2023年稀溶液法测定偶极矩实验报告.doc

结构化学实验报告题目：稀溶液法测定偶极矩报告作者： 学 号： 班 级： 指导老师： 实验时间：2023年11月21日 稀溶液法测定偶极矩一、 【实验目的】1. 掌握溶液法测定偶极矩的重要实验技术2. 了解偶极矩与分子电性质的关系3. 测定乙酸乙酯的偶极矩二、 【实验原理】1． 偶极矩与极化度分子结构可以近似地当作是由电子云和分子骨架（原子核及内层电子）所构成由于空间构型的不同，其正负电荷中心也许重合，也也许不重合前者称为非极性分子，后者称为极性分子192023德拜提出“偶极矩”的概念来度量分子极性的大小，其定义式为 ①式中，q是正负电荷中心所带的电量；d为正负电荷中心之间的距离；是一个矢量，其方向规定为从正到负因分子中原子间的距离的数量级为10-10m，电荷的数量级为10-20C，所以偶极矩的数量级是10-30C·m通过偶极矩的测定，可以了解分子结构中有关电子云的分布和分子的对称性，可以用来鉴别几何异构体和分子的立体结构等极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向某个方向的机会均等。

所以偶极矩的记录值等于零若将极性分子置于均匀的电场E中，则偶极矩在电场的作用下，趋向电场方向排列这时称这些分子被极化了极化的限度可以用摩尔转向极化度Pμ来衡量Pμ与永久偶极矩μ的平方成正比，与绝对温度T成反比 ②式中，k为波兹曼常数；NA为阿弗加德罗常数；T为热力学温度；μ为分子的永久偶极矩在外电场作用下，不管极性分子或非极性分子，都会发生电子云对分子骨架的相对移动，分子骨架也会发生形变这称为诱导极化或变形极化用摩尔诱导极化度P诱导来衡量显然，P诱导可分为两项，即电子极化度Pe和原子极化度Pa，因此 P诱导 = Pe + Pa ③假如外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关当处在频率小于1010HZ的低频电场或静电场中，极性分子所产生的摩尔极化度P是转向极化、电子极化和原子极化的总和 P = Pμ+ Pe +Pa ④如何从测得的摩尔极化度P中分别出Pμ的奉献呢？介电常数事实上是在107HZ一下的频率测定的，测得的极化度为 Pμ+ Pe +Pa。

若把频率提高到红外范围，分子已经来不及转向，此时测得的极化度只有Pe和Pa的奉献了所以从按介电常数计算的P中减去红外线频率范围测得的极化，就等于Pμ，在实验上，若把频率提高到可见光范围，则原子极化也可以忽略，则在可见光范围： Pμ =P -( Pe +Pa) ≈ P - Pe ⑤ 2. 摩尔极化度的计算摩尔极化度P与介电常数 ε 之间的关系式为 ⑥式中，M为被测物质的摩尔质量；ρ 为该物质的密度；ε 是介电常数但式⑥是假定分子与分子间没有互相作用而推导得到的所以它只合用于温度不大低的气相体系，对某种物质甚至主线无法获得气相状态后来就提出了用一种溶液来解决这一困难溶液法的基本想法是，在无限稀释的非极性溶剂中，溶质分子所处的状态和气相时相近，于是无限稀释溶液中的溶质的摩尔极化度可以看作是式⑥中的P在稀溶液中，若不考虑极性分子间互相作用和溶剂化现象，溶剂和溶质的摩尔极化度等物理量可以被认为是具有可加性因此，式⑥可以写成： ⑦式中，下标1表达溶剂；下标2表达溶质；x1表达溶剂的摩尔分数；x2表达溶质的摩尔分数；表达溶剂的摩尔极化度；表达溶质的摩尔极化度。

对于稀溶液，可以假设溶液中溶剂的性质与纯溶剂相同，则 ⑧ ⑨Hedestrand 一方面推导出经验公式，指出在稀溶液中溶液的介电常数和密度可以表达为 ⑩ ⑪因此 ⑫做ε1，2-x2图，根据式⑦由直线测得斜率a，截距ε1；作ρ1,2 -x2图，并根据式 ⑪由直线测得斜率b，截距ρ1，代入式⑫得3. 由折光度计算电子极化度Pe电子极化度可以使用摩尔折光度R代替，即 ⑬根据测量的溶液折射率n1,2作图n1.2-x2，由斜率求出c，就可以按照式⑬计算出Pe 4. 介电常数的测定介电常数是通过测定电容计算而得的假如在电容器的两个板间充以某种电解质，电容器的电容量就会增大假如维持极板上的电荷量不变，那么充电解质的电容器两板间电势差就会减少。

设C0为极板间处在真空时的电容量，C为充以电解质时的电容量，则C与C0的比值ε称为该电解质的介电常数： ε = ⑭法拉第在1837年就解释了这一现象，认为这是由于电解质在电场中极化而引起的极化作用形成一个反向电场，因而抵消了一部分外加电场测定电容的方法一般有电桥法、拍频法和谐振法，后两者为测定介电常数所常用，抗干扰性能好，精度高，但仪器价格昂贵本实验中采用电桥法实际所测得的电容C'样品涉及了样品的电容C样品和电容池的分布电容Cx两部分，即 C'样品 = C样品 + Cx ⑮对于给定的电容池，必须先测出其分布电容 Cx可以先测出以空气为介质的电容，记为C'空 ，再用一种已知介电常数的标准物质，测得其电容C'标 C'空 = C空 + Cx C'标 = C标 + Cx 又由于 ε标 = ≈可得 Cx = C'空 － ⑯ C0 = ⑰计算出 Cx 、C0 之后，根据式⑥和式⑮可得样品的介电常数： ε溶 = ⑱5. 偶极矩的计算 通过上述环节分别计算出 、之后，根据式②可得：⑲ 三、 【仪器与试剂】1.仪器电容测量仪、25mL容量瓶，移液管、电子天平、阿贝折射仪、滴管、烧杯、洗耳球、干燥器等。

2.试剂乙酸乙酯 分析纯环己烷 分析纯丙酮 分析纯四、【实验环节】1. 溶液配制将四个干燥的容量瓶编号，称量并记录空瓶重量在空瓶内分别加入1.0mL、2.0mL、3.0m、4..0mL的乙酸乙酯再称重然后加环己烷至刻度线，称重操作时应注意防止溶质、溶剂的挥发以及吸取极性较大的水汽为此，溶液配好以后应迅速盖上瓶塞，并置于干燥器中2. 折射率的测定用阿贝折射仪测定环己烷及配制溶液的折射率，注意测定期各样品需加样两次，读取数据，计算时取平均值3. 介电常数的测定本实验采用环己烷作为标准物质，其介电常数的温度公式为：ε环 = 2.023-0.0016(t-20)式中，t为温度，℃打开电容测量仪，待读数稳定后，记录空气的电容值分别测量纯环己烷和配制的4个样品溶液的电容，记录测量的数据每个样品测量两次，计算时取平均值测量一个样品后，需用滤纸把残留样品吸干，才干继续性测量 五、【数据解决】1.数据登记表乙酸乙酯C4H9OH,分子量:88环己烷C6H12,分子量:84表一：溶液配制　1.0ml2.0ml3.0ml4.0ml空瓶(g)24.4578 24.6042 24.6490 30.5122 空瓶+乙酸乙酯(g)25.3538 26.3824 27.3317 34.0684 空瓶+乙酸乙酯+环己烷(g)43.7927 44.0754 44.2247 50.2351 溶液中乙酸乙酯质量(g)0.8960 1.7782 2.6827 3.5562 溶液中乙酸乙酯尔数(mol)0.0102 0.0202 0.0305 0.0404 溶液中环己烷质量(g)18.4389 17.6930 16.8930 16.1667 溶液中环己烷摩尔数(mol)0.2195 0.2106 0.2023 0.1925 乙酸乙酯摩尔分数x20.0443 0.0875 0.1316 0.1735 溶液质量(g)19.3349 19.4712 19.5757 19.7229 溶液密度(g/ml)0.7734 0.7788 0.7830 0.7889 表二：折射率测定在28℃时，纯水的理论折射率为1.3322，实验时室温为28.0℃。

测得水的折射率为1.3335，即实际测得值比理论值偏高0.0013以下测量数据已校正：　环己烷1.0ml2.0ml3.0ml4.0mlnI1.4216 1.4194 1.4162 1.4136 1.4117 nII1.4218 1.4196 1.4164 1.4134 1.4115 n平均1.4217 1.4195 1.4163 1.4135 1.4116 表三：电容测定空气电容(PF)：4.4 温度（℃）：27.2　环己烷1.0ml2.0ml3.0ml4.0mlC1 (PF)6.60 6.95 7.20 7.50 7.75 C2 (PF)6.60 6.90 7.20 7.40 7.75 C平均(PF)6.60 6.93 7.20 7.45 7.75 2.数据解决 2.1溶液摩尔分数x的计算　1.0ml2.0ml3.0ml4.0ml乙酸乙酯摩尔分数x20.0443 0.0875 0.1316 0.1735 2.2绘制折射率n1,2和溶液摩尔分数x2的工作曲线，并求出斜率c　n1,2x2环己烷1.4217 0.0000 0.5ml1.4195 0.0443 1.0ml1.4163 0.0875 1.5ml1.4135 0.1316 2.0ml1.4116 0.1735 斜率：-0.0603；截距：1.4218 ；相关系数：0.9942 2.3计算环己烷的介电常数。