硝酸镁—水二组分体系相图实验的改进
2015-06-15白燕屈军艳孙宏元曲江勇
白燕 屈军艳 孙宏元 曲江勇
【摘要】论文对形成稳定中间化合物的二组分体系相图实验（硝酸镁-水体系）进行了改进，要求学生绘制硝酸镁—水体系的步冷曲线并绘制相图，加深学生对热分析法及此类相图的理解。
【关键词】硝酸镁-水 二组分相图 步冷曲线
【基金项目】琼州学院2013年质量工程项目——校级精品课程《普通生态学》。
【中图分类号】O6-339 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0181-02
二组分固-液相图是物理化学中相图的一部分，现在的实验课本中主要是简单低共熔二元相图中的铅-锡二元金属相图[1-3]或铋-锡二组分金属相图[4]。但该实验的温度很难控制，其操作不便，实验数据误差大[5]。因此，人们对金属相图的仪器方法进行了改进[5-7]。
1.改进的实验内容
1.1 实验目的
掌握热分析法的测量技术，加深对热分析法的理解。
1.2 基本原理
当系统均匀冷却时，如果系统中不发生相变化，则系统的温度随时间的变化是均匀的。如果在冷却过程中发生了相变化，则由于在相变化的同时总伴随有热效应，系统的温度随时间变化的速率也将发生变化。[9]所以可以从系统温度—时间曲线效率的变化判断系统发生了相变。这种温度—时间曲线称为“步冷曲线”，用这种曲线研究固液平衡的方法，称为“热分析法”。
1.3 仪器和药品
分析天平、酒精灯、精密温度（温差）仪（或温度计）、硬质大试管（3个）、搅拌器、停表、铁架台、火柴、六水合硝酸镁（分析纯）、水。
1.4 操作步骤
稳定化合物Mg（NO3）2·6H2O附近固液相图的绘制。
（1）将精密温度（温差）仪的时间提醒设为30s。
（2）准确称量硬质大试管的质量，称取7～8 g Mg（NO3）2·6H2O，置入干燥大试管中，将温差仪的感温探头放入试管中，用酒精灯加热至全部融化，然后移开酒精灯，在空气中冷却，并缓慢搅拌搅拌，同时每隔30s记录一次温度，一旦出现固体，记录此时温度，并继续每隔30秒记一次温度，再记录10个数据。
（3）將（2）中Mg（NO3）2·6H2O再次熔化，加热一段时间使水蒸发，至管中液体微黄，移开酒精灯，缓慢搅拌使其逐渐冷却，每隔30s记录一次温度，一旦出现固体，记录此时温度，并继续记录10个数据，用滤纸吸干管口的水，称量。
（4）称取7～8 g Mg（NO3）2·6H2O置入另一称量过的硬质干燥大试管中，称入大约0.4g水，操作同步骤（2）。
1.5数据记录和处理
（1）计算各体系中硝酸镁在硝酸镁—水体系中的质量分数
根据记录的质量数据，计算各个体系中硝酸镁的质量分数。
（2）作步冷曲线（T？鄄t图）
以温度T为纵坐标，时间t为横坐标，作出各体系在冷却过程中温度随时间变化的步冷曲线。
（3）作相图
从步冷曲线中找出各个体系的相变温度T。以相变温度T为纵坐标，硝酸镁的质量分数为横坐标，作温度—组成图。
2.结果与讨论
步冷曲线和相图如图1所示，六水合硝酸镁的凝固点为88.35℃，与文献[2]报道的90℃较为接近。
图1 硝酸镁-水体系的步冷曲线（左）和相图（右）
两个实验教学班共56名同学做了这个实验，76.8 %的同学能够正确的给出步冷曲线和相图。少量同学分别在步冷曲线（8.9 %）和相图（12.5 %）上出现了问题，只有1.8 %的同学的相图和步冷曲线同时出错，说明教师在此处还应做重点强调。
3.结论
改进后的实验要求学生绘制步冷曲线，由步冷曲线找到对应组成的凝固点，并绘制稳定化合物六水合硝酸镁附近的二组分系统相图。此实验的不足为此方法绘制的相图仅仅是硝酸镁—水体系相图的一小部分，得不到完整的相图。
参考文献：
[1]刘廷岳，王岩.物理化学实验[M].北京：中国纺织出版社，2006.
[2]东北师范大学等校编.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，1989.
[3]复旦大学等编.庄继华等修订.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4]袁誉洪.物理化学实验[M].北京：科学出版社，2008.
[5]杨涛，钱文霞，汪建明，等.二元合金相图实验装置的改进[J].实验技术与管理，2007（10）：67-68.
[6]陈永宝，武少华，孙京娟，等.二元合金相图实验数据的自动采集与处理[J].实验技术与管理，2006（5）：75-77.
[7]陈凤岗，陈捷.一种实用的新型金属相图实验炉[J].实验室研究与探索，1997（4）：85-88.
[8]丑华，姚勇，游太空.低温固液相图的制作[J].内江师范学院学报，2011（8）：93-96.
[9]印永嘉，奚正楷，张树永.物理化学简明教程[M].北京：高等教育出版社，2007.
作者简介：
曲江勇（1981-），男， 山东山东烟台人，烟台大学生命科学学院副教授，研究方向为动物分子生态学。
