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1、教 案2004 2005 学年 第 2 学期 院（系、所、部） 化学与环境学院 教 研 室 物理化学 课 程 名 称 物理化学实验 授 课 对 象 2002级化学教育本科生 授 课 教 师 孙艳辉、蔡跃鹏、左晓希 职 称 职 务 副教授 教 材 名 称 物理化学实验 2005年3 月 13 日 物理化学实验 课程教案授课题目（教学章节或主题）：铝的阳极氧化与着色授课类型实验课授课时间第3 8周第1-5 节教学目标或要求：一是要求学生学习铝的阳极氧化工艺，了解对金属表面处理的一般方法，二是通过对阳极氧化原理的学习，自己设计一些实验方案，了解和探讨铝在阳极氧化过程中影响氧化膜厚度和性能的各种因素。
2、教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 基本内容：一、 阳极氧化原理：防止金属腐蚀的方法之一是在金属表面形成氧化膜保护层。利用电化学方法，可以使铝或铝合金表面生成致密的优质氧化膜，能有效地提高铝的耐腐蚀性。另外，由于所形成的氧化膜存在均匀的孔隙，可以用有机染料或电解法进行着色处理，封密后色泽稳定，使铝材的应用更加广泛。这种使铝的表面氧化的电化学工艺称为铝的阳极氧化。若以Al为阳极，Pb为阴极，H2SO4溶液为电解质，电解时的电极反应为：阴极：2H+ + 2eH2阳极：Al-3eAl3+Al3+3H2OAl(OH)3 + 3H+2 Al(OH)3Al2O3 + 3 H2O (氧化膜形成)同时，由
3、于阳极反应生成的H+和电解质H2SO4中的H+都能使所形成的氧化膜发生溶解：2Al2O3 +6H+Al3+3 H2O因此，要使Al2O3氧化膜顺利形成并达到一定厚度，必须使电极上氧化膜形成的速率大于氧化膜溶解的速率，这就要求通过控制一定的氧化条件来实现。铝的阳极氧化和着色工艺要求形成的膜既有一定厚度，又要在膜上有均匀的孔隙，以保证电流的通过及将来着色。影响氧化膜形成的因素有：（1） 电解液的浓度：（2） 阳极电流密度（3） 电解槽温度（4） 氧化时间（5） 添加剂与杂质的影响另外，搅拌、电流波形等外界条件也会对氧化膜的性质、外观等产生影响。本实验根据实验室条件和课时安排，选取条件(1)、（2）
4、、（4）进行氧化膜质量的探讨。并从绝缘性能、耐腐蚀性试验、测定氧化膜厚度几方面粗略地检验氧化膜的性能。二、 着色 氧化膜的表面是多孔的，在这些孔隙中可吸附染料或结晶水。为了使铝的表面形成不同的颜色以满足装饰要求，可以在氧化膜形成后进行着色处理。着色方有：1. 有机染料着色2. 电解同时进行着色着色原理：有机染料的着色机理比较复杂，一般认为：1）有机染料只是物理吸附在氧化铝膜的表面；2）有机染料分子与氧化铝发生化学反应，这种反应可以是氧化膜与染料分子上的磺基形成共价键；与酚基形成氢键；与染料分子形成络合物等。影响着色的因素：1）氧化膜质量好坏2）着色液温度3）着色液pH值4）着色液浓度与着色时间
5、及其他因素本试验探讨温度与pH值的影响。三、 封闭由于氧化膜具有高的孔隙率和吸附性，因此很容易被污染；氧化膜染色后如果不经特殊处理，具有色泽的膜层的耐磨性能和防晒性较差。因此进行封闭是阳极氧化处理的最后一道工序。封闭原理：封闭方法：四、实验仪器药品和实验步骤略。重 点1. 氧化膜的形成机理2. 阳极氧化工艺3. 着色工艺难 点氧化膜形成后的后处理，即水封和着色条件的控制，如水的pH值，温度；着色液的温度，pH值等都会影响效果。教学手段与方法：首先回顾实验的历史，介绍律的阳极氧化处理的重要意义。介绍工业上阳极氧化处理的几种方法，介绍试验建立的依据；讲解实验的关键点。1. 首先由教师课堂讲解，检查
6、学生预习准备情况；2. 学生分组实验思考题、讨论题、作业：1. 影响成膜因素有哪些？2. 阳极氧化后为什么要进行水封处理？3. 从反应过程、膜的微观结构等综合分析各种因素对氧化膜质量和厚度的影响。参考资料（含参考书、文献等）：1. 鲍慈光 等编著。应用化学实验。北京：科学出版社，1996。2. 梁成浩，邵新荣。电镀与精饰，2000，22（1）：6。3. 张胜涛等编著. 电镀工程.北京：化学工业出版社.，2002.注：1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。授课题目（教
7、学章节或主题）：粘度法测高聚物分子量授课类型实验课授课时间第38 周第1-5 节教学目标或要求：要求学生了解测定高聚物相对分子量的方法、意义，掌握粘度法测高聚物分子量的原理、方法及其适用范围。教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 基本内容：一、 粘度法测高聚物分子量的原理：1. 粘度法测高聚物分子量的经验方程：粘度法测高聚物分子量是通过某些经验方程解决的，在不同的分子量范围及高分子溶液，经验方程式有所不同。本试验测定聚乙烯醇的分子量，通过测量其水溶液的粘度来解决，应用的经验方成为H. MarK半经验方程：h = K Ma式中h为溶液的特性粘度；M为所测高聚物的分子量；K和a为与温度、分子形状
8、、溶剂有关的参数。粘度法不能确定该值，须通过其他手段得到，可从文献查得该值。试验的关键就是如何求特性粘度。2. 介绍纯溶剂粘度ho、溶液粘度h、相对粘度hr、增比粘度hsp以及比浓粘度、比浓对数粘度的概念及物理意义。3. 粘度与浓度的关系式大量实验表明，在足够稀的高聚物溶液中，有如下关系式：则，当C0时，h为溶液的特性粘度。通过作图可得到该值。4. 溶液粘度的测定：本试验采用伍氏毛细管式粘度计，其粘度测定遵循泊肃叶公式。当流出时间在2分钟左右，溶液浓度合适时，相对粘度hr = t / t0。因此，实验落脚点为分别测定纯溶剂的流出时间和不同浓度溶液的流出时间，然后作比浓粘度与浓度的图，以及做出比
9、浓对数粘度与浓度的关系图，取浓度为0的延长线，得到截据即为特性粘度值。可求出分子量。二、 仪器和试剂三、 实验步骤四、 注意事项重 点1. 粘度法测高聚物分子量的原理2. 影响测定的因素难 点高聚物溶液在粘度计中的混匀方法。教学手段与方法：首先由教师课堂讲解，检查学生预习准备情况；学生分组实验首先回顾实验的历史，介绍分子量对了解高聚物性能的重要意义。介绍粘度如何与高聚物的分子量联系起来，介绍试验建立的依据；讲解实验的关键点。学生分组实验。思考题、讨论题、作业：1. 测定相对粘度可以用近似简化式，请问需要的条件是什么？2. 各种粘度的定义及其所表示的物理意义？3. 用乌氏黏度计测量溶液的流出时间
10、时，为什么要打开C管的夹子使毛细管末端通大气？如果不打开，对流出时间测定会有什么影响？4. 影响流出时间测定准确性的因素有哪些？参考资料（含参考书、文献等）：1. 吴子生，严忠主编。物理化学实验指导书。长春：东北师范大学出版社，1995。2. 钱人元等。粘度法测高聚物分子量。化学通报，1955，7：396.授课题目（教学章节或主题）：最大气泡法测定溶液的表面张力授课类型实验课授课时间第 周第 节教学目标或要求：了解溶液的表面张力的概念，熟悉用最大气泡法测定溶液表面张力的原理和方法。教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 一、明确本次实验的目的：了解溶液的表面张力的概念，熟悉用最大气泡法测定溶液
11、表面张力的原理和方法。并进一步求出溶液的分子的横截面积。二、实验原理：1. 复习表面张力（又叫比表面自由能）的概念及其单位，复习Gibbs吸附方程和吸附现象，了解三类不同物质在溶液中的吸附曲线及其产生原因。学会通过表面张力与溶质的关系曲线来求出某个浓度时溶液的表面张力；2. 利用Langmuir方程，求出最大吸附量；并了解最大吸附量是通过作图的方式求出；3. 介绍实验装置图，并了解最大气泡法测定溶液的表面张力的实验装置原理。三、实验步骤1. 连接仪器，并检查装置的气密性；2. 按照书上要求，配置不同浓度的正丁醇；3. 恒温；4. 测定装置的仪器常数：用已知表面张力的蒸馏水来测定，注意控制气泡产
12、生的速度，当气泡刚脱离毛细管口的一瞬间，压力差达到最大值，记录压力计的读数；5. 测待测溶液的表面张力，画表面张力与浓度的关系图；，并用作图方法计算对应浓度下的吸附量；6. 用作图方法求出最大吸附量；7. 利用公式，计算正丁醇分子的横截面积。重点：熟悉用最大气泡法测定溶液表面张力的方法。难点：最大气泡法测定溶液的表面张力的实验装置原理。教学手段与方法：先从复习表面张力（又叫比表面自由能）的概念入手，复习Gibbs吸附方程和吸附现象，了解三类不同物质在溶液中的吸附曲线及其产生原因，然后介绍本次实验通过测定正丁醇的表面张力的方法求出其分子的横截面积，再让学生自己观察本次实验的仪器设备，然后讲解最大
13、气泡法测定溶液的表面张力的实验装置原理。然后介绍本次实验的关键之处，最后让学生分组实验。思考题、讨论题、作业： 课后根据课堂讲解和实验操作，总结实验现象，记录实验数据并处理实验数据，分析实验产生误差的可能之处，完成实验报告。参考资料（含参考书、文献等）：1. 物理化学实验，吴子生，邓希贤，高等教育出版社。2. 物理化学实验，李星华等，自编校内教材。授课题目（教学章节或主题）：洗涤剂的配制授课类型实验课授课时间第 周第 节教学目标或要求：了解洗涤剂的洗涤机理，掌握洗涤剂用表面活性剂的分类、在配方中所起的作用，了解洗涤剂配方的发展趋势。教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 一、明确本次实验的目的
14、：掌握洗涤剂用表面活性剂的分类、在配方中所起的作用，了解洗涤剂配方的洗涤力的测定方法。二、洗涤机理：掌握污垢的两种分类：固体微粒污垢和油污，了解不同的污垢和固体表面，其洗涤机理也不同。三、洗涤剂用表面活性剂的分类及作用1. 按照结构特点可将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型、高分子型、特殊类型的表面活性剂；2. 每种表面活性剂在配方中所起的作用及发展趋势；3. 洗涤剂配方中辅助组分的类型及其在配方中所起的作用；四、洗涤力的测定 介绍两种洗涤力的测定方法，一种为人工污垢测定去污能力，另一种是采用自然污垢的方法测定去污力，掌握白度仪的使用方法。重点：了解不同的污垢和固体表面，其洗涤机理也不同。难点：洗涤剂用表面活性剂的分类及作用。教学手段与方法：课前要求每位学生自己查找一个洗涤剂的配方，课堂上先从复习污垢的种类入手，介绍两类不同的污垢，在此基础上讲解这两类污垢的不同洗涤机理；然后
