三分视场界线消失，观察刻度盘的读数是否在零点处，若不在零点，说明仪器存在零点误差，需测量三次取平均值作为零点校正值。 (3)样品测定取出旋光管，倒出蒸馏水，用待测溶液洗涤2～3次。在旋光管中装满该待测溶液，擦干外壁后放入仪器中。转动刻度盘，使目镜中三分视场消失(与零点校正时相同),记录此时刻度盘的读数，加上(或减去)校正值即为该溶液的旋光度。 (4)结束测定全部测定结束后，取出旋光管，倒出溶液，洗净备用。关闭旋光仪电源。 测量旋光度时，若样品管中有气泡，会对测量结果产生什么影响（ ）​ A.使测量值偏大​ B.使测量值偏小​ C.导致测量值不稳定​ D.无影响 【答案】C 【解析】样品管中的气泡会改变光线传播路径，使通过样品的偏振光强度发生变化，导致旋光仪读数不稳定，无法准确测量旋光度；气泡不一定使测量值偏大或偏小。 1.已知某旋光性物质的比旋光度为+100°，当溶液浓度变为原来的2倍时，在相同条件下测量，其旋光度会（ ） A.不变​ B.变为原来的2倍​ C.变为原来的1/2​ D.变为原来的4倍 【答案】B 【解析】根据比旋光度公式[α]=α/(l×c)，在样品管长度l和比旋光度[α]不变的情况下，旋光度α与溶液浓度c成正比，所以当浓度变为原来的2倍时，旋光度也变为原来的2倍。 2.以下关于旋光仪使用的说法，正确的是（ ）​ A.测量完毕后，样品管不用清洗​ B.可以在强光直射下进行测量​ C.不同批次的样品可共用一个样品管测量​ D.测量前需检查样品管是否漏液 【答案】D 【解析】测量前检查样品管是否漏液，可避免样品泄漏影响测量结果和损坏仪器；测量完毕后需清洗样品管，防止残留样品污染下次测量；强光直射会干扰仪器内部光路，影响测量；不同批次样品应使用干净的样品管，防止交叉污染。 3.旋光仪中，用于观察旋光度读数的部件是（ ）​ A.目镜​ B.刻度盘​ C.起偏器​ D.检偏器 【答案】B 【解析】旋光仪通过调节检偏器，使视场亮度一致，此时刻度盘上的读数即为旋光度数值；目镜用于观察视场；起偏器用于产生偏振光；检偏器用于检测偏振光旋转角度。 1.旋光仪的零点漂移是指（ ）​ A.仪器开机后读数自动变化​ B.测量过程中读数随时间缓慢变化​ C.校准零点后读数仍不准确​ D.以上都是 【答案】D 【解析】旋光仪的零点漂移包括仪器开机后读数自动变化、测量过程中读数随时间缓慢变化以及校准零点后读数仍不准确等情况，这些都会影响测量结果的准确性，需要及时处理。 2.旋光仪在使用过程中突然断电，再次开机后应（ ）​ A.直接继续测量​ B.重新校准零点​ C.更换样品管​ D.调节目镜 【答案】B 【解析】旋光仪断电后，仪器内部参数可能发生变化，再次开机后为保证测量准确性，应重新校准零点；直接继续测量可能因零点偏移导致结果错误；更换样品管和调节目镜不能解决零点问题。 3.以下关于比旋光度的说法，正确的是（ ）​ A.比旋光度与物质浓度有关​ B.比旋光度与样品管长度有关​ C.比旋光度是物质的特性常数​ D.比旋光度随温度变化而剧烈变化 【答案】C 【解析】比旋光度是物质的特性常数，它在特定温度和波长下，只与物质本身的结构和性质有关，与物质浓度、样品管长度无关；虽然温度对比旋光度有一定影响，但不是剧烈变化。 · 偏振光是仅在单一方向振动的光。 · 旋光度是旋光物质使偏振光振动面旋转的角度，用α表示，与物质结构和测定条件有关。 · 旋光仪用于测量旋光度，通过起偏镜、检偏镜和三分视场原理工作，可用于物质鉴定与分析。 知识点三 电导率的测定技术 1电导率及其测定的意义 电解质溶液的导电能力可用电导率表示。处于两个相距1m、面积均为1m²的平行电极间、体积为1m³的电解质溶液所表现出来的导电能力叫做该溶液的电导率，常用符号c表示，其单位为S/m(西/米),通常采用μS/cm。它与电解质的性质、溶液的浓度及测量温度有关。电导率可以通过测定电导率求算出弱电解质的电离度和电离平衡常数；强电解质的极限摩尔电导率；测量难溶电解质的溶度积及鉴定水的纯度等。 2测定电导率的仪器 电解质溶液的电导率可以用电导率仪来测定。电导率仪由测量电源、测量电路、放大器和指示电表等组成。 （） 【答案】 【解析】 3测定电导率的方法 使用DDS-11A型电导率仪测量溶液的电导率，其操作程序如下： (1)接通电源前，先观察表针是否指零，如不指零，可调整表头上的螺钉使表针指零。 (2)将校正、测量换挡开关K₂扳在“校正”位置。 (3)插接电源线，打开电源开关K,预热3min(或待指针完全稳定下来为止),调节校正调节器Rw₃,使电表满度指示。 (4)将量程选择开关K₁扳到所需要的测量范围。如预先不知被测溶液电导率的大小，应先把其扳在最大电导率测量挡，然后逐挡下降，以防表针打弯。 (5)将选定的电导电极插头插入电极插口，旋紧插口上的紧固螺钉，再将电极浸入待测溶液中，按电极上所示的电极常数调节电极常数调节器。 (6)当被测量液体电导率低于300μS/cm时，选用“低周”,将K₃扳向“低周”。高于此值时，选用“高周”。 (7)将校正、测量开关K₂扳向“测量”,此时若表头指针不在量程刻度范围内，应逐挡调节量程选择开关，直到指针指在刻度范围内。这时指示数乘以量程开关K₁的倍率即为被测液的实际电导率。 使用电导率仪测量溶液电导率前，首先要进行的操作是（ ）​ A.清洗电极​ B.预热仪器​ C.校准仪器​ D.搅拌溶液 【答案】C 【解析】校准仪器能消除仪器本身的系统误差，确保测量结果准确，是测量前的关键步骤。清洗电极、预热仪器也是测量前的准备工作，但校准更为重要；搅拌溶液是测量过程中为使溶液均匀而进行的操作，并非测量前首要操作，所以选C。 1.已知某溶液在25℃时电导率为100μS/cm，若温度升高到30℃，其电导率通常会（ ）​ A.减小​ B.不变​ C.增大​ D.先减小后增大 【答案】C 【解析】一般情况下，溶液温度升高，离子的热运动加快，离子迁移速率增大，溶液的导电能力增强，电导率随之增大，所以选C。 2.电导率测定过程中，若溶液中存在大量胶体颗粒，会对测量结果产生什么影响（ ）​ A.使测量值偏大​ B.使测量值偏小​ C.无影响​ D.胶体颗粒会吸附离子，使测量值不稳定 【答案】D 【解析】胶体颗粒具有较大的比表面积，会吸附溶液中的离子，导致溶液中参与导电的离子数量发生变化，从而使测量的电导率值不稳定，所以选D。 3.以下关于电导率仪电极的说法，错误的是（ ）​ A.电极使用后应及时清洗​ B.电极可以长期浸泡在蒸馏水中​ C.电极表面应保持清洁​ D.不同类型的电极适用于不同的测量场景 【答案】B 【解析】电极使用后及时清洗能防止残留溶液腐蚀电极；电极表面清洁是准确测量的保证；不同类型的电极（如铂黑电极、光亮铂电极等）因结构和性能不同，适用于不同的测量场景。而电极长期浸泡在蒸馏水中可能会使电极老化，影响测量准确性，所以选B。 1.关于电导率与电阻率的关系，正确的是（ ）​ A.电导率与电阻率成正比​ B.电导率是电阻率的倒数​ C.二者没有关系​ D.电导率是电阻率的平方 【答案】B 【解析】电导率（κ）和电阻率（ρ）互为倒数关系，即κ=1/ρ，它们从不同角度描述物质的导电性能，所以选B。 2.测量电导率时，若溶液具有强腐蚀性，应选择哪种电极（ ）​ A.铂黑电极​ B.光亮铂电极​ C.钛合金电极​ D.玻璃电极 【答案】C 【解析】铂黑电极和光亮铂电极在强腐蚀性溶液中可能会被腐蚀；玻璃电极主要用于测量溶液的pH值，不是电导率测量电极；钛合金电极具有良好的耐腐蚀性，适用于测量强腐蚀性溶液的电导率，所以选C。 3.电导率测定技术不能用于以下哪项分析（ ）​ A.水的纯度检测​ B.溶液浓度估算​ C.物质的酸碱性判断​ D.反应进程监测 【答案】C 【解析】水的纯度越高，离子浓度越低，电导率越小，可通过电导率检测水的纯度；对于一些电解质溶液，电导率与浓度有关，可估算溶液浓度；在一些化学反应中，随着反应进行，离子浓度变化，电导率也变化，可用于监测反应进程。而物质的酸碱性主要由溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小决定，电导率不能直接判断物质的酸碱性，所以选C。 · 电导率及意义：电导率是衡量电解质溶液导电能力的物理量，可用于求算电离常数、鉴定水纯度等。 · 测定仪器：用电导率仪测量，由测量电源、电路、放大器和指示电表组成。 · 测量步骤：调表针归零，预热校正，选量程和电极，根据电导率高低选“低周/高周”，切换至“测量”读取数值。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$