物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)與廢棄物處理

劉 冬

（南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211816）

《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心繼《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》《儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》之后而獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，是化工學(xué)院各專業(yè)核心基礎(chǔ)課之一，同時(shí)是制藥與生命科學(xué)學(xué)院、能源科學(xué)與工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、安全科學(xué)與工程學(xué)院等學(xué)生的必修課。《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程從設(shè)立之初開始就堅(jiān)持科學(xué)的物理化學(xué)教育觀，要求物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)既能傳授物理化學(xué)知識(shí)和技術(shù)，更要訓(xùn)練科學(xué)方法和思維，還要培養(yǎng)科學(xué)精神和品德。旨在通過實(shí)驗(yàn)這種最有效的教學(xué)方式培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的適應(yīng)新世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展需要的化學(xué)人才。

文章結(jié)合南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的具體情況，選取了8個(gè)較為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)（分別為氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)、比重瓶法測量物質(zhì)的密度實(shí)驗(yàn)、電勢-pH曲線的測定實(shí)驗(yàn)、電導(dǎo)法測定表面活性劑的臨界膠束濃度實(shí)驗(yàn)、溶解熱的測定實(shí)驗(yàn)、燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)、完全互溶雙液系統(tǒng)氣-液平衡相圖的繪制實(shí)驗(yàn)、電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)），對(duì)其進(jìn)行較為細(xì)致的討論，總結(jié)了這8個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)與廢棄物處理

（1）氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)。氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)是通過靜態(tài)法測定氨基甲酸銨在不同溫度下的分解壓力，從而通過數(shù)據(jù)處理得到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：SYP-II玻璃恒溫水浴、DP-AF精密數(shù)字壓力計(jì)、緩沖儲(chǔ)氣罐、隔膜泵（分解壓）真空系統(tǒng)、硅油零壓計(jì)；需要的試劑有：新制備的氨基甲酸銨固體粉末。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：但凡真空實(shí)驗(yàn)均有一定的危險(xiǎn)性，所以在搭建真空系統(tǒng)時(shí)，必須時(shí)刻將安全放在首位，如可以設(shè)置安全瓶以及干燥管等，保證實(shí)驗(yàn)安全。在對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，嚴(yán)格按照順序進(jìn)行操作，保證實(shí)驗(yàn)安全及儀器安全，如在關(guān)閉真空泵前應(yīng)先將真空泵與大氣相通的閥門打開，否則可能會(huì)導(dǎo)致真空泵中的油倒灌，導(dǎo)致整套裝置損壞。搭建真空系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡可能減少支管以及活動(dòng)的接口，所有可能漏氣的地方必須用密封油脂小心涂好，以盡可能防止漏氣。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用過的固體粉末應(yīng)該投入到固體廢棄物收集桶中，切不可隨意丟棄。

（2）比重瓶法測量物質(zhì)的密度實(shí)驗(yàn)。比重瓶是用玻璃制成的固定容積的容器，玻璃具有不易與待測物起化學(xué)反應(yīng)、熱膨脹系數(shù)小、易清洗等優(yōu)點(diǎn)，相比于其他測定密度的方法（如比重天平法），因其準(zhǔn)確度高而被普遍采用。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：SYP-II型水浴恒溫槽、Sartorius BS124S型電子天平、比重瓶、注射液體用針筒、電吹風(fēng)機(jī)；所需的試劑有：蒸餾水、乙醇（A.R.）、鉛粒（A.R.）。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：裝有液體的比重瓶恒溫后稱量前，應(yīng)避免用手握著瓶身，以免液體溫度發(fā)生改變影響測量結(jié)果，可用手握住比重瓶的頸部；比重瓶中及毛細(xì)管中始終要充滿液體，不得留有氣泡；若出現(xiàn)毛細(xì)管中液面因液體揮發(fā)而下降，需及時(shí)在毛細(xì)管上端滴加液體；水浴恒溫槽溫度的設(shè)定不宜過高或者過低，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為依據(jù)，應(yīng)略高于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度為最佳。該實(shí)驗(yàn)中所用的鉛粒，因其對(duì)環(huán)境不友好的性質(zhì)，應(yīng)盡量回收再利用，實(shí)在無法回收利用的，應(yīng)存放于化學(xué)污染物收集桶內(nèi)，切不可與生活垃圾等混放。

（3）電勢-pH曲線的測定實(shí)驗(yàn)。在眾多氧化還原體系反應(yīng)中，其電極電勢不僅與溶液的濃度和離子強(qiáng)度有關(guān)，還與溶液的pH有關(guān)。該實(shí)驗(yàn)就是在一定濃度的溶液中，改變?nèi)芤旱膒H，同時(shí)測定電極電勢和溶液的pH，然后以電極電勢對(duì)pH作圖，就可以得到等溫、等濃度的電勢-pH曲線。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：SDC數(shù)字電位差計(jì)、pHS-25型酸度計(jì)、超級(jí)恒溫槽、夾套反應(yīng)瓶、臺(tái)秤、磁力攪拌器、鉑電極、飽和甘汞電極、玻璃電極、酸式滴定管、堿式滴定管、氮?dú)怃撈?；所需的試劑有：EDTA二鈉鹽二水化合物（A.R.）、NaOH溶液、HCl溶液、（NH4）2Fe（SO4）2.12H2O（A.R.）、（NH4）2Fe（SO4）2.6H2O（A.R.）、N2。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：夾套反應(yīng)瓶瓶蓋上涉及的裝置較多，操作時(shí)應(yīng)格外謹(jǐn)慎小心；在使用pH計(jì)進(jìn)行溶液pH值測量前，應(yīng)利用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對(duì)pH計(jì)進(jìn)行校正；用NaOH溶液調(diào)pH時(shí)，為防止產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀，應(yīng)緩慢加入NaOH溶液，并適當(dāng)提高攪拌速度。NaOH溶液和HCl溶液都具有強(qiáng)烈的刺激性和腐蝕性，可導(dǎo)致人體出現(xiàn)腐蝕傷和灼傷，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，穿戴實(shí)驗(yàn)服，佩戴橡膠耐酸堿手套，護(hù)目鏡等；如若沾染皮膚，用大量的清水徹底沖洗并就醫(yī)。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢液須倒入指定的廢液收集桶中，切不可隨意傾倒。

（4）電導(dǎo)法測定表面活性劑的臨界膠束濃度實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)采用電導(dǎo)法測定表面活性劑的電導(dǎo)率來確定CMC值。該實(shí)驗(yàn)是利用離子型表面活性劑水溶液的電導(dǎo)率隨濃度變化關(guān)系，作電導(dǎo)率（k）-濃度（c）曲線或者摩爾電導(dǎo)率（Λm）-曲線，由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)求出CMC值。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：指針式DDS-11A型電導(dǎo)率儀、SYP-II型水浴恒溫槽、電子天平、容量瓶、移液管、試管；所需的試劑有：氯化鉀（A.R.）、十二烷基硫酸鈉（A.R.）、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：配制表面活性劑溶液時(shí)，應(yīng)保證溶質(zhì)完全溶解，否則會(huì)影響所配溶液的準(zhǔn)確性；測定溶液樣品時(shí)，恒溫時(shí)間不宜過短；電導(dǎo)率儀上的電極在不使用時(shí)，應(yīng)浸泡在蒸餾水中，用時(shí)用濾紙輕輕吸干水分，不能用紙擦拭電極上的鉑黑以免影響電導(dǎo)池常數(shù)。使用過的氯化鉀溶液和十二烷基硫酸鈉溶液需倒入指定的廢液回收桶中，切不可直接倒入水槽中；使用過的濾紙等需投入到固體廢棄物收集桶中。

（5）溶解熱的測定實(shí)驗(yàn)。物質(zhì)溶解于溶劑過程的熱效應(yīng)稱為溶解熱，物質(zhì)溶解過程包括晶體點(diǎn)陣的破壞、離子或者分子的溶劑化、分子電離（對(duì)電解質(zhì)而言）等過程，這些過程熱效應(yīng)的代數(shù)和就是溶解過程的熱效應(yīng)，溶解熱包括積分（即變濃）溶解熱和微分（即定濃）溶解熱。本實(shí)驗(yàn)采用電熱補(bǔ)償法測定硝酸鉀在水中溶解過程的積分溶解熱。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：杜瓦瓶、攪拌器、電加熱器、測溫部件、小漏斗、直流穩(wěn)壓電源、電子臺(tái)秤、電子天枰、直流伏特計(jì)、直流電流表、稱量瓶、研缽、秒表、干燥器；所需的試劑有：硝酸鉀（A.R.）、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：固體硝酸鉀易吸水，故稱量和加樣時(shí)動(dòng)作應(yīng)迅速，稱量好的樣品應(yīng)保存在干燥器中；為保證硝酸鉀能在水中快速、完全溶解，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)研磨并在110 ℃條件下烘干。實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)樣品的測試是連續(xù)進(jìn)行的，一旦開始加熱就必須完成所有的測量步驟，中途不得暫停。測量過程中因加樣時(shí)間和樣品的量均是累計(jì)的，所以秒表必須一直處于計(jì)時(shí)狀態(tài)，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束方可停表。實(shí)驗(yàn)過程中需佩戴氯丁橡膠手套和護(hù)目鏡，避免呼吸系統(tǒng)接觸到粉塵，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的溶液應(yīng)倒入指定的廢液回收桶中，避免與其他類型的廢液如：還原劑、酸類、易（可）燃物等混放。

（6）燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)。燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)采用氧彈式量熱計(jì)測量苯甲酸和蔗糖的燃燒熱。測量的基本原理是將一定量的待測物質(zhì)樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時(shí)放出的熱量使卡計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用水）的溫度升高。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：氧彈量熱計(jì)、帶壓力表的氧氣鋼瓶、帶減壓閥的充氧器、電子天平、壓片機(jī)、數(shù)字式精密溫度溫差測量儀、萬用表、電吹風(fēng)、容量瓶、稱量紙、鑷子、牙簽；所需的試劑有：苯甲酸（A.R.）、蔗糖（A.R.）、鎳絲、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：燃燒樣品需干燥，受潮樣品不僅對(duì)所稱質(zhì)量有很大影響，而且不易燃燒；壓片時(shí)，松緊程度需要控制恰當(dāng)，即不能太松也不能太緊；內(nèi)筒加水時(shí)，若觀察到有氣泡逸出，說明氧彈漏氣，應(yīng)立即排除故障，重新充氧氣再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；鋼瓶使用需格外小心，開啟氧氣鋼瓶總閥前應(yīng)檢查減壓閥是否處于關(guān)閉狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)關(guān)閉總閥，排盡總閥與減壓閥連接部分的余氣。無論任何時(shí)候，高壓氣體的出口都嚴(yán)禁對(duì)準(zhǔn)人體。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)佩戴護(hù)目鏡和氯丁橡膠手套，避免對(duì)皮膚、黏膜及眼睛產(chǎn)生刺激；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，待測物的殘?jiān)拔赐耆紵逆嚱z應(yīng)投入到固體廢棄物收集桶中，切不可隨意丟棄。

（7）完全互溶雙液系統(tǒng)氣-液平衡相圖的繪制實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是以環(huán)己烷-乙醇為體系，利用乙醇和環(huán)己烷的折光率相差較大的特性，采用折光率法分析兩相的成分。因折光率是物質(zhì)的一個(gè)特征數(shù)值，它與物質(zhì)的濃度及溫度有關(guān)；溶液的濃度不同、組成不同，折光率也不同。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：超級(jí)恒溫槽、沸點(diǎn)儀、直流穩(wěn)壓電源、阿貝折光儀、溫度計(jì)、量筒、滴管；所需的試劑有：乙醇（A.R.）、環(huán)己烷（A.R.）。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：沸點(diǎn)儀只需要首次測定純液體沸點(diǎn)時(shí)需潔凈、干燥，余下測定溶液沸點(diǎn)時(shí)只要盡可能倒盡上次燒瓶中的液體，絕對(duì)不能用水清洗；實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用溶液濃度由低逐漸向高的測試方法進(jìn)行；使用阿貝折光儀時(shí)，滴管不能觸及棱鏡表面，不能用濾紙或者吸水紙擦棱鏡，可以用洗耳球吹干殘液；每次沸點(diǎn)儀中所加溶液的量盡可能相同。乙醇和環(huán)己烷均為有機(jī)試劑，對(duì)皮膚有一定的刺激性，如若沾染，需用大量清水沖洗；環(huán)己烷極易揮發(fā)和燃燒，所以在加熱時(shí)需小心謹(jǐn)慎。每測試完一組，應(yīng)將溶液倒回原廣口瓶中，提高化學(xué)試劑的利用率，減少廢液量。

（8）電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)使用電導(dǎo)率儀測量皂化反應(yīng)進(jìn)程中體系電導(dǎo)值隨時(shí)間的變化，可以監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)程，進(jìn)而可求算反應(yīng)的速率常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)所需的儀器有：指針式DDS-11A型電導(dǎo)率儀、水浴恒溫槽、秒表、移液管、錐形瓶、容量瓶、微量注射器、滴管；本實(shí)驗(yàn)所需的試劑有：乙酸乙酯（A.R.）、氫氧化鈉（A.R.）、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法：吸取所需體積的乙酸乙酯后應(yīng)迅速注入氫氧化鈉溶液中，防止乙酸乙酯揮發(fā)影響其反應(yīng)初始濃度； 氫氧化鈉溶液應(yīng)現(xiàn)場配制，防止放置時(shí)間過長因空氣中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入而影響濃度；電極不用時(shí)應(yīng)置于蒸餾水中浸泡、養(yǎng)護(hù)，實(shí)驗(yàn)測試前需用濾紙輕輕吸干電極表面的水分，不可用濾紙擦拭電極上的鉑黑。乙酸乙酯和氫氧化鈉對(duì)人的皮膚、軟組織及粘膜均有刺激性，且氫氧化鈉還有具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)佩戴護(hù)目鏡和氯丁橡膠手套；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將廢液倒入指定的廢液收集桶。

2 結(jié)語

高等院校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，因每天參與實(shí)驗(yàn)的人數(shù)與頻次較高，涉及到的化學(xué)試劑和分析儀器數(shù)量及種類眾多，而產(chǎn)生大量的液體固體廢棄物，故物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法必須引起重視，從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的師生和相關(guān)管理人員都必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)則和管理制度。文章系統(tǒng)地闡述了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常開設(shè)的8個(gè)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)與廢棄物的處理方法，有助于相關(guān)人員詳細(xì)了解物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的安全隱患，增強(qiáng)安全意識(shí)，也可以為規(guī)范科學(xué)的管理實(shí)驗(yàn)室提供一些便利和參考。