【实验目的】 【实验提要】 【仪器与试剂】 【实验内容与步骤】 【思考题】 【数据处理】 【讨论】 【参考文献】 实验一 摩尔折射度的测定 【实验目的】 【实验提要】 【仪器与试剂】 【实验内容与步骤】 【思考题】 【数据处理】 【讨论】 【参考文献】
【实验目的】 1．了解阿贝折光仪的构造和工作原理，正确掌握其使用方法。 2．测定某些化合物的折光率和密度，求算化合物、基团和原子的摩尔折射度，判断各化合物的分子结构。
【实验提要】 摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分子中电子(主要是价电子)云相对于分子骨架的相对运动的结果。R可作为分子中电子极化率的量度，其定义为： (1．1) 式中 n为折光率；M为摩尔质量；p为密度。 摩尔折射度与波长有关，若以钠光D线为光源(属于高频电场，λ＝5893Ǻ)，所测得的折光率以nD表示，相应的摩尔折射度以RD。表示。根据马克斯韦尔的电磁波理论，物质的介电常数ε和折射率n之间有关系： (1．2) ε和n均与波长υ有关。将上式代入(2．1)式得： （1. 3）
ε通常是在静电场或低频电场(λ趋于∞)中测定的，因此折光率也应该用外推法求波长趋于∞时的n∞，其结果才更准确，这时摩尔折射度以R∞表示。RD和R∞一般较接近，相差约百分之几，只对少数物质是例外，例如水n2D＝1.75，而ε＝8l。 摩尔折射度有体积的因次，通常以cm3表示。实验结果表明，摩尔折射度具有加和性，即摩尔折射度等于分子中各原子折射度及形成化学键时折射度的增量之和。离子化合物其克式量折射度等于其离子折射度之和。利用物质摩尔折射度的加和性质，就可根据物质的化学式算出其各种同分异构体的摩尔折射度并与实验测定结果作比较，从而探讨原子间的键型及分子结构。
表1-1列出常见原子的折射度和形成化学键时折射度的增量（cm3·mol-1） 原 子 RD H C O(酯类) O(缩醛类) OH(醇) C1 Br I N(脂肪族的) N(芳香族的) 1．028 2．591 1．764 1．607 2．546 5．844 8．741 13．954 2．744 4．243 S(硫化物) CN(腈) 键的增量 单键 双键 叁键 三元环 四元环 五元环 六元环 7．921 5．459 1．575 1．977 0．614 0．317 —0．19 —0．15
【仪器与试剂】 试剂：四氯化碳(A．R．)；乙醇 (A．R．)；乙酸甲酯(A．R．)；乙酸 乙酯(A．R．)； 二氯乙烷(A．R．) 仪器： 阿贝折光仪 试剂：四氯化碳(A．R．)；乙醇 (A．R．)；乙酸甲酯(A．R．)；乙酸 乙酯(A．R．)； 二氯乙烷(A．R．)
【实验内容与步骤】 1．折光率的测定 使用阿贝折光仪测定上述物质的折光率。 1．折光率的测定 使用阿贝折光仪测定上述物质的折光率。 2．物质密度的测定：用电子分析天平称干燥且空体积为10 mL的容量瓶的质量，取上述物质定容到10 mL，再称重，两次质量差即为所加物质的质量，然后计算得到该物质的密度(g·cm-3)。
【数据处理】 1．求算所测各化合物的密度，并结合所测各化合物的折光率数据由(1．1)式求出其摩尔折射度。 2．根据有关化合物的摩尔折射度，求出CH2、Cl、C、H等基团或原子的摩尔折射度。
【思考题】 1．按表1-1数据，计算上述各化合物的摩尔折射度的理论值，并与实验结果作比较。 2．讨论摩尔折射度实验值的误差来源，估算其相对误差。
【讨论】 1．对于共价键化合物，摩尔折射度的加和性还可表现为分子的摩尔折射度等于分子中各化学键摩尔折射度之和。表1-2列出了一些由实验总结出来的摩尔键折射度数据（cm3·mol-1）。 键 RD C—C C—(环丙烷) C—(环丁烷) C—(环戊烷) C—(环己烷) C=C(苯环) C=C C≡ C(末端) C芳香—C芳香 C—H C—F 1．296 1．50 1．38 1．26 1．27 2．69 4．17 5．87 1．676 1．45 C—-C1 C—Br C—I C—O(醚) C—O(缩醛) C—O C=O(甲基酮) C—S C—N 6．5l 9．39 14．61 1．54 1．46 3．32 3．49 4．61 11．91 1．57 3．75 C=N O—H(醇) O—H(酸) S—H S—S N—H N—O N—N 4．82 1．66 1．80 4．80 8．11 4．94 1．76 2．43 4．00 1．99 4．12
对于同一化合物，由表1-1和由表1-2的数据求得的摩尔折射度有略微差异。 对于某些化合物，由表中数据求得的结果与实验测定结果相差较大，可能是因为表中数据只考虑到相邻原子间的相互作用而忽略了不相邻原子间的相互作用，或忽略了分子中各化学键间的相互作用。如作相应的修正，二者结果将趋于一致。 2．折射法的优点是快速，精确度高，样品用量少且设备简单。摩尔折射度在化学上除了可鉴别化合物，确定化合物的结构外，还可分析混合物的成分，测量浓度、纯度，计算分子的大小，测定摩尔质量，研究氢键和推测配合物的结构。此外根据摩尔折射度与其它物理化学性质的关系可推求出这些性质的数据。
参考文献 物理化学实验 (第二版) 东北师范大学等校编 北京: 高等教育出版社 物理化学实验 (第三版) 复旦大学等编 北京:高等教育出版社 物理化学实验 (第二版) 东北师范大学等校编 北京: 高等教育出版社 物理化学实验 (第三版) 复旦大学等编 北京:高等教育出版社 ● 周公度 段连云 结构化学基础 (第三版) 北京大学出版社