白燕 屈軍艷 孫宏元 曲江勇

【摘要】論文對形成穩(wěn)定中間化合物的二組分體系相圖實驗（硝酸鎂-水體系）進行了改進，要求學生繪制硝酸鎂—水體系的步冷曲線并繪制相圖，加深學生對熱分析法及此類相圖的理解。

【關鍵詞】硝酸鎂-水 ?二組分相圖 ?步冷曲線

【基金項目】瓊州學院2013年質(zhì)量工程項目——校級精品課程《普通生態(tài)學》。

【中圖分類號】O6-339 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0181-02

二組分固-液相圖是物理化學中相圖的一部分，現(xiàn)在的實驗課本中主要是簡單低共熔二元相圖中的鉛-錫二元金屬相圖[1-3]或鉍-錫二組分金屬相圖[4]。但該實驗的溫度很難控制，其操作不便，實驗數(shù)據(jù)誤差大[5]。因此，人們對金屬相圖的儀器方法進行了改進[5-7]。

1.改進的實驗內(nèi)容

1.1 實驗目的

掌握熱分析法的測量技術，加深對熱分析法的理解。

1.2 基本原理

當系統(tǒng)均勻冷卻時，如果系統(tǒng)中不發(fā)生相變化，則系統(tǒng)的溫度隨時間的變化是均勻的。如果在冷卻過程中發(fā)生了相變化，則由于在相變化的同時總伴隨有熱效應，系統(tǒng)的溫度隨時間變化的速率也將發(fā)生變化。[9]所以可以從系統(tǒng)溫度—時間曲線效率的變化判斷系統(tǒng)發(fā)生了相變。這種溫度—時間曲線稱為“步冷曲線”，用這種曲線研究固液平衡的方法，稱為“熱分析法”。

1.3 儀器和藥品

分析天平、酒精燈、精密溫度（溫差）儀（或溫度計）、硬質(zhì)大試管（3個）、攪拌器、停表、鐵架臺、火柴、六水合硝酸鎂（分析純）、水。

1.4 操作步驟

穩(wěn)定化合物Mg（NO3）2·6H2O附近固液相圖的繪制。

（1）將精密溫度（溫差）儀的時間提醒設為30s。

（2）準確稱量硬質(zhì)大試管的質(zhì)量，稱取7～8 g Mg（NO3）2·6H2O，置入干燥大試管中，將溫差儀的感溫探頭放入試管中，用酒精燈加熱至全部融化，然后移開酒精燈，在空氣中冷卻，并緩慢攪拌攪拌，同時每隔30s記錄一次溫度，一旦出現(xiàn)固體，記錄此時溫度，并繼續(xù)每隔30秒記一次溫度，再記錄10個數(shù)據(jù)。

（3）將（2）中Mg（NO3）2·6H2O再次熔化，加熱一段時間使水蒸發(fā)，至管中液體微黃，移開酒精燈，緩慢攪拌使其逐漸冷卻，每隔30s記錄一次溫度，一旦出現(xiàn)固體，記錄此時溫度，并繼續(xù)記錄10個數(shù)據(jù)，用濾紙吸干管口的水，稱量。

（4）稱取7～8 g Mg（NO3）2·6H2O置入另一稱量過的硬質(zhì)干燥大試管中，稱入大約0.4g水，操作同步驟（2）。

1.5數(shù)據(jù)記錄和處理

（1）計算各體系中硝酸鎂在硝酸鎂—水體系中的質(zhì)量分數(shù)

根據(jù)記錄的質(zhì)量數(shù)據(jù)，計算各個體系中硝酸鎂的質(zhì)量分數(shù)。

（2）作步冷曲線（T？鄄t圖）

以溫度T為縱坐標，時間t為橫坐標，作出各體系在冷卻過程中溫度隨時間變化的步冷曲線。

（3）作相圖

從步冷曲線中找出各個體系的相變溫度T。以相變溫度T為縱坐標，硝酸鎂的質(zhì)量分數(shù)為橫坐標，作溫度—組成圖。

2.結(jié)果與討論

步冷曲線和相圖如圖1所示，六水合硝酸鎂的凝固點為88.35℃，與文獻[2]報道的90℃較為接近。

圖1 硝酸鎂-水體系的步冷曲線（左）和相圖（右）

兩個實驗教學班共56名同學做了這個實驗，76.8 %的同學能夠正確的給出步冷曲線和相圖。少量同學分別在步冷曲線（8.9 %）和相圖（12.5 %）上出現(xiàn)了問題，只有1.8 %的同學的相圖和步冷曲線同時出錯，說明教師在此處還應做重點強調(diào)。

3.結(jié)論

改進后的實驗要求學生繪制步冷曲線，由步冷曲線找到對應組成的凝固點，并繪制穩(wěn)定化合物六水合硝酸鎂附近的二組分系統(tǒng)相圖。此實驗的不足為此方法繪制的相圖僅僅是硝酸鎂—水體系相圖的一小部分，得不到完整的相圖。

參考文獻：

[1]劉廷岳，王巖.物理化學實驗[M].北京：中國紡織出版社，2006.

[2]東北師范大學等校編.物理化學實驗[M].北京：高等教育出版社，1989.

[3]復旦大學等編.莊繼華等修訂.物理化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]袁譽洪.物理化學實驗[M].北京：科學出版社，2008.

[5]楊濤，錢文霞，汪建明，等.二元合金相圖實驗裝置的改進[J].實驗技術與管理，2007（10）：67-68.

[6]陳永寶，武少華，孫京娟，等.二元合金相圖實驗數(shù)據(jù)的自動采集與處理[J].實驗技術與管理，2006（5）：75-77.

[7]陳鳳崗，陳捷.一種實用的新型金屬相圖實驗爐[J].實驗室研究與探索，1997（4）：85-88.

[8]丑華，姚勇，游太空.低溫固液相圖的制作[J].內(nèi)江師范學院學報，2011（8）：93-96.

[9]印永嘉，奚正楷，張樹永.物理化學簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2007.

作者簡介：

曲江勇（1981-），男， 山東山東煙臺人，煙臺大學生命科學學院副教授，研究方向為動物分子生態(tài)學。