物理化学实验报告院系 化学化工学院 班级 化学 061 学号 13 姓名 沈建明 实验名称 溶液法测定极性分子的偶极距 日期 2009.3.26 同组者姓名 史黄亮 室温 17.86 气压 101.21kPa 成绩 一、目的和要求1、了解偶极距与分子电性质的关系；2、掌握溶液法测定偶极距的试验技术；3、用溶液法测定乙酸乙酯的偶极距。二、基本原理 1.偶极矩和极化度 分子的极性可以用“偶极矩”来度量。其定义为 （1）q为正、负电荷中心所带电荷量，d为正、负电荷中心距离。
是向量，其方向规定从正到负。
若将极性分子置于均匀电场E中，则偶极矩在电场的作用下趋向电场方向排列，分子被极化，极化的程度可用摩尔转向极化度P转向来衡量 （2）在外电场作用下，不论永久偶极为零或不为零的分子都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也辉因电场分布不均衡发生变形。用摩尔变形极化度P变形来衡量 P变形 P电子 P原子 （3）分子的摩尔极化度 P P转向 P变形 P转向 P电子 P原子 4 该式适用于完全无序和稀释体系（互相排斥的距离远大于分子本身大小的体系），即温度不太低的气相体系或极性液体在非极性溶剂中的稀溶液。在中频场中 0。则P P电子 P原子 （5）在高频场中0 则P P电子 （6）因此，原则上只要在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P，在红外频率下测得极性分子的摩尔诱导极化度，两者相减得到极性分子的摩尔转向极化度，然后代人（2）式就可算出极性分子的永久偶极矩来。2、极化度的测定首先利用稀溶液的近似公式 （7）（8）再根据溶液的加和性，推导出无限稀释时溶质摩尔极化度的公式 （9）根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数与折光率n的关系为 因为此时 0，0，则 R2 （10）在稀溶液情况下也存在近似公式 （11）同样，从（9）式可以推导得无限稀释时溶质的摩尔折射度的公式 （12）从（2）、（4）、（9）和（12）式可得 即 3、介电常数的测定 介电常数是通过测定电容计算而得。设C0为电容器极板间处于真空时的电容量，C为充以电介质时的电容量，则C与C0之比值e称为该电介质的介电常数 C/C空 （13）用小型电容仪测得的电容Cx包括样品电容C样和电容池Cd Cx C样 Cd （14）测得Cd的方法如下。用一已知介电常数e标的标准物质测定电容为C标，再测电容器中不放样品时的电容C空，近似取C0 C空 C标 C标 Cd C空 C空 Cd （15）由（13）（14）（15）三式即可求得Cd和C空三、仪器、试剂 PCM-1A型介电常数测量仪 无水酒精 WAY-2S 阿贝折射仪 乙酸乙酯A.R.电吹风、分析天平 四氯化碳A.R.150ml容量瓶6只 10ml小容量瓶1只 2ml移液管7支 胶头滴管、小烧杯若干四、实验步骤 .前期准备 取一只10ml的小容量瓶，用蒸馏水洗净，再用无水乙醇润洗后放入烘箱中干燥； 重量法配制摩尔浓度大约为5、8、10、12、15、20的乙酸乙酯的四氯化碳溶液，依次装入6只150ml容量瓶中，并贴好标签； .测定 对干燥好的小容量瓶承重，取3次的平均值； 用被测溶液将干燥的小容量瓶装满，立即称取其总质量因溶液易挥发，取第一次较稳定的值的为准； 用胶头滴管取适量小容量瓶中的溶液，测定其折光率，取3次的平均值； 用PCM-1A型介电常数测量仪测定空气的电容值，取2次的平均值； 用2ml的移液管移取2ml溶液，装入PCM-1A型介电常数测量仪，测量其电容值，取2次的平均值； 将小容量瓶中剩余的溶液倒回盛该溶液的大容量瓶中因为溶液是与其他组共用的； 依次测定各不同浓度的溶液，两次测定间用后测的溶液润洗小容量瓶测定从低浓度到高浓度； 另外，将小容量瓶装满蒸馏水，测定其总质量；测定纯四氯化碳的折光率和电容。五、原始数据溶液法测定极性分子的偶极距溶质摩尔百分比约值5810121520四氯化碳m乙酸乙酯/g3.1657 5.2279 6.7852 7.2160 9.3032 12.5157 m四氯化碳/g96.4562 94.6544 93.2057 92.8304 90.9903 87.4660 11.4579 1.4537 1.4513 1.4506 1.4479 1.4429 1.4627 折光率21.4576 1.4535 1.4515 1.4504 1.4480 1.4430 1.4628 31.4579 1.4536 1.4515 1.4507 1.4478 1.4430 1.4627 空气电容/pF18.32 8.71 9.02 9.09 9.40 9.97 7.76 4.32 28.32 8.73 9.03 9.10 9.42 9.98 7.73 4.33 水m总/g26.6824 26.4241 26.2446 26.2258 25.9512 25.5602 21.0455 m010.959810.960110.9612/3 10.9604 gT17.86 M乙酸乙酯88.11 g/mol水0.9986207 g/mlP101.21 kPaM四氯化碳153.84 g/mol乙酸乙酯0.894-0.898 g/ml四氯化碳1.595 g/ml六、数据处理溶 液 法 测 定 极 性 分 子 的 偶 极 距溶质摩尔百分比约值5810121520CCl4 m乙酸乙酯g3.1657 5.2279 6.7852 7.2160 9.3032 12.5157 m四氯化碳g96.4562 94.6544 93.2057 92.8304 90.9903 87.4660 实际浓度x25.739.6412.7113.5717.8524.9810011.4579 1.4537 1.4513 1.4506 1.4479 1.4429 1.4627 折光率n21.4576 1.4535 1.4515 1.4504 1.4480 1.4430 1.4628 31.4579 1.4536 1.4515 1.4507 1.4478 1.4430 1.4627 平均1.4578 1.4536 1.4514 1.4506 1.4479 1.4430 1.4627 空气电容C测pF18.32 8.71 9.02 9.09 9.40 9.97 7.76 4.32 28.32 8.73 9.03 9.10 9.42 9.98 7.73 4.33 平均8.32 8.72 9.03 9.10 9.41 9.98 7.75 4.33 四标2.242 7.55C四CdC02.593 pF4.33C空CdC四5.813 pF2.242C四/C0Cd1.737 pFC空C0CxC测-Cd6.58 6.98 7.29 7.36 7.67 8.24 溶2.54 2.69 2.81 2.84 2.96 3.18 水m总g26.6824 26.4241 26.2446 26.2258 25.9512 25.5602 21.0455 m010.959810.960110.9612g/3 10.9604 gm溶液g15.7220 15.4637 15.2842 15.2654 14.9908 14.5998 10.0851 溶液g/ml1.5568 1.5312 1.5134 1.5116 1.4844 1.4457 1.5950 0.9986 T17.86 M乙酸乙酯88.11 g/mol水0.9986 g/mlP101.21 kPaM四氯化碳153.84 g/mol乙酸乙酯0.894-0.898 g/ml四氯化碳1.595 g/ml1.4559 P288.4383 -0.3596 R221.0596 -0.0511 1.4826E-30C*m 1.79 D计算过程说明3.2641/13.2641/2.242 1.45590.5735/10.5735/1.5950 0.3596 0.0748/n10.0748/1.4627 0.0511 P2 3*1.4559 *2.242*153.82/2.2422/2.2422/1.59502.2421*88.110.3596*153.82/2.2422/1.595088.4383 R21.4627*1.46271*88.110.3596*153.82/1.4627*1.46272/1.59506*1.46272*153.82*0.0511/1.462722/1.462722/1.583 21.0596 0.04274*10-30* 88.438321.0596*17.86273.150.5 1.4826E-30 （c*m）1.79 D七、思考题1、本实验测定偶极距时作了哪些近似处理 答由于原子极化度只有电子极化度的5----10，而P转向 又比P电子大得多，故忽视原子极化度; 在推导P2，R2两个公式时，用到了溶液的近似公式；在测定仪器本底电容时，近似的认为空气与真空的电容想同。2、准确测定溶质的摩尔极化度和摩尔摩尔折射度时，为何要外推到无限稀释 答因为溶液中，溶质分子与分子之间是有相互作用的，为了尽可能的减小这些影响，实验过程中就将溶液稀释，以期得到较理想的实验结果，最后在数据处理时，还需将数据外推到无限稀释的情况测算时理想的状态。这就是溶液法的基本思想。3、分析本实验的误差来源，并尽可能说明最终1.79D较文献值偏小的原因。答本实验使用的均为易挥发药品，在称取质量时虽然有盖住小容量瓶的塞子，但从多次称量的结果来看，仍有不少的挥发，这可能带来误差； 在测定溶液电容的时候，两种溶液的中间要将仪器内的前一种溶液清理干净，可是多少会有残留，会带来一定的误差； 的变小也许就是因为溶液中溶质分子之间或溶质与溶剂分子之间存在相互作用，并不是理想的溶液，也不是无限稀释，即“溶剂化”作用造成的。八、实验总结本实验的操作对于大三的我来说并不是很难，但要搞清楚这次试验的原理，对我来说有一定的难度，通过这次试验报告的撰写，还是不太懂还有在这次试验中我学会了一种新仪器的使用PCM-1A型介电常数测量仪，并对其工作原理有了初步的了解，对我今后的工作积累了一分经验。