作者：陈振江,邵江娟
出版社：中国中医药出版社
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物理化学实验(十三五)试读：
前言
为了全面贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》《关于医教协同深化临床医学人才培养改革的意见》，适应新形势下我国中医药行业高等教育教学改革和中医药人才培养的需要，在国家中医药管理局主持下，由国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室、中国中医药出版社组织编写的“全国中医药行业高等教育‘十三五’规划教材”（即“全国高等中医药院校规划教材”第十版）出版后，我们组织原教材编委会编写了与上述规划教材配套的教学用书——习题集和实验指导，目的是使学生对学过的知识进行复习、巩固和强化，以便提升学习效果。
习题集与现行的全国高等中医药院校本科教学大纲一致，与全国中医药行业“十三五”规划教材内容一致。习题覆盖教材的全部知识点，对必须熟悉、掌握的“三基”知识和重点内容以变换题型的方法予以强化。内容编排与相应教材的章、节一致，方便学生同步练习，也便于与教材配套复习。题型与各院校各学科现行考试题型一致，同时注意涵盖国家执业中医师、中西医结合医师资格考试题型。命题要求科学、严谨、规范，注意提高学生分析问题、解决问题的能力，临床课程更重视临床能力的培养。为方便学生全面测试学习效果，每章节后均附有参考答案。
实验指导在全国高等中医药院校本科教学大纲的指导下，结合各高等中医药院校的实验设备和条件，本着求同存异的原则，仅提供基本实验原理、方法与操作指导，相关学科教师可在实际教学活动中结合本校的具体情况，灵活变通，选择相关内容，使学生在掌握本学科基本知识、基本原理的同时，具备一定的实验操作技能。
本套习题集和实验指导供高等中医药院校本科生、成人教育学生、执业医师资格考试人员等与教材配套学习和复习应考使用。请各高等中医药院校广大师生在使用过程中，提出宝贵的修改意见，以便今后不断修订提高。国家中医药管理局教材建设工作委员会中国中医药出版社2016年9月编写说明
本书为全国中医药行业高等教育“十三五”规划教材《物理化学》的配套教材。本次编写对上一版实验教材提出了一些修改意见，例如部分实验操作步骤应根据实际情况进行修改以使其可操作性更强，有的实验装置应进行更新等。
本书选择了由各中医药院校提出的现行教学中有代表性、较成熟的物理化学实验作为主要实验，并选择了部分稍有难度、有提高性的实验作为备选实验，教学中的具体安排，各院校可自行取舍，根据本校具体的仪器、条件进行调整、修改。在内容编排上分为四大部分：其中绪论部分讲述物理化学实验课的目的和基本要求；实验部分选择26个实验项目，既保留了经典的实验内容，又体现了实验新技术和新特点；实验技术和设备部分讲述的是物理化学实验中必需的实验技术和基本实验设备，着重介绍了物理化学实验技术在药学实践中的具体应用；附录部分主要列出了物理化学实验中常用的一些数表及主要参考书目。编写本实验教材的目的在于学生能在物理化学实验教学中对物理化学学科有更深入的理解，并且树立良好的科学作风。另外，为促进各院校重视物理化学实验教学的改革，也希望各院校在今后的教学中，针对本教材的不足，加强相互交流，不断总结提高，为将来编写更高水平的教材做好准备。
参加本教材编写的有：湖北中医药大学、南京中医药大学、广西中医药大学、辽宁中医药大学、山东中医药大学、陕西中医药大学、贵阳中医学院、成都中医药大学、山西中医学院、甘肃中医药大学、浙江中医药大学、长春中医药大学、云南中医学院、安徽中医药大学、黑龙江中医药大学、河南中医药大学、福建中医药大学、上海中医药大学、天津中医药大学、江西中医药大学、黑龙江中医药大学佳木斯学院、南京中医药大学翰林学院等。非常感谢编写组全体成员对本实验教材编写付出的努力。
在编写过程中，我们参阅了许多国内外教材，其书目作为参考文献列于书末。
本书可供全国高等中医药院校中药学、药学、制药工程及相关专业本科学生使用，也可作为成人教育学生、自学考试应试人员、广大中医药相关工作者及中医药爱好者的学习参考书。
各院校在使用本教材过程中，若发现有疏漏之处，敬请提出宝贵意见，以便再版时修订提高。《物理化学实验》编写组2016年5月第一章 绪论第一节 物理化学实验的目的和要求
物理化学实验是以数据测量为主要内容，以通过对实验数据的科学处理为手段来研究物质的物理、化学性质及其化学反应规律的一门科学。进行物理化学实验的目的是巩固、加深对物理化学原理的理解，训练使用仪器的操作技能，以及培养观察现象、正确记录、处理数据和分析问题的独立工作能力，使物理化学的理论与技术更好地应用于药学实践。
学生在实验过程中应虚心学习，勤于动手，善于思考，认真做好每个实验，努力培养独立从事科学研究的能力。
1.实验前的预习 学生在实验前要充分了解实验的目的和原理，了解所用仪器的构造和使用方法；了解实验步骤，避免在原理上和方法上的错误，因为有些错误甚至可以导致整个实验失败。在充分预习的基础上写出实验预习报告，其内容包括：实验的目的和原理，实验数据记录表格。实验前这种预习能大大提高实验效果，不可忽视。
2.实验记录 记录实验现象和数据必须真实、准确，记录的数据应为实际测试的结果，不能随意更改或舍弃，所有数据都应记录在编有页码和日期的实验记录本上，数据记录要表格化，字迹要整齐清楚。保持良好的记录习惯是物理化学实验的基本要求之一。
3.实验报告 书写实验报告是本课程重要的基本训练内容，它将使学生在实验数据处理、作图、误差分析、问题归纳等方面得到训练和提高。实验报告的质量能在很大程度上反映学生的实际水平和独立工作能力。
实验报告的内容大致可分为：实验目的和原理、实验装置、实验条件（温度、大气压、试剂、仪器精密度）、原始实验数据、数据的处理及作图的讨论等。
实验报告的重点应该放在对实验数据的处理和对实验结果的分析及讨论上。这种讨论一般包括对实验现象的分析和解释，对实验结果的误差分析，对实验的改进意见，以及心得体会和查阅过的文献目录等。
一份好的实验报告应该是：实验目的和原理阐述清楚、数据齐全、做图准确、讨论深入、结果正确、字迹清楚。通过写实验报告，可以达到加深理解实验内容，提高撰写科研论文及实验报告的能力，培养严谨科学态度的目的。
此外，学生应严格遵守实验室的规章制度，对实验室的安全操作应予以特别重视。第二节 物理化学实验数据的处理
物理化学实验结果的表达方式主要有三种：列表法、做图法和方程式法。（一）列表法
在进行物理化学实验时，常常得到大量的数据，应该尽可能列表，使其整齐地有规律地表达出来，以便于运算处理，同时也便于检查，以减少差错。
用列表法表达实验数据时，主要是将自变量x和因变量y对应列出，以便可以清楚地看出两者的关系。
列表时应注意以下几点：
1.每一表格有简明完备的名称。
2.表格的每一行，都应该详细写上名称与单位。
3.通常选择较简单的变量如温度、时间、浓度等作为自变量，选择时最好能使其数值依次等量递增地变化。如果实际测定时不能做到，可以先将直接测量的结果，按自变量和因变量作图，再从图上读出新的等量递增的自变量数据，再用表格列出相应的因变量。这种方法在测定随时间改变的物理量时，最常用。
4.每一行中，数字的排列要整齐，位数和小数点要对齐，应特别注意有效数字的位数。（二）做图法
用做图法表达物理化学实验数据有许多优点，首先它能非常直观地表示各个测量值之间的关系，其次它能直接反映出数据变化的特点，如出现极大、极小或发生转折等。根据所作图，还可以作切线、求面积，将数据进一步处理，从而得到所需的结果。这种实例很常见。由于做图法具有这些优越性，因此做图法的应用极为广泛。在物理化学实验中的重要应用，有如下几个方面：
1.求外推值 有些不能由实验直接测定的数据，常常可以用做图外推的方法求得。主要利用测量数据间的线性关系，外推至测量范围之外，求得某一函数的极限值。这种方法称为外推法。例如用黏度法测定高聚物分子量时，必须求得特性黏度［η］，它是在溶液无限稀释时的比黏度η/c对c作用，当c趋近于零时的η/c，即为所要求得到的spsp［η］。又例如：强电解质无限稀释溶液的摩尔电导率的值不能由实验直接测量，但可测定浓度很稀时溶液的摩尔电导率，然后作图外推至浓度为0，即可求无限稀释溶液的。
2.求经验方程 若因变量y与自变量x之间有线性关系，那么就应符合下列方程y=mx+b
它们的几何图形应为一直线，m是直线的斜率，b是直线在y轴上的截距。应用实验数据（x，y）做图，作一条尽可能连接诸实验点的直ii线，从直线的斜率和截距，便可求得m和b的具体数据，从而得出经验方程。对指数函数取其对数做图仍可得一直线，如化学动力学中的阿累尼乌斯反应速率常数k与活化能E的关系式-E/RTk=Ae
若根据不同温度T下的K值，以lnK对1/T作图，则可得一直线，由直线的斜率和截距可分别求出活性能E和碰撞频率A的数值，其他的非线性函数则可作类似的处理。
3.作切线求函数的微商 从曲线的斜率求函数的微商，在数据处理中也是经常采用的方法。例如在“溶液表面吸附”实验中，就是从表面张力-浓度曲线上作切线，以求出在一定浓度时表面张力随浓度的变化率，通过吉布斯公式，计算吸附量。
此外，尚可根据曲线的转折点求某些数据，根据曲线所包围的面积，求算某些物理量等。
由于做图法的应用极为广泛，因此对于做图法也应认真掌握。下面介绍做图的一般步骤及规则：（1）坐标纸和比例尺的选择 最常用的是直角坐标纸。用直角坐标纸做图时，以自变量为横轴，因变量为纵轴，横轴与纵轴上的分度不一定从0开始，可视具体情况而定。坐标轴上分度的选择极为重要，若选择不当，将使曲线的某些相当于极大、极小或折点的特殊部分不能显示清楚。分度的选择应遵守下述规则：
①要能表示出全部有效数字，以使从作图法求出的物理精确度与测量的精确度相适应；
②坐标轴上每小格所对应数值应简便易读，便于计算，一般取1、2、5等；
③在上述条件下，应考虑充分利用图纸的全部面积，使全图布局匀称合理；
④若做的图形是直线，分度的选择应使其斜率接近于1。（2）画坐标轴 坐标的分度选定后，画上坐标轴，在轴旁注明该轴所代表变量的名称及单位。在纵轴之左以及横轴下面每隔一定距离写下该处变量应有之值，以便做图及读数。纵轴分度自下而上，横轴自左至右。（3）做测量点 将测得的数据，以点描绘于坐标纸上即可，如果自变量与因变量的误差相等，则图上用圆点“·”代表各点，若在同一图上表示几组测量数据时，应用不同的符号加以区别，如☉、△、*等。（4）做曲线 做出各测量点后，用曲线板或曲线尺做出尽可能接近于各点的曲线，曲线应光滑均匀，细而清晰。曲线不必通过所有的点，但分布在曲线两旁的点数，应近似相等。点和曲线间的距离，表示测量的误差，要使曲线和点间的距离的平方和为最小，并且曲线两旁各点与曲线间的距离应近于相等。在做图时也存在着做图误差，所以做图技术的好坏也将影响实验结果的准确性。（5）写图名 曲线作好后，应写上完备的图名，标明坐标轴代表的物理量及比例尺，注写主要的测量条件，如温度、压力等。（6）切线的作法 在曲线上作切线，通常应用下面两种方法：
镜像法：若需在曲线上任一点Q作切线，可取一平面镜垂放于图纸上，使镜面和曲线的交线通过Q点，并以Q点为轴，旋转平面镜，待镜外的曲线和镜中的曲线的像成为一光滑曲线时，沿镜边缘做直线AB，这就是法线。通过Q点作与AB的垂线CD，CD线即为切线［见图1（a）］。
平行线法：在所选择的曲线段上，做两条平行线AB与CD，做此两段的中点连线EF，与曲线相交于Q，通过Q作与AB、CD相平行的直线GH，GH即为此曲线在Q点的切线［见图1（b）］。图1 切线的作法（a）镜像法 （b）平行线法（三）方程式法
一般实验数据可以用数学经验方程式表示出来。这样表达方式简单，记录方便，也便于进行微分、积分。经验方程式是客观规律的近似描写，它是理论探讨的线索和根据，许多经验方程式中系数的数值，是与某一些物理量相对应的。为了得到此物理量，将数据归纳为经验方程式，也是非常必要的。
例如：在固-液界面吸附中，朗格茂（Langmuir）吸附方程被证明在经验上是成立的。吸附量Γ和吸附物的平衡浓度C有下列关系：
从上式可以看出，以C/Γ对C做图，应该是一直线。由斜率可求出饱和吸附量Γ，进一步可以计算每个分子的截面积和吸附剂的比表∞面。
建立经验方程，常常以直线式表示y=mx+b
主要工作是确定m和b。一般采用下列方法：
1.图解法 在直角坐标纸上，用实验数据做图得一直线，将直线延长与Y轴相交，在Y轴上的截距即为b。若直线与X轴的夹角为θ，则m=tgθ。
另外，也可以在直线两端选两个点，其坐标为（x，y）、（x，y），1122因它们在直线上，必然符合直线方程，所以得：
解此联立方程即得：
2.计算法 根据所测数据直接计算，以求得m和b。
假设从实验得到几组数据：（x，y）、…、（x，y），若都符合直11nn线方程，则应下列方程组成立：y=mx+b11y=mx+b22……y=mx+bnn
由于测定值都有偏差，若定义
σ为第i组数据的“残差”。通过“残差”处理，求得m和b。常用的处理i“残差”的方法有两种：
①平均法：这是最简单的方法。这个方法令经验公式中“残差”的代数和为零
即
将上列方程组分为方程组相等或基本相等的两组。
叠加起来得：
将上面两个方程式联立解之，便可以求出m和b。
现有下列数据，按上述方法处理如下：
将这些数据组合为两组：
根据，上面的两组数据之和应为零，即
将上面两个方程联立并解之，得：m=0.420b=2.70
由此得到所求直线方程为：y=0.420x+2.70
②最小二乘法：这是最准确的处理方法。其根据是使“残差”的平方和为最小。以Δ表示“残差”的平方和，则有
根据函数有极限值的条件，使Δ为最小必须有：
即：
将上两式联立，便可以解出m和b。
现将前面的数据，按最小二乘法处理如下：2
由上表知：n=8，∑x=87，∑y=58.0，∑x=1257，∑xy=762.0，将上述数据代入最小二乘法的公式中得：
由此得所求直线方程为：y=0.422x+2.66第二章 实验部分实验一 溶解热的测定一、实验目的
1.用量热法测定固体试剂的溶解热。
2.掌握量热法的基本原理、测量方法。
3.掌握贝克曼温度计的使用方法。二、实验原理
在定温定压下，一定量的物质溶于一定量的溶剂中所产生的热效应称为该物质的溶解热。溶解热数值取决于溶液和溶质的性质及它们的相对量以及温度和压力。在定温定压（通常指25℃和100kPa）下，1mol物质溶于一定量溶剂中形成某浓度溶液时的热效应，称为该浓度溶液的积分溶解热，以符号ΔH表示。本实验测定KNO的积分溶解sm3热。
由热力学原理可知ΔH=CΔT。在测量过程中，为计算溶解热，必须求得C和ΔT。C是系统的热容（包括系统中各种元器件的热容），它不仅不易算出，而且随温度变化是一个很难通过计算获得的量。为此在待测热量接近相等的ΔT范围内，对量热系统通电输入一定的已知热量ΔH，并测出ΔT（通电加热过程中温度的升高值），由ΔH=C·ΔT可电电电电求出热容C。再使样品在系统中溶解，测出ΔT（物质溶解过程中温待测度的降低值），由C·ΔT=ΔH=ΔH，算出溶解热ΔH，这就是溶解热待测待测测量的基本原理。
本实验中样品KNO的溶解为吸热过程，可用电热补偿法求出其3积分溶解热。
KNO溶解过程中，系统温度不断下降。实验中通过电加热器对系3统加热，通电一定时间t后，当系统温度回到溶解开始时，即温差为零时停止测定。此过程所做电功即为样品KNO溶解所吸收的热量，由此3计算出KNO的积分溶解热。这种方法操作简单，不必计算系统的热3容。
式中：I为电流值；U为电压值；t为测定时间；W为样品KNO的质3量；M为样品KNO的摩尔质量；ΔH为测得的KNO的积分溶解热。3sm3三、仪器与试剂
仪器：溶解热测定仪一套，贝克曼温度计（配读数放大镜）一支（或精密温差测量仪一台），秒表一只，称量瓶。
试剂：KNO（分析纯）。3四、实验步骤
1.本实验所用装置如图1-1所示。图2-1 量热计示意图1.带磁力搅拌的量热器 2.电加热器 3.贝克曼温度计（或精密温差测量仪探头） 4.加样口
2.精确称取KNO样品（已研磨、烘干）约3.5g，5份，分别编号，放3入干燥器中。
3.量取220mL蒸馏水于量热器中，调节磁搅拌到合适转速。
4.调节电源、电压值，使功率IU为2.5W（参考值）左右，并在实验中保持此值不变。一旦通电，电加热器即开始加热。
5.待量热器中温度加热至高于环境温度0.5℃左右时，读取贝克曼温度计读数，同时将量热器加样口打开，加入1号样品，并开始计时，此时温度开始下降，随后温度会上升。
6.当温差为零时，记下时间t，同时加入2号样品，待温差变为零1时，记下时间t，同时加入3号样品。以下依次重复，直至所有样品测2定完毕。
注意事项：
1.因加热器开始加热初时有一滞后性，故应先让加热器加热正常，使温度高于环境温度0.5℃左右，开始加入1号样品。
2.实验过程中，要保持IU不变，若有变化，应细调仪器，以保持IU的恒定。
3.为确保样品充分溶解，实验前样品需研磨烘干，实验时需有合适的搅拌速度。实验结束后，不应残留有KNO固体，否则需重做实验。3
4.实验过程中，加热时间与样品量是累计的，故秒表的读数是累计的，切不可在实验中途将秒表卡停。五、数据记录与处理
1.将测定的数据列表。表2-1 实验数据记录
2.计算KNO的积分溶解热ΔH。3sm六、思考题
1.为什么本实验用电热补偿法测定？
2.分析实验的各种影响因素。实验二 燃烧热的测定一、实验目的
1.了解氧弹式量热计的原理、构造及使用方法。
2.明确燃烧热的定义，了解恒容燃烧热与恒压燃烧热的差别。
3.用氧弹式量热计测量蔗糖的燃烧热。二、实验原理
1mol物质完全氧化时的反应热称为燃烧热。所谓完全氧化是指：C→CO（g），H→HO（l），S→SO（g），N、卤素、Ag等元素变为游222离状态。5
例如：在25℃、1.01325×10Pa下苯甲酸的燃烧热为-3226.9 kJ/mol，反应方程为
利用燃烧热的数据可以计算化学反应的反应热，即
对于有机化合物，通常利用燃烧热的基本数据求算反应热。燃烧热的测定，是让燃烧反应在恒容条件下进行，用氧弹量热计测出的是恒容燃烧热Q（ΔU），但常用的数据为恒压燃烧热Q（即ΔH），对于Vp理想气体，根据热力学推导，Q与Q的关系是pV
式中，Δn为产物中气体的总物质的量与反应物中气体总物质的量之差；R为气体常数；T为反应温度，用绝对温度表示。
通过实验测得Q值，根据上述关系可计算出Q值。Vp
本实验中测量的基本原理是能量守恒定律。先在盛水容器中放入装有样品和氧气的密闭氧弹，以燃烧丝引火，使m（g）样品完全燃烧，放出的热量全部传给水和仪器，使温度上升。若已知水量为a（g），水的比热容为C［J/（g·℃）］，仪器的总热容为C（量热计中氧弹、水桶总每升高1℃所需的总热量，J/℃），燃烧丝燃烧热为q（J/cm），引火燃烧丝长度为h（cm），始末温度分别为t、t，则m（g）物质的恒容热符合0n以下关系
该物质的摩尔燃烧热为
式中，W为样品质量；M为该物质的摩尔质量。
若每次实验时水量相等，对同一台仪器C不变，则（Ca+C）可总总视为定值K，上式改为
式中，K为量热计的常数，J/℃；Δt为始末温差，Δt=t-t。n0
量热计的常数K的求法是：用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始末温度，求出Δt，而M、W、q、h均为已知数，再根据式（2-5）即可求出K。
由于燃烧丝热量远小于样品放热量，可忽略不计，则式（2-5）可简化为
K值求出后，用同一方法测定蔗糖（CHO）燃烧时的恒容热效122211应Q，再根据V
即可求出蔗糖的燃烧热。三、仪器与试剂
仪器：电脑，多功能控制箱，氧弹式量热计（见图2-1），氧气钢瓶（附减压阀），2000mL及1000mL容量瓶，燃烧丝，分析天平及台式天平，万用电表等。
试剂：分析纯蔗糖，分析纯苯甲酸。图2-1 氧弹式量热计示意图
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]