物理化学实验理论课 ( 一）

1. 物理化学实验理论课(一）

2. 物理化学实验理论课(一）

3. 教材：《物理化学实验》 （第 三 版） 复旦大学等 编 高等教育出版社

4. 内容 • 实验目的、要求及考评 • 实验内容安排及有关说明 • 误差理论与数据处理 • 物理化学实验室安全知识

5. 实验内容 • 实验理论讲授 • 基本实验技术与仪器操作 • 实验项目

6. 实验内容 实验一 理论课一：误差分析和数据处理 实验二 理论课二：温度的测量和控制 实验三 电学测量技术及仪器使用 实验四 光学测量技术及仪器使用 实验五 恒温水浴的组装及其性能测试 实验六 凝固点降低法测定摩尔质量 实验七 弱电解质的电离常数测定 实验八 溶解热的测定 实验九 丙酮碘化 实验十 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

7. 实验内容 实验十一 纯液体饱和蒸汽压的测定 实验十二 粘度法测高聚物分子量 实验十三 二组分金属相图的绘制 实验十四 双液系的气-液平衡相图 实验十五 最大泡压法测定溶液的表面张力 实验十六 B-Z震荡反应－－选做 实验十七 结构化学测量技术(一)—选做 实验十八结构化学测量技术(二)—选做

8. 物理化学实验课目的 • 提高对物理化学原理的理解和应用能力 • 掌握物理化学实验的基本方法和技能 • 培养正确分析处理实验数据的能力 • 培养良好的实验习惯

9. 实验要求与考评 • 认真预习，并完成预习报告(25) • 规范操作、仔细观察、忠实记录(25) • 独立、按时、认真完成实验报告(50)

10. 实验预习报告(25) • 整洁（5） • 实验目的、实验原理 (5)： 不要照抄书本，一页左右 • 仪器药品：可以先空着 • 实验步骤：(5)： 简明 • 原始数据记录表(10)

11. 实验过程（25） • 实验态度（5）（迟到、早退、看无关书报、说笑打闹、大声喧哗） • 实验操作（10）（规范、安全、整洁） • 实验结果（10）（原始实验数据记录、实验现象及异常记录）

12. 实验记录 • 记录内容：实验日期、条件（温度、压强等） 实验现象、数据 • 忠实、准确，不能伪造、涂改数据 • 使用钢笔或圆珠笔，不能用铅笔！ • 对错误的记录，可在错误上划一条删除线，再写上正确记录。

13. 实验报告 • 实验目的、原理、同组实验者、指导教师、日期、条件 （温度、压强等） （5分） • 主要仪器（装置图）、设备、药品、 步骤（5分） • 实验原始数据，数据处理（20分） • 结论∶ （5分）定性、定量 • 讨论∶ （15分）书后思考题 实验现象的解释 实验中重要注意事项 误差分析 • 手写，独立完成！

14. 实验安全 • 安全使用水、电、高压气体、药品 • 严格按照仪器操作规范操作 • 不随便增、减药品用量

15. 分工合作 • 合理分工（按仪器套数） • 相互配合（读数、计时、加样、记录）

16. 实验时间安排 • 实验当天检查预习报告和交前一次实验报告。实验报告由课代表收齐后，按学号顺序排好，交到实验老师处. • 实验开始前不准操作实验仪器。 • 检查预习情况及讲解实验15-30分钟左右。 • 实验完成后，在仪器使用记录本上认真填写仪器使用记录 • 教师检查实验记录和结果,在签到簿签字后方能离开实验室 • 值日生打扫卫生

17. 误差理论与数据处理

18. 误差理论与数据处理 甲：1.4 乙：1.52 例1:谁的结果更准确？ (1)

19. 谁的结果更准确？(2) 甲: 平均1.56 乙: 平均1.514

20. 误差理论与数据处理 物理化学实验是研究物质的物理性质以及这些物理性质与其化学反应间关系的一门实验科学。在实验研究工作中，一方面要拟定实验的方案，选择一定精度的仪器和适当的方法进行测量；另一方面必须将测得的数据加以整理归纳、科学地分析，并寻求被研究体系变量间的关系规律。但由于仪器和感觉器官的限制，实验测得的数据只能达到一定程度的准确性。因此，在着手实验之前了解测量所能达到的准确度，以及在实验以后合理地进行数据处理，都必须具有正确的误差概念。在此基础上通过误差分析，寻找适当的实验方法，选用最适合的仪器及量程，得出测量的有利条件。

21. 测量值、真值和平均值 通过仪器测量某种物理量，仪器所示值即为测量值，在一定条件下，被测物理量客观存在的值成为真实值（真值）。对于被测物理量，真值通常是个未知量，由于误差的客观存在，真值一般是无法测得的。 测量次数无限多时，根据正负误差出现的概率相等的误差分布定律，在不存在系统误差的情况下，它们的平均值极为接近真值。故在实验科学中真值的定义为无限多次观测值的平均值。 但实际测定的次数总是有限的，由有限次数求出的平均值，只能近似地接近于真值，可称此平均值为最佳值（或可靠值）。

22. 真值与测量值 • 算术平均值 • 最可几值 • 中值

23. 常用的平均值有下面几种： 设x1、x2、…、xn为各次的测量值，n 代表测量次数 （1）算术平均值 这种平均值最常用。

24. （2）均方根平均值

25. （3）几何平均值

26. （4）加权平均值

27. 误差分类 测量值与真值之间的差值称为测量误差（简称误差） • 系统误差 • 偶然误差 • 过失误差

28. 误差的产生 测量值与真值之间的差值称为测量误差（简称误差） （1）系统误差: 系统误差是由某些固定不变的因素引起的，这些因素影响的结果永远朝一个方向偏移，其大小及符号在同一组实验测量中完全相同。实验条件一经确定，系统误差就是一个客观上的恒定值，多次测量的平均值也不能减弱它的影响。误差随实验条件的改变按一定规律变化。系统误差主要是因为实验方法本身的限制，使用的仪器不够精确以及实验者个人的习惯所引起的主观误差等因素所造成的，通过改进仪器和实验装置，以及提高测试技能等方法可以减小系统误差。

29. 系统误差 • 由于仪器、方法及环境等引起 • 包括不变系统误差和可变系统误差 • 在相同条件下，测量误差的大小和符号不变 • 条件改变时，按照某一规律变化 • 分析每个实验存在的系统误差可能来源 • 尽力减小系统误差

30. 偶然误差 （2）偶然误差： 它是由某些不能预料的因素所造成的。在相同条件下做多次测量，其误差数值是不确定的，时大时小，时正时负，没有确定的规律，这类误差称为随机误差或偶然误差。这类误差产生原因不明，因而无法控制和补偿。若对某一量值进行足够多次的等精度测量，就会发现随机误差服从统计规律，这种规律可用正态分布曲线表示。随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋近于零，所以多次测量结果的算术平均值将更接近于真值。

31. 偶然误差 随机误差 • 大小和符号一般服从正态分布规律 • 可多次测量，取平均值使之减小 • 有界性，对称性 • 抵偿性，单峰性

32. 过失误差 （3）过失误差 过失误差是一种与实际事实明显不符的误差，过失误差明显地歪曲试验结果。误差值可能很大，且无一定的规律。 它主要是由于实验人员粗心大意、操作不当造成的，如读错数据，记错或计算错误操作失误等。 在测量或实验时，只要认真负责是可以避免这类误差的。存在过失误差的观测值在实验数据整理时应该剔除。

33. 精密度和准确度 • 精密度：表示测量结果的随机（偶然） 误差的大小 • 准确度：测量值与真值之间的符合程度。它是测量中所有系统误差和随机误差的综合影响结果。又叫精确度，精度，准确性。

34. 绝对误差和相对误差 （1）绝对误差 绝对误差=测量值-真值 对于多次测量的结果，使用平均误差的概念：

35. 绝对误差和相对误差 (2)相对误差 相对误差=绝对误差/真值X100% 同样对于多次测量，相对平均偏差：

36.  =  |di|2/（n-1） di = xi - x （3）标准误差用数理统计方法处理实验数据时，常用标准误差（均方根误差）来衡量精密度。 标准误差：

37. （4）平均值的偶然误差 • 平均值的偶然误差与测量次数n的平方根成反比。 平均=  / n

38. 偶然误差的计算 • 平均误差  = |di|/n di = xi - x

39. （5）或然误差p • 在一组测量中若不计正负号，误差大于p的测量值与误差小于p的测量值将各占测量次数的50% p:: = 0.675 : 0.799 : 1.00

40. x  或x  • 相对误差 相对= / x 100% 相对=  / x 100% 测量结果精度的表示方法

41. 谁的结果更准确？(2) 甲: 平均1.56 乙: 平均1.514

42. 谁的结果更准确？(3) • 丙重复进行500次实验后平均值：1.533

43. 谁的结果更准确？（4）

44. 例2：双液体系 • 请用不同温度的折射率数据，估算其温度系数。如不恒温，对折射率数据影响如何？ 温度系数为–0.0004/oC 相对误差(？) = 0.0004/1.3605 100% = 0.03% 乙醇折射率1.3605; 环己烷折射率1.4255 n = 1.4255 – 1.3605 = 0.065 0.0004/0.065 100% = 0.6%

45. 几点注意 1）被测对象稳定不变时，仪器变动，则就表 征测量仪器的重复性或分散性。 2）被测对象变动，仪器不变时，则就表征被 测对象的波动性或稳定性。 3）被测对象和仪器都变动时， 是两者变动 性的综合效应。 4）要注意仪器的灵敏阈。如，计数式仪器在 1以内不能分辨。

46. 过失误差 • 又称粗大误差，由于实验者的错误引起的，应该避免！ • 含有过失误差的测量值称为坏值或异常值，应当剔除！

47. 可疑测量值的舍弃 • 3 方法：统计结果表明测量结果的偏差大于3σ（平均误差）的概率不大于0.3％ • 4d（相对误差）方法：

48. 误差分析 一切物理量的测定，可分为直接测量和间接测量两种。直接表示所求结果的测量称为直接测量，如用天平称量物质的质量，用量筒测量液体的体积等。若所求结果为数个测量值以某种公式计算而得，则这种测量称为间接测量。在间接测量中，每个直接测量值的准确度都会影响最后结果的准确性。 通过误差分析，我们可以查明直接测量的误差对结果的影响情况，从而找出误差的主要来源，以便于选择适当的实验方法，合理配置仪器；寻求测量的有利条件

49. 仪器的精密度 误差分析限于对结果的最大可能误差的估计，因而对各直接测量的量只要预先知道其最大误差范围就够了。当系统误差已经校正，而操作控制又足够精密时，通常可以用仪器读数精密度来表示测量误差范围。 如果没有精度表示，对于大多数仪器来说，最小刻度的1/5可以看作其精密度，如玻璃温度计、液柱式压力（压差）计等。

50. 气压计的读数 温度计读数