物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（劉雪梅）（第二版）

《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》（第二版）內(nèi)容共分為9章，其中第1章介紹課程的目的和要求及實(shí)驗(yàn)室的安全知識(shí)；第2章介紹實(shí)驗(yàn)的誤差分析；第3章介紹計(jì)算機(jī)軟件在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用；第4～9章為實(shí)驗(yàn)部分，共編入34 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；另外，書后附有物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用數(shù)據(jù)表。書中所選取的實(shí)驗(yàn)既有物理化學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，也有反映石油、石化專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)基本按照“實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和思考題”這七項(xiàng)條目進(jìn)行編寫，部分實(shí)驗(yàn)增加了討論條目；部分實(shí)驗(yàn)中涉及的測(cè)定方法、儀器原理及使用方法的介紹及相關(guān)的參考資料等附在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之后。本書內(nèi)容結(jié)合了先進(jìn)的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)軟件在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，力求實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠與時(shí)俱進(jìn)，反映當(dāng)前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最新理論、技術(shù)和方法，具有較好的適用性。
《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》（第二版）可作為理工科類高等院校應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程以及能源化學(xué)工程等專業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材，也可供石油工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)、材料科學(xué)及生物工程等其他相關(guān)專業(yè)選用和參考。

前言
化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是人才培養(yǎng)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，具有理論教學(xué)不可替代的作用。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程蘊(yùn)含著豐富的思政元素，是發(fā)揮育人功能的優(yōu)秀載體。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容和形式?jīng)Q定了人才培養(yǎng)的效果。本書第一版教材專業(yè)內(nèi)容豐富而嚴(yán)謹(jǐn)，出版后很受廣大師生的歡迎，但在充分發(fā)揮課程思政的育人功能上不能滿足新時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的需求，為了解決這一問(wèn)題，編者在第一版的基礎(chǔ)上啟動(dòng)修訂第二版教材。
結(jié)合新時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的需求，第二版教材的修訂以綠色、低碳、環(huán)保、創(chuàng)新為指導(dǎo)思想，通過(guò)對(duì)部分經(jīng)典實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重塑、新增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并有機(jī)融入思政元素，以豐富教材內(nèi)容、充分發(fā)揮教材的全面育人功能，同時(shí)強(qiáng)化了石油院?！笆褪钡奶厣?。另外，增加了電子教材的內(nèi)容，提供了配套的視頻資源，體現(xiàn)新時(shí)代教材“與時(shí)俱進(jìn)”的特點(diǎn)。希望本教材能發(fā)揮“培根鑄魂，啟智增慧”的作用。
具體修改內(nèi)容如下：
1.新增8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。動(dòng)力學(xué)部分增加了“納米TiO2光催化降解染料廢水”的實(shí)驗(yàn);電化學(xué)部分增加了“電解質(zhì)水溶液導(dǎo)電性質(zhì)分析”“鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的循環(huán)伏安行為”2個(gè)實(shí)驗(yàn);表面化學(xué)部分增加了“表面活性劑蠕蟲(chóng)狀膠束的制備”“接觸角的測(cè)定”“旋滴法測(cè)定油表面活性劑水溶液的界面張力”3個(gè)實(shí)驗(yàn);膠體化學(xué)部分增加了“ 膠體粒子Zeta電位的測(cè)定”“ 微乳液的制備及性質(zhì)”2個(gè)實(shí)驗(yàn)。新增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富了教材內(nèi)容及教學(xué)體系，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的應(yīng)用性、研究性和創(chuàng)新性，強(qiáng)化石油院校“石油石化”的特色。
2.融入了綠色、低碳、環(huán)保的育人理念。一方面將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的有毒藥品替換為綠色無(wú)毒或微毒的藥品，例如“純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定——靜態(tài)法”實(shí)驗(yàn)藥品由原來(lái)的“異丙醇”換為“水”或“無(wú)水乙醇”，“揮發(fā)性雙液系Tx相圖的繪制”實(shí)驗(yàn)體系由原來(lái)的“環(huán)己烷異丙醇”換為“環(huán)己烷乙醇”，“凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量”實(shí)驗(yàn)的藥品由“環(huán)己烷和萘”換為“水和尿素”，“最大氣泡法測(cè)定溶液的表面張力”實(shí)驗(yàn)的藥品由原來(lái)的“正丁醇”換為“乙醇”或“正丙醇”；另一方面對(duì)部分實(shí)驗(yàn)藥品通過(guò)降低濃度和減少用量達(dá)到降碳環(huán)保的目的，如“乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，溶液濃度由“0.1mol/L”改為“0.02mol/L”，“BZ振蕩反應(yīng)”中反應(yīng)物的用量由15mL減少到10mL，“電導(dǎo)法測(cè)定臨界膠束濃度”實(shí)驗(yàn)中十二烷基硫酸鈉溶液的用量減少了一半。
3.對(duì)部分經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容（如“純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定——靜態(tài)法”“燃燒熱的測(cè)定”“揮發(fā)性雙液系T-x相圖的繪制”等）進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材中一貫選用藥品及實(shí)驗(yàn)溫度的確定性和單一性，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性，為學(xué)生綜合能力的提高和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起到促進(jìn)作用。
4.發(fā)展為新形態(tài)教材，新增預(yù)習(xí)題、小視頻等資源，讀者可掃碼獲取。
5.將原有目錄第7章分為兩章，對(duì)教材目錄、部分附錄、思考題和參考資料等進(jìn)行了更新。
本書由王文珍教授編寫第2～4章、第9章及附錄，劉雪梅副教授編寫第1章、第5～8章。
本書編寫過(guò)程中，參考了物理化學(xué)教材、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材及相關(guān)文獻(xiàn)資料等，在此向有關(guān)作者表示衷心的感謝。本書得到了南京大萬(wàn)科教儀器有限公司和西安石油大學(xué)的大力支持，以及西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院賈新剛老師、魏君老師和物理化學(xué)課程組全體老師的無(wú)私幫助，在此深表感謝。
由于編者水平有限，疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)各位專家和讀者批評(píng)指正。

編者
2024年3月



第一版前言
物理化學(xué)是四大基礎(chǔ)化學(xué)課程之一，是化學(xué)工程與工藝、膠體與界面化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、催化等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)課。它采用物理原理和方法來(lái)研究和解決化學(xué)中的問(wèn)題和規(guī)律，是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。因此物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)非常依賴于測(cè)量?jī)x器、測(cè)量技術(shù)，并涉及大量的數(shù)據(jù)處理。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，不斷開(kāi)發(fā)出新的測(cè)量技術(shù)手段及處理軟件，由此帶來(lái)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得儀器的更新?lián)Q代非常快?，F(xiàn)有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材種類很多，但大部分實(shí)驗(yàn)所用的儀器較為陳舊滯后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理多停留在人工手動(dòng)的階段。
為了使物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與新型儀器及技術(shù)手段的發(fā)展相適應(yīng)，編者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并參考國(guó)內(nèi)其他院校的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材，編寫了本教材。本書在選取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，首先，考慮化學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的知識(shí)系統(tǒng)性；其次，在保留了經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的最新儀器，調(diào)整補(bǔ)充了一些電腦聯(lián)機(jī)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，特別注重測(cè)量方法及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化，重點(diǎn)選取了自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并用計(jì)算機(jī)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)。本書內(nèi)容包括基本測(cè)量方法及儀器介紹、數(shù)據(jù)處理方法、誤差計(jì)算處理及實(shí)驗(yàn)部分。實(shí)驗(yàn)部分精選了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、膠體與界面化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等26個(gè)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、操作進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說(shuō)明。另外，本書用較多的篇幅介紹了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與誤差分析，及化學(xué)中常用的處理軟件Origin、Excel和ChemDraw等。
本書由王文珍教授編寫第二、三、四、八章及附表，劉雪梅編寫第一、五、六、七章。
編者特別感謝西安石油大學(xué)和化學(xué)化工學(xué)院的支持，及物理化學(xué)課程組全體老師的無(wú)私幫助。對(duì)使用中發(fā)現(xiàn)的不妥之處，敬請(qǐng)?zhí)岢鰧氋F意見(jiàn)，以待再版時(shí)更正。

編者
2016年6月

第1章　緒論1
1.1　開(kāi)設(shè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的目的和要求1 
1.2　實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)2
第2章　誤差分析5

2.1　測(cè)量方法5
2.2　誤差的分類6
2.3　精密度和準(zhǔn)確度7
2.4　誤差的定義及表示法8
2.5　幾種常用的平均值9
2.6　誤差分析9
2.7　有效數(shù)字的表達(dá)與運(yùn)算11

第3章　數(shù)據(jù)處理13
3.1　Excel軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用13 
3.2　Origin軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用20

第4章　化學(xué)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)31
實(shí)驗(yàn)一　純液體飽和蒸氣壓的測(cè)定——靜態(tài)法31
附錄4-1　飽和蒸氣壓測(cè)定方法簡(jiǎn)介34
附錄4-2　大氣壓的測(cè)定34
附錄4-3　純液體飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系式37
實(shí)驗(yàn)二　燃燒熱的測(cè)定37
附錄4-4　燃燒熱測(cè)定儀器介紹41
附錄4-5　氧氣鋼瓶的構(gòu)造及操作方法42
附錄4-6　燃燒熱實(shí)驗(yàn)軟件的操作說(shuō)明43
實(shí)驗(yàn)三　溶解熱的測(cè)定43
附錄4-7　溶解熱測(cè)定系統(tǒng)簡(jiǎn)介及軟件使用方法47
實(shí)驗(yàn)四　揮發(fā)性雙液系T-x 相圖的繪制48
附錄4-8　阿貝折射儀及其使用方法52
附錄4-9　環(huán)己烷-乙醇體系折射率-組成的文獻(xiàn)值54
附錄4-10　乙醇-正丙醇體系折射率-組成的文獻(xiàn)值54
實(shí)驗(yàn)五 凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量55
附錄4-11　常用溶劑的K f 值59
實(shí)驗(yàn)六 二組分金屬相圖的繪制59
實(shí)驗(yàn)七 差熱分析64
附錄4-12　NDTA-Ⅲ型差熱分析儀的儀器面板及使用方法介紹67
實(shí)驗(yàn)八 二組分溶液偏摩爾體積的測(cè)量68

第5章　動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)73
實(shí)驗(yàn)九　蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定73
附錄5-1　WZZ-2A 型自動(dòng)旋光儀的使用76
附錄5-2　超級(jí)恒溫槽的使用77
實(shí)驗(yàn)十　乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定78
附錄5-3　DDS-11A 型電導(dǎo)率儀的原理與使用方法81
實(shí)驗(yàn)十一　B-Z振蕩反應(yīng)84
附錄5-4　BZOAS-ⅡS 型微機(jī)測(cè)定B-Z 振蕩反應(yīng)系統(tǒng)的儀器及使用方法89
實(shí)驗(yàn)十二　丙酮碘化反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定90
實(shí)驗(yàn)十三　納米TiO2 光催化降解染料廢水94

第6章　電化學(xué)實(shí)驗(yàn)97
實(shí)驗(yàn)十四　原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定和應(yīng)用97
附錄6-1　EM-3C 型數(shù)字式電子電位差計(jì)的使用方法101
附錄6-2　鉑電極、鉑黑電極、甘汞電極、銀-氯化銀電極和銀電極簡(jiǎn)介102
附錄6-3　鹽橋的制備103
實(shí)驗(yàn)十五　電動(dòng)勢(shì)法測(cè)定化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)104
實(shí)驗(yàn)十六　電泳法測(cè)定氫氧化鐵溶膠的電動(dòng)電勢(shì)107
附錄6-4　電動(dòng)電勢(shì)的測(cè)定方法簡(jiǎn)介109
附錄6-5　Fe (OH) 3 溶膠的臨界電位ζ 110
實(shí)驗(yàn)十七　電導(dǎo)法測(cè)定難溶鹽的溶度積111
附錄6-6　二次蒸餾水、去離子水和電導(dǎo)水114
實(shí)驗(yàn)十八　電解質(zhì)水溶液導(dǎo)電性質(zhì)分析114
實(shí)驗(yàn)十九　鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的循環(huán)伏安行為117

第7章　表面化學(xué)實(shí)驗(yàn)120
實(shí)驗(yàn)二十 最大氣泡法測(cè)定溶液的表面張力120
附錄7-1 表面張力測(cè)定方法簡(jiǎn)介124
附錄7-2 不同溫度下水的表面張力σ 125
實(shí)驗(yàn)二十一　溶液吸附法測(cè)定固體比表面積125
實(shí)驗(yàn)二十二　電導(dǎo)法測(cè)定臨界膠束濃度129
附錄7-3 測(cè)定臨界膠束濃度的常用方法133
實(shí)驗(yàn)二十三　表面活性劑蠕蟲(chóng)狀膠束的制備134
實(shí)驗(yàn)二十四　BET容量法測(cè)定固體物質(zhì)的比表面積136
附錄7-4 吸附氣體的選擇140
實(shí)驗(yàn)二十五　接觸角的測(cè)定141
附錄7-5 接觸角的測(cè)定方法簡(jiǎn)介145
實(shí)驗(yàn)二十六　旋滴法測(cè)定油-表面活性劑水溶液的界面張力147

第8章　膠體化學(xué)實(shí)驗(yàn)150
實(shí)驗(yàn)二十七　黏度法測(cè)定高聚物的摩爾質(zhì)量150
附錄8-1 聚乙二醇在不同溫度時(shí)的K和α值（水為溶劑） 154
實(shí)驗(yàn)二十八　溶膠的制備﹑凈化及性質(zhì)154
實(shí)驗(yàn)二十九　膠體粒子Zeta電位的測(cè)定159
實(shí)驗(yàn)三十 乳狀液的制備、鑒別及破壞163
實(shí)驗(yàn)三十一　微乳液的制備及性質(zhì)166
附錄8-2 微乳液簡(jiǎn)介170
實(shí)驗(yàn)三十二　沉降分析172
附錄8-3 對(duì)沉降分析的補(bǔ)充說(shuō)明176
附錄8-4 不同溫度時(shí)水的黏度值177

第9章　結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)178
實(shí)驗(yàn)三十三　磁化率的測(cè)定178
附錄9-1 古埃磁天平簡(jiǎn)介183
實(shí)驗(yàn)三十四　稀溶液中極性分子偶極矩的測(cè)定184

附錄　物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用數(shù)據(jù)表190
附表1　國(guó)際單位制的基本單位190
附表2　國(guó)際單位制的輔助單位190
附表3　國(guó)際單位制的一些導(dǎo)出單位190
附表4　單位換算表191
附表5　物理化學(xué)常數(shù)192

視頻資料
Origin軟件繪制雙液系T-x 相圖的視頻　20 
DPCY-2C型飽和蒸氣壓測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置的操作　視頻　31 
BH-ⅡS型燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置的操作視頻　37
溶解熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)視頻　43 
FNTY-3A 型雙液系平衡相圖實(shí)驗(yàn)裝置的操作　視頻　48 
NDTA-Ⅲ型差熱分析儀的操作視頻　64 
蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定視頻　73 
乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定視頻　78 
BZOAS-ⅡS型B-Z振蕩反應(yīng)一體化實(shí)驗(yàn)裝置的操作視頻　84 
電動(dòng)勢(shì)法測(cè)定化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)常數(shù)的實(shí)驗(yàn)視頻　104 
最大氣泡法測(cè)定溶液表面張力的實(shí)驗(yàn)視頻　120
接觸角測(cè)定的實(shí)驗(yàn)視頻　141 
旋滴法測(cè)定油-表面活性劑水溶液界面張力的實(shí)驗(yàn)視頻　147 
黏度法測(cè)定高聚物摩爾質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)視頻　150 
MB-1A 型磁天平的操作視頻　178