大学化学:实验室技术与分析

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例子问题

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例子问题1:产量和错误

文献上已知化合物的熔点为240摄氏度。一名科学家使用熔点仪器在230摄氏度时实验测量了这种化合物的熔点。科学家的误差百分比是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

误差百分比由以下公式给出:

在本例中,理论值为240摄氏度,实际值为230摄氏度。因此,计算误差为4.16%。计算如下:

例子问题1:色谱法

科学家想要分离和纯化一种带正电荷的小蛋白质。以下哪一种技术可以用来完成这项任务?

可能的答案:

薄层色谱法

反相色谱法

尺寸排除色谱和阳离子交换色谱

这些

正相色谱法

正确答案:

尺寸排除色谱和阳离子交换色谱

解释

尺寸排除色谱法是一种基于尺寸分离蛋白质的很好的技术,因为在柱中的珠子中有微小的孔(较小的蛋白质最后被洗脱)。阳离子交换层析法是一种很好的分离蛋白质的技术,它是基于由于柱中带负电荷的小珠(带正电荷的分子会最后被洗脱)而产生的电荷。正相色谱法和反相色谱法是基于分子极性的分离方法;在正常的相色谱法中,使用非极性流动相,以使极性亲水性分子洗脱到最后。相反,反相色谱法使用极性的水流动相,任何非极性分子都倾向于吸附在疏水珠上,使它们最后被洗脱。薄层色谱法不是一种很好的提纯物质的方法,相反,它是一种通过阐明延迟因子来指示反应进展的较好指标,

例子问题2:色谱法

在反相色谱中,越__________分子将被洗脱__________

可能的答案:

这些答案都没有

疏水的……第一个

疏水的……最后的

不止一个

亲水的……最后的

正确答案:

疏水的……最后的

解释

在反相色谱中,最后洗脱的疏水分子越多(先洗脱的亲水分子越多)。这是由于流动相是极性的,因此非极性/疏水分子吸附到固定相。相反,在正常的相色谱法中,这种技术使用了一个非极性流动相和一个极性固定相。极性固定相会吸引极性分子,因此非极性分子会先与非极性/疏水流动相一起被洗脱。

例子问题1:实验室设备

哪一种实验室设备从未被用于精确的体积测量?

可能的答案:

量筒

滴定管

容量瓶

烧杯

正确答案:

烧杯

解释

刻度圆柱体常用于测量体积量。由于它们有几个标记,所以被认为是准确的。容积烧瓶也用于精确测量液体的体积量。最后,在滴定过程中使用滴定管精确测量液体的体积。

相比之下,烧杯通常不用于测量精确的液体数量;虽然上面有标记,但这只是粗略的测量。刻度圆筒通常用来精确测量液体,烧杯用来盛液体。

例子问题1:实验室技术与分析

下列哪一种技术可以根据溶剂的沸点来分离它们的混合物?

可能的答案:

蒸馏

薄层色谱法

结晶

红外光谱法

柱层析法

正确答案:

蒸馏

解释

蒸馏的过程是用沸点来分离挥发性液体的混合物。这是通过加热混合液体,冷凝蒸发的任何东西,然后逐一过滤掉单个成分。结晶是一个时间密集的净化过程,可以形成化合物的晶体,并根据溶解度分离分子。薄层色谱是一种用于分析非挥发性混合物的快速技术,它是在一块二氧化硅(充当固定相)上进行的。柱层析是另一种分离混合物成分的提纯方法。红外光谱是一种分析技术,不是分离技术。

例子问题2:其他的实验室方法

火焰测试与量子力学中下列哪一种现象最密切相关?

可能的答案:

范德华力的作用

质量缺陷的影响

相对论

光电效应

电子屏蔽效应

正确答案:

光电效应

解释

光电效应和火焰测试都显示了被激发电子从较高的量子能级移动到较低的量子能级时释放能量的效应。质量缺陷效应指的是产生强核力所需的能量输入,强核力将原子核结合在一起。电子屏蔽是一种与成键和有效核电荷有关的效应。范德华力是弱分子力,与火焰试验显示的能量释放无关。相对论是一种物理现象,与两个物体的空间和时间以及它们彼此相对的运动有关。

示例问题3:其他的实验室方法

波长为的光子的频率是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要使用以下等式:

在那里,=光速=.光速是恒定的。

=波长(单位=米)

=频率(单位=赫兹

首先,把题目中给出了米因为光速的单位是

现在我们可以把波长和光的速度代入上面的方程,并解出频率。

示例问题4:其他的实验室方法

频率为的光子的波长是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要使用以下等式:

在哪里=光速=.光速是恒定的。

=波长(单位=

=频率(单位=

问题中给出的频率和光的速度可以代入上面的方程来求解波长。

示例问题5:其他的实验室方法

在这个频率下,无线电波的波长是多少?

可能的答案:

正确答案:

解释

为了解决这个问题,我们需要使用以下等式:

在那里,

=光速=.光速是恒定的。

=波长(单位=

=频率(单位=

首先,把因为光速的单位是米每秒。

现在我们可以把波长和光的速度代入上面的方程,并解出频率。

示例问题6:其他的实验室方法

以下哪一种方法对分离两种沸点相差很大的液体的均质混合物最有效?

可能的答案:

电泳

蒸馏

离心分离

色谱法

正确答案:

蒸馏

解释

在这个问题中,我们被要求确定一种最适合分离混合物中两种沸点不同的液体的实验室程序。

让我们检查一下答案选项中列出的每个过程,看看它们做了什么。

色谱法是一种分离混合物的方法,根据所用色谱法的类型,不同分子的粘附性不同。例如,离子交换色谱法是生物化学中经常使用的一种技术,目的是从更大的样本中分离带正电荷或负电荷的多肽。然而,色谱法并不是分离构成均匀混合物的两种液体的最佳技术。

离心是一种在溶液中分离大块颗粒的技术。由于样品以极高的速度旋转,巨大的向心力导致颗粒以不同的速率沉积,这是由于它们的物理性质(如大小、形状和重量)不同。例如,医疗保健专业人员可以对病人的血液进行离心,以确定红细胞和其他物质的不同比例。这给他们提供的信息可以帮助他们诊断病人的疾病。然而,离心法并不是分离均匀混合物中的两种液体的适当技术。

电泳是另一种分离技术。样品被添加到含有厚凝胶(如琼脂糖)的盘子中。平板的两端带相反的电荷,在两端之间产生电场。这种设置允许样品从一端到另一端通过琼脂糖凝胶。由于样品的大小和形状不同,不同的化合物将以不同的速度穿过厚凝胶。这种技术通常在生物化学中很有用,例如,科学家可以分离蛋白质或核酸,为它们提供丰富的信息。然而,这种技术对分离液体并不有用。

蒸馏就是我们要找的答案。这是一种由于沸点不同而分离两种液体混合物的技术。在这种技术中,向混合物中加入足够的热量,以使温度达到沸点较低的化合物的沸点。因此,沸点较低的液体会沸腾,而其他液体仍保持液体状态。沸腾时释放的气体被收集到另一个容器中,并冷凝回液态。蒸馏的一些变化可以使分离更有效。例如,分馏是一种分离两种沸点相近的液体的过程。在分馏式中,沸腾液体释放的气体通过柱上升。当气体上升时,一部分会在柱上凝结。这种浓缩的液体仍然含有这两种液体的一部分,但它有相对较大的比例的液体具有较低的沸点。 However, this small amount of liquid will then re-boil, turning into gas. This process keeps repeating itself, but due to even a small difference in boiling points, the gas that is given off each time will contain a progressively larger proportion of the liquid that has a lower boiling point. Thus, fractional distillation has the potential to be much more efficient than simple distillation.

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