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实验3 物质结构与性质的关系

1．实验目的

（1）了解原子光谱和原子结构的关系；

（2）了解物质结构与物质的磁性、电性、溶解性的关系；

（3）了解离子极化作用对物质键型和溶解性的影响。

2．实验原理

不同元素的原子具有不同的电子层结构，因此受到激发时，不同元素原子的电子从激发态跃迁回基态时，发射出的线状光谱波长不同，即每种元素的原子都具有自己的特征谱线。原子光谱分析法就是利用原子光谱特征谱线分析物质的元素组成，利用谱线的强弱分析元素在物质中的含量。

物质的磁性主要是由轨道中未成对电子的自旋引起的。因此，轨道中具有未成对电子的物质在外磁场中表现出顺磁性；而各轨道中的电子都成对时，电子自旋产生的磁矩相互抵消，所以物质在外磁场中表现为逆磁性。

例如Fe2+的外电子层有4个未成对电子，而 [Fe(CN)6]4-结构中无未成对电子，所以在外磁场中，Fe2+呈顺磁性，而[Fe(CN)6]4-不被磁场所吸引，为逆磁性。

极性分子由于正、负电荷重心不重合，所以在外电场作用下，就会与外电场发生异极相吸的现象；而非极性分子由于正、负电荷重心重合，在外电场中不发生作用。前者如H2O，后者如CCl4。

虽然影响物质溶解性的因素很多，但其中物质的结构和极性是一个重要的因素。一般有“相似相溶”的规律，即极性溶质相对地易溶于极性溶剂中，而难溶于非极性溶剂中，例如K2Cr2O7易溶于H2O而难溶于CCl4；非极性溶质相对地易溶于非极性溶剂中，而难溶于极性溶剂中，例如I2易溶于CCl4，而难溶于H2O。

在离子晶体中，离子间的极化作用强弱与正负离子的电荷数、半径和电子构型有关。离子极化作用越强，化学键中离子键成分减少，共价键成分增多，因而对物质的溶解度有较大的影响。例如：Ca2+和Pb2+，它们离子电荷数相同、半径相近，Ca2+是8电子构型而Pb2+是18+2电子构型，与相同阴离子的极化作用是Ca2+＜Pb2+，在水中溶解度CaCrO4＞PbCrO4。

3．仪器与试剂

仪器：分光镜，H、Na、Hg、Ne光源，台秤，永磁合金，静电起电器，酸式滴定管，烧杯，试管，表面皿。

试剂：0.01 mol·L-1 KF，0.01 mol·L-1 KCl，0.1 mol·L-1 AgNO3，0.1 mol·L-1 K2CrO4，0.1 mol·L-1 CaCl2，0.1 mol·L-1 Pb(NO3)2，KI(s)，萘，CCl4，无水乙醇，FeSO4·7H2O(s)，K4[Fe(CN)6]·3H2O(s)。

4．实验内容

（1）用分光镜观察H、Na、Hg、Ne等元素的原子特征光谱，并作记录。

（2）物质的磁性

在台秤左边托盘上放一只100 mL 的烧杯，在烧杯上放一个表面皿，右边托盘加砝码，使两边平衡，用永磁合金从上到下靠近表面皿，台秤指针不偏转。在表面皿中加入FeSO 4·7H 2O 晶体，再加砝码使台秤平衡，再用永磁合金从上到下靠近晶体（但不要接触），仔细观察台秤指针的变化。移开永磁合金后，再次观察指针的变化。

用K 4[Fe(CN)6]·3H 2O 晶体代替FeSO 4·7H 2O ，重复上面的实验，比较两者的磁性。

（3）物质的电性

图4-1 分子极性测定装置1－静电起电器；2－滴定管；3－电极；4－烧杯

在酸式滴定管中加入去离子水，将管口置

于静电起电器两极之间（图4-1）。在滴定管下

面放一只100 mL 烧杯。打开滴定管活塞，使

管中液体以细线状态流出，然后打开静电起电

器电源，观察液流方向是否偏移。

用CCl 4代替去离子水，重复上面的实验。

实验中液体可循环使用。

（4）物质的溶解性与溶质和溶剂本性之间

的关系

① 溶质、溶剂的极性

在三只试管中分别加入约0.4 g 的萘，然后

在第一只试管中加入6 mL CCl 4，第二支试管中

加入6 mL 乙醇，第三只试管加入6 mL 去离子

水，每支试管都振荡1 min ，观察萘在不同试管

里的溶解情况，以难溶、微溶、易溶记录。

用碘化钾代替萘，重复上面的实验。说明物质溶解性与溶质、溶剂极性的关系。 ② 离子极化对物质溶解性的影响

a ．在两只试管中分别加入0.5 mL 0.1 mol·L -1 K 2CrO 4溶液,然后再在一只试管中加入几滴0.1 mol·L -1 CaCl 2溶液，另一只试管加入几滴0.1 mol·L -1 Pb(NO 3)2溶液，观察现象。

b ．在两只试管中分别加入0.5 mL 0.1 mol·L -1 AgNO 3溶液，然后再往其中一只试管里加入几滴0.01mol·L -1KCl 溶液，观察现象。

根据实验结果，说明离子极化作用对物质溶解性的影响。

5．思考题

（1）物质的磁性、电性与物质结构的哪方面有关？

（2）影响物质溶解性的主要因素有哪些？