“物理化学实验”习题答案.pdf

-“物理化学实验”习题“物理化学实验”习题材化材化 1 1 班班 03240210324021李奈青李奈青1 1 对某一液体的密度进行多次测定对某一液体的密度进行多次测定,其实验结果如下：其实验结果如下：.082.082，1 10707,1.080,1.080,1.1.g/cmg/cm3 3。求其平均误。求其平均误差、平均相对误差、标准误差和精密度。差、平均相对误差、标准误差和精密度。解：解：d 1.0821.0791.0801.0761.0794（g/cmg/cm)dni|1.0821.079|1.0791.079|1.0801.079|1.0761.079|0.002(g(gmm)40.002100%0.2%1.079d100%s ds0.0032 0 0.0012 0.0032 0.003n 1412i(g/cm(g/cm3 3）RSD 100%0.003100%0.3%1.0792 2 在不同温度下测定氨基甲酸铵的分解反应在不同温度下测定氨基甲酸铵的分解反应 NHNH2 2COONHCOONH4 4(s)(s)=NHNH3 3（g)+COg)+CO(g)(g)的平衡常数，今获的平衡常数，今获得如下数据：得如下数据：/K/K8 80303 308 3083131 3 38 8lglgK K -3.-3.8 8.1.1 -.7.77 -27 -2294294 -1 -18778770 00 0试用最小二乘法求出试用最小二乘法求出g gK K/的关系式的关系式,求出反应的平均热效应求出反应的平均热效应r rH Hm m（设（设H Hm m在此温度范围内为一在此温度范围内为一常数）常数）；作；作 lglgK K 1/1/0 0的关系曲线的关系曲线,从直线的斜率求出从直线的斜率求出r rH H。比较上述两种方法所得的。比较上述两种方法所得的H Hm m值，何者更准确值，何者更准确,为什么为什么?解解:(1):(1)、用最小二乘法计算：、用最小二乘法计算：由数据判断由数据判断 l lK K1 1T T的关系呈线性关系的关系呈线性关系,假设假设:lgK=b*1/lgK=b*1/T Ta a 则根据最小二乘法：则根据最小二乘法：a lgKibi1n1i1Tnnn lgK-b1T-11lgK lgKi_i1TiT b 2n 11 TTi1i通过列表计算通过列表计算:-T T1/T1/T11TiTgKgKlg Ki lg K(11）*(*(lg Ki lg K）TiT(11）TiT298298 0.000.003636 0.00.0011011-.63.63-0.9-0.93 3 0 0 0 0-3.-3.50500.0.5 53 3330330005005308308.0.032320 02.2.1 10.0180.0180.4410.4410.8580.858-0.0-0.00.000.000210210 0-0.-0.0002600026.0000.00004 4-0-00020020 00.0000.0000001210001210 00 00250250 00.0.00000000036000360.0.000000100000011 10.000000.00000030303030 0 3 33 3 0.003190.00319-2.294-2.29400000.0.0 01 1-0.0-0.00 03 38 8-1.877-1.8771 1b 0 00160160 0 0000-13.67-13.67-0.0-0.01 10 0T15 11*lg Kilg K2.40104iT 7.921032853.0310 11 T 1Tia lg K b*1 2.7357.921030.00325 23.0T7.92103 23.0所以所以 lglgK K 1 1T T的关系式为的关系式为:lgK TrHmrSm由公式由公式lg KT 可得：可得：2.303RT2.303RrHm=.2 2 0 0 3030.14141 15 5 1010 (J/mol (J/mol）5 5（2 2）、作图法：、作图法：-3 3 设一钢球的质量为设一钢球的质量为 1 1 m m,钢球密度为钢球密度为 7.857.85/m m。若测半径时，其标准误差为。若测半径时，其标准误差为 0.0150.015mmmm，测定质量，测定质量时的标准误差为时的标准误差为 0.050.05mgmg。问测定此钢球密度的精确度（标准误差。问测定此钢球密度的精确度（标准误差)是多少是多少?3 3解解:由由m3m得：得：V4R3R 33m30.010g3 0.0673cm443.147.85g/cm322 22又由：又由：mRmR7.85g/cm33 785cm33m4Rm0.010g337.85g/cm39m 350g/cm44RR0.0673cm4R得测定此钢球密度的精确度为：得测定此钢球密度的精确度为：22mRmR22785cm510g350g/cm1.5103252423cm2 0.53g/cm34 4 在在 629629 时，测定时，测定I I 的解离度的解离度,得到下列数据：得到下列数据：0 01 14,4,0.0.953,953,0 01919,.56,56,0.1930.193，0.1 0.149,49,.948,948,.954954，0.194 0.194,0.10.13838。解离度解离度与平衡常数与平衡常数K K的关系为的关系为 K 2(1 )试求试求 629 K629 K 时的时的值及其标准误差。值及其标准误差。2解解:数据大小分析可看出数据大小分析可看出 0.0.9 94 4 这个数值偏离其它数值比较大，通过计算这个数值偏离其它数值比较大，通过计算 3 3进行判断进行判断:扣除这个异常值后扣除这个异常值后 9 9 个数的平均值为：个数的平均值为：10.19530.19680.19560.19370.19490.19480.19540.19470.1938 0.19509N2xi x110.00032 0.00182 0.00062 0.00132 0.00012 0.00022 0.00042 0.00032 0N 191 0.0010因此处于因此处于(0.19(0.190-0.00-0.00 0，0.0.9509500.0.030)030)区间的测量数据属正常范围区间的测量数据属正常范围,而而.19.19这个这个数值远远超出此范围，是异常值数值远远超出此范围，是异常值,应当舍弃。应当舍弃。-所以所以:0.1950K 210.1950 0.0146721dK0.1950又 0.1869d213210.1950322KdK 0.00100.1869 0.00019d平衡常数K为:K 0.01467 0.000195 5利用苯甲酸的燃烧热测定氧弹的热容利用苯甲酸的燃烧热测定氧弹的热容 C C，其计算式为，其计算式为C C=（2 2460460+6694+6694g g）/D DC C水水式中式中,C C水水是水的比热容是水的比热容,646646和和9494 分别是苯甲酸和燃烧丝的燃烧热（分别是苯甲酸和燃烧丝的燃烧热（J J)。实验所得数据如下。实验所得数据如下:苯甲酸的质量苯甲酸的质量 G G=1.1=1.10 00.00030.0003;燃烧丝质量燃烧丝质量 g g 0200200.000.003g;3g;量热器中含水量热器中含水=9595g;g;测得温度升高值测得温度升高值为为 t t=3.140=3.140.。计算氧弹的热容及其标准误差。计算氧弹的热容及其标准误差,并讨论引起实验结果误差的主要因素。并讨论引起实验结果误差的主要因素。解解：C 26460G 6694g/t DC水26460J/g1.1800g 6694J/g0.0200g1995g4.184JK1g11639J/K3.140KC26460J/g26460J/g 8426J/gKGt3.140KC6694J/g6694J/g 2132J/gKgt3.140K26460G 6694g26460J/g1.1800g6694J/g0.0200gC 3180J/K222tt3.140KC C水 4.184J/KgDC C 2 C 2 C 2 C 2GggttDDG22228426J/gK20.0003g22132J/gK20.0003g23180J/K220.005K24.184J/Kg22g26.40.4125370 J/K18J/K则氧弹的热容为：则氧弹的热容为：C=C=6396391 1 J/KJ/K。从上面的计算得数据看，由测量温度升高值从上面的计算得数据看，由测量温度升高值 t t 而带来的误差最大而带来的误差最大,占总误差的百分比占总误差的百分比=253/(6.=253/(6.+0.+0.1+2531+2537 7)=)=%，其次是量热器中水的质量，其次是量热器中水的质量 D,D,它所带来的误差占总误差的它所带来的误差占总误差的 2 2%，所以，所以在实验中要改进对这两个物理量的测量方法，以减小实验误差。在实验中要改进对这两个物理量的测量方法，以减小实验误差。6 6 下表给出同系物下表给出同系物 7 7 个碳氢化合物的沸点个碳氢化合物的沸点(T T)数据：数据：SubstanSubstane eT Tb b/-4 4H H1010 273 2738 8 C C5 5H H1 109.09.6 6H H1414342.342.C CH H161668.68.C C8 8H H1 197.897.8C C9 92020429.2429.2 C C1010H H2222447.2447.2碳氢化合物的摩尔质量碳氢化合物的摩尔质量M M和沸点和沸点T T/K/K 符合下列关系式：符合下列关系式：T Tb b=aMaMb b要求要求:（1)1)用作图法求用作图法求和和 b b；（2)2)用最小二乘法确定常数用最小二乘法确定常数 a a 和和,并与（并与（1)1)中的结果比较。中的结果比较。解：对等式解：对等式T T=MM两边取对数得两边取对数得:lg:lgb b=lg=lga a+b lg+b lgMM,即即与与 b b成线性关系。成线性关系。依题整理数据有依题整理数据有:摩尔质量摩尔质量 M(g/M(g/o o分子式分子式T Tb b/lgTlgTb bgMgM)C CH H101058582732732.2.3743741 176762.2.9 9C C5 5H H121272723 3.4.41 186865 56 6H H1414868642.42.2.5342.534.93.93.C CH H100100368.0368.02.002.0058588 8H H8 81111397.8397.82.2.9979972.062.06C C9 9H H20201281284 49.29.22.63272.63272 21 12.2.5 510102 2424244442 22.12.15 5（1 1）作图法作图法:以以 lg lgMM 为横坐标为横坐标,lg,lgT T为纵坐标作图：为纵坐标作图：-（2 2）最小二乘法：由最小二乘法：由lg lgT T=lg=lg+b l+b lMM,得得:lgM lgMlgT lgTb lgM lgMibib2ilga lgTbblgM相关数据处理：相关数据处理：2gMgMlg MilgMlg Milg MgTgTlgTblgTblg Milg M lgTblgTbii1 1-0.-0.2 21.861.86-0-012121.1.3 3-.0.0.00.000.020.022 20 02.2.1 12.152.153.83.8i0.0.8 80 01 10.170.171 10.040.044 42.2.374374-0.121-0.1210.01440.01442.49052.4905-.0.00250.00252 253435343-0.0244-0.0244.0000.5658.56580.00710.0071.5.59 9.0064.00640 004100410.0.01690.0169.0740.07403273272.2.50500.02890.02890 00 01 17 7.1 19 90 0b0.026680.026680.0.08184081840.00120.00120 00.0.001400140.0030.0030 0.00.006 60 00.00.056065606.0.0473473lgM lgMlgTlgTb lgM lgMbi2i0.064738 0.54910.1179lga lgTbblgM a 29.517.9113.870.54911.47077两种方法的结果比较：两种方法的结果比较：7 7 用精密天平对某物质连续称用精密天平对某物质连续称 1 1次次,所得数据如下所得数据如下:0 0.,50509.1,9.1,25254 4.,25048.25048.,25048.825048.8，0404.0,.0,5 5.3,.3,25049.225049.2，504504.9,.9,250425040,0,2 20 08.88.8 mm。求测量值及测量的标准误差。求测量值及测量的标准误差。（提示：该测量系列中是否含异常数据（提示：该测量系列中是否含异常数据?试试用用 3 3法则进行判断）法则进行判断）。解解:数据大小分析可看出数据大小分析可看出 25072507.3.3 这个数值偏离其它数值比较远这个数值偏离其它数值比较远,通过计算进行判断：通过计算进行判断：-除这个数值，另外除这个数值，另外 1010 个数的平均值为个数的平均值为:m 125049.2 25049.1 225049.0325048.9325048.8 25048.9101m0.320.22 20.12030.12 0.2101测量数据在测量数据在(250(2509.1-9.1-.，25049.1+0.6)25049.1+0.6)区间是正常的，区间是正常的，而而 2507925079 3 3 这个数值大大超出范围这个数值大大超出范围,是异常值是异常值,应当舍弃。应当舍弃。所以测量结果为所以测量结果为:=25=259.19.10.20.2。8 8 实验指导书的第实验指导书的第(一一)、(二）题，第二）题，第(三三)题的第题的第 5 5、6 6、7 7 小题小题,p.30-31p.30-31。(一一)下列各数据中有多少个有效数字：下列各数据中有多少个有效数字：3.803.80；0 01010;3.1;3.1 1010；2.252.250 05 5；10.20310.203。答答:上述数据的有效数字分别是上述数据的有效数字分别是:3:380803 3 位；位；0.0100.0103 3 位位;3.1;3.1 6 63 3 位位,25251 15 53 3 位，位，10.2010.20-位。位。(二）从有效数字概念二）从有效数字概念,计算下列各题计算下列各题:1.1.992.2.lg4.42lg4.423 3=3.3.求求 5.35.3的反对数。的反对数。4.4.37.237.2543.21-1.07543.21-1.0710103 35.5.11111 12 2+221010 1.31.34 4 1010-=6.6.已知半径已知半径 r=2r=26 6c c,求圆的面积。求圆的面积。解解:1.0.9=0.80.9=0.82.lg4.42lg4.421 13 3=3=36 63.10105.5.=2.3=2.310104.4343.2+543.21-.2+543.21-1 13 3=-9=-910101 15.1.1.11111 12 21.21.210102 2+1.3043+1.304310102 2=2=29910106.S S=r r2 23 314*214*265652 2=22=220 0cmcm2 2(三）计算下列各题：三）计算下列各题：5.4103（)金属钠的蒸气压与温度的关系为金属钠的蒸气压与温度的关系为lg p(mmHg)现测定在现测定在 200200时金属钠的蒸气压，时金属钠的蒸气压，要求其要求其7.55，T相对误差不超过相对误差不超过 1%1%，测定时应控制温度的误差最大不得超过多少？，测定时应控制温度的误差最大不得超过多少？5.4103解：由金属钠的蒸气压与温度的关系式：解：由金属钠的蒸气压与温度的关系式：lg p(mmHg)7.55得得:Tln p(mmHg)5.4103 7.552.303T方程两边同时对求导：方程两边同时对求导：-1dp5.41032.303p dTT2dp5.41032.303 dTpTT5.41032.303 dT473.15TdT 26.28Tdp1%pdT26.281%TdT1%0.04%T26.28即是说在测定时应控制温度的误差最大不得超过即是说在测定时应控制温度的误差最大不得超过0 0%。(）要配制浓度为）要配制浓度为 0.0.momo L L-1-1的的 KrKr2 2CrCr2 27 7溶液溶液 1L1L，如果称量误差为，如果称量误差为 0.1%0.1%，而，而 1L1L 的容量瓶的误差有的容量瓶的误差有 1mL1mL左右，则所得的左右，则所得的 KrKr2 2r r7 7的浓度应有多少误差的浓度应有多少误差?解：配制此浓度的溶液需要解：配制此浓度的溶液需要 K KCrCr2 2O O7 7：m=0m=0molmol-1-1 1L1L294.18g294.18gmol=5mol=58g8g因称量误差为因称量误差为.1%.1%m 58.8g0.1%0.0588gnmV294.18VC11 0.0034molg1L1;m294.18V294.18g/mol1LCmC0.2mol/L2 0.2mol/LVV1L294.18V2又C C C 22则C m VmV4.0108 4108 0.0003mol/L220.0034molg1L10.0588g 0.2mol/L2220.001L22因此所得的因此所得的 K K2 2C C2 2O O7 7的浓度的相对误差为：的浓度的相对误差为：CC0.0003mol/L 0.2%0.2mol/L(）如果要求浓度的误差在）如果要求浓度的误差在.2%.2%即可，试问上述操作需用下列哪种天平既能满足要求即可，试问上述操作需用下列哪种天平既能满足要求,又可快速配好？又可快速配好？1)1)感量为感量为g g 的天平的天平;2)2)感量为感量为 0.5g0.5g 的天平的天平;3)3)感量为感量为 0 02g2g 的天平；的天平；-4)4)化学天平化学天平(可以称到可以称到1g);g);10001g);g);1000016)6)十万分之一克分析天平（可以称到十万分之一克分析天平（可以称到g)g)；1000005)5)万分之一克分析天平（可以称到万分之一克分析天平（可以称到答答:若要求浓度误差在若要求浓度误差在 0.2%0.2%即可，即是即可，即是0.000.004;4;由误差传递计算可求得此时由误差传递计算可求得此时mm001g,1g,所以选择化学天平所以选择化学天平(可以称到可以称到1）即可达到既能大大满足要求，）即可达到既能大大满足要求，又可快速配好。又可快速配好。1000-