内容发布更新时间 : 2024/12/22 21:17:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

2、 掌握热分析法绘制Pb - Sn合金相图的方法。 二、实验原理

物质在不同的温度、压力和组成下，可以处于不同的状态。研究多相平衡体系的状态如何随温度、压力、浓度而变化，并用几何图形表示出来，这种图形称为相图。二组分体系的相图分为气-液体系和固-液体系两大类。本实验为后者也称凝聚体系，它受压力影响很小，其相图常用温度-组成的平面图表示。

例如我们研究的具有最低共熔点的有限固溶体的二元物系Sn—Pb物系，在测定时得到一系列冷却曲线，如图2—2所示。由冷却曲线的形状结合相律，便可了解冷却过程中物系的变化，从而做出物系的状态图。

凝聚物系的相律时：f=c-p+1

式中：f为自由度、c为组元数、p为相数

图2—2中曲线1为纯Pb的冷却曲线，冷却过程开始时为液态金属的冷却，相数为1，自由度等于1，故温度可以改变且均匀下降。当逐渐冷却至温度为327℃时，Pb开始凝固，由于发生了相变化，放出了熔化潜热，补偿了向外界散失的热，故温度保持不变。用相律解释则因到达凝固点析出固相，此时物系呈两相，自由度为零，故只要有固液两相并存温度就恒定不变，在冷却曲线上出现水平线段，直至Pb全部凝固后，自由度变为1，故态金属的温度又不断下降。

凡是具有最低凝固点的那种混合物叫低熔点混合物。图2—2中曲线3即是低共熔组成的样品（61.9％Sn，38.1Pb）的冷却曲线。它和纯金属的冷却曲线很相象，因为低共熔物自液态冷却到一定温度时，同时析出两个固相，而使物系变成三相，自由度变为零，故也出现水平线段。此温度即低共熔温度。

对Sn含量在（含19.5％--97.4％）之间的其它样品冷却曲线比较复杂，如以Sn30％即曲线2为例，开始均匀冷却，相当于液态合金的冷却。当液态冷却到凝固点时，只析出一种固体（Sn在Pb中的α固溶体），自由度为1，温度仍可变化，但由于析出固相放出相变热，使冷却速度变慢，冷却曲线斜率变小，出现转折点。随着固相的析出，液相及固相组成均在改变，当液相组成变到低熔点组成时，在冷却（Pb在另一固相Sn中的β固溶体）亦同时析出物系变为三相，自由度为零，曲线呈现水平线段，直到液相消失。液相消失后物系剩下两个固体（α与β固溶体）自由度为1，温度又开始均匀下降。

图2－2 根据步冷曲线绘制相图

由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系，可以根据步冷曲线，判断固体析出时的温度和最低共熔点的温度。然后用温度作纵坐标，组成作横坐标绘制相图T-C图(见图2－2)。

本实验是利用“热分析法”测定一系列不同组成Pb-Sn混合物的步冷曲线，从而绘制出其二组分体系的金属相图。由于这两种金属之任何一种都能溶解于另一种金属中，实际上是一个部分互溶的低共熔体系，但用一般的热分析方法，只能得到一相当于简单的低共熔混合物类型的相图。利用程序升降温控制仪控制电炉的加热和降温，可以人为设定降温速度。通过热电偶采集温度数据使步冷曲线直接显示在微机屏幕上，同时在程序升降温控制仪上配有温度数值显示和定时报鸣时间，因此也可以手工记录画步冷曲线。 三、仪器与药品

KWL－09可控升降温电炉（附图2-1） 1台 SWKY--Ⅰ程序升降温控制仪（带热热敏电阻）（图2－2） 1台

锡和铅样品管（分别为纯Sn，含Sn 30%、61.9%、80%和纯Pb的样品，样品上方覆盖一层石墨粉）。 四、实验步骤

测定样品的步冷曲线，需先将样品加热熔化后再冷却降温。

1、 用天平分别称取纯Sn、纯Pb各100g，另配制含锡30%、61.9%、80%的铅锡混合物各

100g，分别置于样品管中，在样品上方各覆盖一层石墨粉。

2、将仪器联接好，将热敏电阻放入样品管中，测定时热敏电阻应放在样品的中部。 3、 设定升、降温程序。

4、当执行降温程序时，隔30秒读取温度值，由此确定样品的相变温度。

5、 按同样方法测定其余样品的步冷曲线，并确定各自的相变温度。

6、 实验结束后，将“加热量调节”和“冷风量调节” 旋钮逆时针旋到底，关闭电炉电源开关。 五、注意事项

1、 加热熔化样品时的最高温度比样品熔点高出50℃左右为宜，以保证样品完全熔融。待样品熔融后，可轻轻摇晃样品管，使体系的浓度保持均匀。

2、在样品降温过程中，必须使体系处于或非常接近于相平衡状态，因此要求降温速率缓慢、均匀。在本实验条件下，通过调整降温速率，可在1小时之内完成一个样品的测试。 3、样品在降温至平台温度时，会出现明显的过冷现象，应该待温度回升出现平台后温度再下降时，才能结束记录。 六、数据记录与处理

1、以温度为纵坐标、时间为横坐标，在坐标纸上作出冷却曲线。

2、已知Pb的熔点是327℃，从步冷曲线上查出组成纯Sn、含Sn30%、61.9%和80%样品的凝固点温度，以温度为纵坐标，百分组成为横坐标，绘出Pb-Sn二组分合金相图。 七 、思考题

1、什么是热分析法？能否由热分析法得出与液体成平衡的固态溶液线和固态溶液的溶解度随温度的变化？

2、如何判断加热中的样品何时熔融？

3、纯物质及混合物的冷却曲线各测到什么情况下可以认为完成了？

实验六、过氧化氢的分解动力学

实验项目性质：验证性 实验计划学时：4学时 一 实验目的

1测定H2O2催化分解反应速率常数。 2学会恒温槽的调节方法。 二 实验原理

H2O2的化学性质是在常温的条件下缓慢分解，在有催化剂的条件下，分解速率明显加快，其反应的方程式如下： H2O2= H2O+1/2 O2

在有催化剂的条件下，其反应机理为：

H2O2 + KI→KIO + H2O （1）

KIO→KI + O2 （2）

其中（1）的反应速度比（2）的反应速度慢，所以H2O2催化分解反应的速度主要由（1）决

定，如果假设该反应为一级反应，其反应速度式如下：

-dCH2O2

'k/dt=CKICH2O2

'在反应的过程中，由于KI不断再生，故其浓度不变，与k合并仍为常数，令其等于k上式可以简化为：

-dCH2O2/dt=kC H2O2 积分后可以得到ln(Ct/C0) = – k t

C0--- H2O2的初始浓度 Ct----反应到t时刻的H2O2浓度

k----KI作用下, H2O2催化分解反应速率常数

关于t时刻的H2O2浓度的求法有许多种,本实验采用的是通过测量反应所生成的氧的体积量来表示.因为在分解的过程中,在一定时间内,所产生的氧的体积与已分解的H2O2浓度成正比,其比例常数是一定值即

Ct=K(V∞-Vt) C0=K V∞

V∞--H2O2全部分解所产生的氧气的体积 Vt----反应到t时刻时,所产生的氧气的体积 式中K为比例常数,将此式代入速率方程式中,可得到

ln(Ct/C0)=Ig(V∞-Vt)/ V∞=-k.t改写为 ln(V∞-Vt)= –k.t+ lnV∞

如果以t为横轴,以Ig(V∞-Vt)为纵轴,可以得到一直线,即可验证H2O2催化分解反应为一级反应,由直线的斜率即可求出速率常数K1值.

而V∞可通过测定H2O2的初始浓度,利用计算的方法得到.公式如下:

CH2O2?VH2O2?RTV∞=

2p

三 实验仪器与试剂

恒温水浴锅 秒表 氧气的测量装置 酸式滴定管 移液管 小烧瓶 锥形瓶 试管 H2O2 溶液 0.05M的KMnO4溶液 0.1MKI 3 MH2SO 4 四 实验步骤

1装好仪器。熟悉量气管及水平管的使用，使锥形瓶与量气管相通，造成液差，检查系统是否漏气。（如何判断？）

2 固定水平管使量气管内水位固定在“0”处，转动三通活塞使量气管与锥形瓶连通。