《化学实验技术》物质的物理参数测定技术（1）（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（1）-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．了解物质密度、沸点、熔点常用测定仪器的操作。 知识点一 沸点的测定技术 1.沸点 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。显然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 下列因素中，会使测定的液体沸点偏高的是（ ）​ A. 大气压强低于标准大气压 B. 温度计水银球位于液面以下 C. 液体中含有不挥发性杂质 D.加热速度过慢 【答案】B 【解析】温度计水银球位于液面以下，测得的是液体温度而非蒸汽温度，液体受热后温度高于蒸汽温度，会导致测定的沸点偏高；A选项气压低沸点会降低；C选项不挥发性杂质会使沸点降低；D选项加热慢对沸点测量准确性影响较小。 1.下列关于沸点测定的说法，正确的是（ ）​ A.不同液体混合物的沸点一定介于各组分沸点之间 B.纯净物的沸点是固定不变的 C.沸点测定可用于判断液体的纯度 D.水浴加热适用于所有液体沸点测定 【答案】C 【解析】纯净物在一定压力下有固定沸点，若含杂质沸点会改变，所以沸点测定可判断液体纯度；A选项，混合物沸点不一定介于各组分之间；B选项，纯净物沸点随气压变化；D选项，水浴加热温度有限，不适用于高沸点液体。 2.测定高沸点有机液体（沸点＞150℃）时，应选用的冷凝管是（ ）​ A.直形冷凝管 B.球形冷凝管 C.空气冷凝管 D.蛇形冷凝管 【答案】C 【解析】空气冷凝管用于冷凝沸点高于150℃的液体，避免因温差过大导致玻璃仪器炸裂；其他冷凝管适用于较低沸点液体。 3.测定沸点时，为防止液体暴沸，可采取的措施是（ ） A.快速加热 B.加入沸石 C.降低加热温度 D.减少液体量 【答案】B 【解析】加入沸石可提供汽化中心，防止液体因过热产生暴沸现象；快速加热会加剧暴沸，降低温度和减少液体量不能有效防止暴沸。 1.实验中发现使用三颈烧瓶测定的沸点数据波动大，可能原因是（ ）​ A.每次加热速度保持一致 B.温度计经过校准 C.三颈烧瓶未固定好，实验过程晃动 D.实验在同一楼层进行 【答案】C 【解析】三颈烧瓶未固定好导致晃动，会使液体受热不均，蒸气不稳定，从而造成沸点数据波动大。A、B、D选项都是保证实验稳定的条件，不会导致数据波动。 2.三颈烧瓶测定沸点时，烧瓶内液体体积一般不超过其容积的（ ） A.1/2 B.1/3 C.2/3 D.3/4 【答案】C 【解析】液体体积不超过三颈烧瓶容积的2/3，可保证足够的汽化空间，防止液体沸腾剧烈时冲出烧瓶，引发危险。 3.若在三颈烧瓶测定沸点实验中，温度计水银球位置过高，会使测得的沸点（ ） A.偏高 B.偏低 C.不变 D.先高后低 【答案】B 【解析】水银球位置过高，部分蒸气未接触到水银球就冷凝，导致测量的蒸气温度偏低，测得的沸点也偏低。 · 沸点是液体蒸气压与外界压力相等时的温度，标准大气压下的沸腾温度为其定义沸点。纯液体有固定沸点，不纯时沸程加大。 · 测定装置：国家标准装置用三颈烧瓶，可精确测定；一般可用普通蒸馏装置测定。 · 测定方法：安装仪器后加热，试液沸腾且温度恒定为沸点，测定值需经温度、压力等校正得准确值。 知识点二 熔点与凝固点的测定技术 1.熔点 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.测定熔点的装置 (1)双浴式双浴式熔点测定装置如图所示。将试管通过一侧面开口的胶塞固定在250mL圆底烧瓶中距瓶底约1.5cm处，烧瓶内盛放约占其容积2/3的浴液。将装样品的熔点管用小橡胶圈固定在分度值为0.1℃的测量温度计上，样品部分紧靠水银球中部。再将温度计通过一侧面开口的胶塞固定在试管中距管底约1cm处，试管中可加入浴液或不加浴液(空气浴)。另将一辅助温度计用小橡胶圈固定在测量温度计的露茎部分。 双浴式熔点测定装置为国家标准中规定的熔点测定装置，主要用于权威性的测定。其特点是样品受热均匀，测量温度可进行露茎校正，精确度较高。 (2)提勒管(Thiele)式提勒管式熔点测定装置，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.测定熔点的方法 无论采用哪种装置，测定熔点的操作方法基本相同。现以提勒管式为例加以介绍。 (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)。例如某化合物的初熔温度是52℃,全熔温度是53℃,则该化合物的熔点应记录为52～53℃。测定熔点时，至少要有两次重复数据。每次测定都需重新更换熔点管，并将浴液冷却至低于样品熔点10℃以下，方可重复操作。 (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(即辅助温度计的读数),℃; 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)。 关于纯物质熔点的说法，正确的是（ ）​ A.纯物质熔点是一个固定的温度点​ B.纯物质的熔程一般为2-3℃​ C.纯物质熔点测定值不会受杂质影响​ D.纯物质从开始熔化到完全熔化温度变化小，熔程一般为0.5-1℃ 【答案】D 【解析】纯物质熔点并非一个绝对固定的温度点，而是有一个较小的熔程范围，一般为0.5-1℃，A错误，D正确；纯物质熔程通常较小，不是2-3℃，B错误；杂质会使纯物质熔点降低，熔程增大，C错误。 1.用提勒管测定熔点时，浴液液面高度应（ ）​ A.与提勒管上侧管平齐​ B.刚刚超出上侧管1cm为宜​ C.达到提勒管容积的2/3​ D.没过提勒管下侧管即可 【答案】B 【解析】使用提勒管测定熔点时，浴液液面高度以刚刚超出上侧管1cm为宜，这样能保证样品受热均匀且浴液不会溢出，故B正确，A、C、D错误。 2.下列因素中，会使熔点测定值偏低的是（ ）​ A.样品中含有杂质​ B.加热速度过慢​ C.温度计水银球位置过高​ D.实验时大气压强高于标准大气压 【答案】A 【解析】样品含杂质会使熔点降低，熔程增大，A正确；加热速度过慢对熔点测定值影响较小，B错误；温度计水银球位置过高会使测定值偏高，C错误；大气压强对熔点测定值影响不大，D错误。 3.关于熔点测定中温度计的使用，错误的是（ ）​ A.测量温度计分度值为0.1℃​ B.熔点管应附于温度计正面​ C.双浴式测定需辅助温度计​ D.温度计刻度值应置于塞子开口侧 【答案】B 【解析】熔点测定时，熔点管应附于温度计侧面以便观察，不是正面，B错误；测量温度计分度值为0.1℃，A正确；双浴式测定需辅助温度计进行露茎校正，C正确；温度计刻度值应置于塞子开口侧，D正确。 1.双浴式熔点测定装置中，试管应固定在圆底烧瓶的位置是（ ）​ A.烧瓶底部​ B.距瓶底约1.5cm处​ C.烧瓶中部​ D.接近烧瓶瓶口处 【答案】B 【解析】双浴式熔点测定装置中，试管应通过胶塞固定在250mL圆底烧瓶中距瓶底约1.5cm处，这样能保证样品均匀受热，选B。 2.熔点测定实验结束后，正确的操作是（ ）​ A.直接用手取下熔点管​ B.立即清理浴液​ C.待浴液冷却后，清理仪器并处理浴液​ D.将未用完的浴液倒回原试剂瓶 【答案】C 【解析】熔点测定实验结束后，应待浴液冷却后再清理仪器并处理浴液，不能直接用手取熔点管，A错误；立即清理可能因浴液温度高造成危险，B错误；未用完的浴液可能被污染，不能倒回原试剂瓶，D错误，所以选C。 3.用提勒管测定熔点时，温度计应安装在（ ）​ A.提勒管底部​ B.提勒管下侧管内​ C.提勒管两侧管之间​ D.提勒管上侧管内 【答案】C 【解析】使用提勒管测定熔点，按照要求应将温度计通过侧面开口塞安装在提勒管中两侧管之间，C正确，A、B、D位置错误。​ · 熔点是固体在大气压下固-液平衡温度，纯物质熔点固定、熔程窄，含杂质时熔点降低、熔程增大，可用于纯度检验与物质鉴别。 · 测定装置：双浴式为国家标准装置，精度高；提勒管式操作简便，应用广泛。 · 测定方法：以提勒管为例，经填装样品、安装仪器、控制升温测初熔与全熔温度，且测定值需按情况校正。 知识点三 密度的测定技术 1.密度 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 2.测定密度的方法 密度是物质的重要物理参数之一。根据密度可以鉴别不同的化合物，检验化合物的纯度，在物质的萃取、分离等过程中具有重要意义。测定液体物质的密度常用下列两种方法。 （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。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。 （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，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： 关于密度的定义，正确的是（ ）​ A.一定压力下，单位体积物质的质量​ B.一定温度下，单位质量物质的体积​ C.一定温度下，单位体积物质的质量​ D.任意条件下，物质质量与体积的比值 【答案】C 【解析】密度是指在一定温度下，单位体积物质的质量，温度变化会影响物质的体积，从而影响密度，只有C选项表述准确。 1.以下哪种情况会使密度测定值偏高（ ）​ A.密度瓶内有气泡​ B.称量时砝码生锈​ C.读取密度计读数时俯视​ D.测量水的质量时，水未装满密度瓶 【答案】B 【解析】砝码生锈会使砝码质量变大，导致称量的物质质量偏大，根据密度公式，计算出的密度值偏高；A选项密度瓶内有气泡会使体积测量偏小，密度值偏低；C选项俯视读数会使密度计读数偏大，计算的密度值偏低；D选项水未装满密度瓶，水的质量偏小，计算的待测物质密度值偏低。 2.已知20℃时水的密度为ρ水=0.9982g/cm3，测量得等体积的待测液体质量m测=20g，水的质量m水=18g，则待测液体密度ρ测为（ ） A.0.8984g/cm3 B1.0424g/cm3 C.1.1091g/cm3 D.1.2034g/cm3 【答案】C 【解析】根据公式ρ测=ρ水×m测/m水，将数值代入可得ρ测=0.9982×20/18≈1.1091g/cm3。 3.密度测定在化学实验中的意义不包括（ ）​ A.鉴别不同化合物​ B.检验化合物纯度​ C.计算物质的化学反应速率​ D.在萃取、分离中提供参考 【答案】C 【解析】密度可用于鉴别化合物、检验纯度以及在萃取、分离过程中发挥作用，但与计算物质的化学反应速率无关，选C。 1.用密度计法测定液体密度时，正确的操作是（ ）​ A.密度计与容器壁接触​ B.读数时视线高于液面​ C.直接将密度计扔进量筒​ D.待密度计稳定后再读数 【答案】D 【解析】使用密度计法，应将密度计垂直小心插入待测溶液，不与容器壁接触，待稳定后，视线与液面及密度计刻度在同一水平线上读数，只有D操作正确。 2.密度瓶法测定密度时，第一步操作是（ ）​ A.称量装满水的密度瓶质量​ B.称量待测液体的质量​ C.洗净并干燥密度瓶，称量其质量​ D.将密度瓶置于恒温水浴 【答案】C 【解析】密度瓶法测定密度，第一步是将密度瓶洗净并干燥，连同磨口塞一起精确称量其质量，选C。 3.当温度升高时，一般情况下液体的密度会（ ）​ A.增大​ B.减小​ C.不变​ D.先增大后减小 【答案】B 【解析】温度升高，液体体积膨胀，质量不变，根据密度公式，密度会减小，选B。 · 一定温度下单位体积物质的质量，符号ρ，通过测质量和体积计算。 · 测定方法：密度计法操作简便，用于测液体相对密度；密度瓶法可精确测非挥发性液体及固体密度。 · 应用意义：可鉴别化合物、检验纯度，在萃取、分离等过程中发挥重要作用。 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 $$