溶液法测定极性分子的偶极距

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1、化学实验教学中心实验报告化学测量与计算实验Ⅱ实验名称：溶液法测定极性分子的偶极距学生姓名：学号：院（系）：年级：级班指导教师：研究生助教：实验日期：2017.05.交报告日期：2017.05.6一、实验目的1.用溶液法测定正丁醇的偶极矩；2.了解偶极矩与分子电性质的关系；3.掌握溶液法测定偶极矩的实验技术。二、实验原理1.偶极矩与摩尔极化度体系的偶极矩定义为：μ=q×d分子的偶极距可以是分子本身所固有的，也可以是在外电场作用下分子的正负电荷中心发生变化而引起的。前者成为分子的永久偶极距，记为μ0；后者称为分子的诱导偶极距，记为

2、μ1。将极性分子至于静电场或低频电场中，外电场使得极性分子克服热运动，其永久偶极矩在电场作用下趋于电场方向排列，呈现为平均偶极矩。分子极化用摩尔定向极化度P定向来衡量P定向=43πNAμ023kT=49πNAμ02kT原子、电子极化统称诱导极化，诱导偶极矩用摩尔诱导极化度P诱导来衡量。极性分子所产生的摩尔极化度P是摩尔定向极化度和摩尔诱导极化度的总和，即P=P定向+P诱导=P定向+P电子+P原子在高频电场下，极性分子的定向运动跟不上电场的变化，电子仍可以沿电场定向（电子质量很小，惯性小），此时P定向=0。因此先在高频电场下测得

3、极性分子的摩尔电子诱导极化度P电子，再在低频电场下测得极性分子的摩尔极化度P，两者相减就可以得到分子的摩尔定向极化度P定向。（忽略极性分子的摩尔原子极化率P原子）2.溶液法测定偶极矩在无限稀释的非极性溶剂的溶液中，溶质分子之间的分子作用力可以忽略不计，所处的状态和气态时相近，其摩尔极化度P2∞可以看作是P。无限稀释时溶质的摩尔极化度的公式为P=P2∞=limx2→0P2=3αε1(ε1+2)2M1ρ1+ε1-1ε1+2M2-βM1ρ1根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场作用下，透明物质的介电常数ε与光的折射率n的关系为：ε=

4、n2。可用无限稀释时溶质的摩尔折射度R2表示高频区测得的摩尔极化度，因为此时P定向=0，P原子=0，P电子=R2∞=limx2→0R2=6αn12(n12+2)2M1γρ1+n12-1n12+2M2-βM1ρ1P2∞、R2∞与溶剂和溶质的摩尔质量、摩尔分数、密度、介电常数、折射率等有关。有稀溶液的近似公式：ε溶=ε11+αx2，ρ溶=ρ11+βx2，n溶=n11-γx2以上物理量可通过测量溶液的相关物理量后，进一步由直线关系得到。由公式P定向=P2∞-R2∞=49πNAμ02kT，可得分子的永久偶极距μ0=0.0128P2∞-

5、R2∞T。6三、实验用品1.仪器：阿贝折光仪1台；比重管1只；电容测量仪1套；电子天平一台；25ml容量瓶4支；25ml、5ml、1ml移液管各一支；滴管5只；5ml针筒一支；针头一支；洗耳球1个；2.试剂：正丁醇（分析纯）；环己烷（分析纯）；蒸馏水；丙酮。四、实验步骤1.溶液的配制配制4种浓度的正丁醇—环己烷溶液，正丁醇的摩尔分数分别为0.05、0.10、0.15、0.20。操作时应注意防止溶质和溶剂的挥发以及吸收极性较大的水汽，为此，溶液配好后应迅速盖好瓶盖。2.折光率的测定在恒温（25±0.1℃)条件下用阿贝折光仪测定环

6、己烷和各配制溶液的折光率。测定时各样品需加样3次，每次读取1个数据，取平均值。3.介电常数的测定（1）先接好介电常数测量仪的配套电源线，打开电源开关，预热5min；用配套测试线将数字电常数测量仪与电容池连接起来；待显示稳定后，按下“采零”键，以清除仪表系统零位漂移，屏幕显示“00.00”。（2）电容C0和Cd的测定：采用环己烷为标准物质，其介电常数的温度公式为：ε标=2.023-0.0016(t-20)，式中，t为恒温温度（℃）。用电吹风将电容池加样孔吹干，旋紧盖子，将电容池与介电常数测量仪接通。读取介电常数测量仪上的数据。重

7、复3次，取平均值。用移液管取2mL纯环己烷加入电容池的加样孔中，盖紧盖子，同上方法测量。倒去液体，吹干，重新装样，用以上方法再测量两次，取3次测量平均值。（3）溶液电容的测量：测定方法与环己烷的测量方法相同。每个溶液重复测定3次。3次数据的差值应小于0.05pF，否则要继续复测。所测电容读数取平均值，减去，即为溶液的电容。由于溶液易挥发而造成浓度改变，故加样时动作要迅速，加样后迅速盖紧盖子。4.溶液密度的测定取干净的比重管（如右图所示）称重m0。然后用针筒注入已恒温的蒸馏水，定容，先盖紧a端的盖子，再盖紧b端的盖子（注意：千万

8、不要把顺序弄错！取下盖子时顺序相反），确定比重管外壁是干燥的以后，称重，记为m1。将比重管液体回收，用丙酮清洗并吹干。用同样的方法称量环己烷及各溶液，记为m2。则环己烷和各溶液的密度为：ρ溶=m2-m0m1-m0ρ水，ρ水25℃=0.99707gmL比重管示意图5.清洗、整理