一、实验目的
1. 测定氯仿在环己烷中的介电常数和偶极矩，了解偶极矩与分子电性质的关系。
2. 测定某些化合物的折光率和密度，求算化合物、基团和原子的摩尔折光度，判断化合物的分子结构。
二、实验原理
分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的。分子呈电中性，但因空间构型的不同，正负电荷中心可能重合，也可能不重合，前者为非极性分子，后者称为极性分子，分子极性大小用偶极矩μ来度量，其定义为
μ＝qd
式中：q为正、负电荷中心所带的电荷量，单位是C；d是正、负电荷中心的距离，单位是m。μ是偶极矩，单位是(SI制)库[仑]米(C·m)。而过去习惯使用的单位是德拜(D)：
1D =1×10-18静电单位·厘米＝3.338×10-30C·m
在不存在外电场时，非极性分子虽因振动，正负电荷中心可能发生相对位移而产生瞬时偶极矩，但宏观统计平均的结果，实验测得的偶极矩为零。极性分子具有永久偶极矩，由于分子热的运动，偶极矩在空间各个方向的取向几率均等，统计值等于零。若将极性分子置于均匀的外电场中，分子将沿电场方向转动，同时还会发生电子云对分子骨架的相对移动和分子骨架的变形，称为极化。极化的程度用摩尔极化度P来度量。分子因转向而极化的程度用摩尔转向极化度P转向来表示，因变形而极化的程度用摩尔变形极化度P变形来表示。而P变形又由P电子 (电子极化度)和P原子 (原子极化度)两部分组成，于是有
P ＝P转向＋P变形＝P转向＋（P电子＋P原子）
P转向与永久偶极矩的平方μ2的值成正比，与热力学温度T成反比：
式中:NA为阿佛加德罗(Avogadro)常数；k为玻耳兹曼(Boltzmann)常数。
由于P原子在P中所占的比例很小，所以在不很精确的测量中可以忽略P原子，(2)式可写成:
P ＝P转向 ＋ P电子
只要在低频电场(υ＜1010s-1)或静电场中,测得的是P。在中频电场(υ＝1012~1014s-1) (红外频率)时，极性分子的转向运动跟不上电场的变化，故P转向=0，P ＝P变形＝P电子＋P原子。在高频电场（υ≈1015s-1）(紫外可见光)中，由于极性分子的转向和分子骨架变形跟不上电场的变化，故P转向=0，P原子=0，所以测得的是P电子。此时电子极化度可以用摩尔折射度R代替。
因此，分别在低频和中频电场下测出分子的摩尔极化度，两者相减即可得到P转向，再由(3)式计算μ。
通过测定偶极矩，可以了解分子中电子云的分布和分子对称性，判断几何异构体和分子的立体结构。
所谓溶液法就是将极性待测物溶于非极性溶剂中进行测定，然后外推到无限稀释。因为在无限稀的溶液中，极性溶质分子所处的状态与它在气相时十分相近，此时分子的摩尔极化度就可视为(5)的P。
在稀溶液当中，溶液的摩尔极化度P可用下式求出：
（1-溶剂，2-溶质，x-摩尔分数）
将(5)式代入(6)得
式中：sol代表溶液，ε1，M1，ρ1分别是溶剂的相对介电常数、摩尔质量和密度。M2为 溶质摩尔质量。
为了省去溶液密度的测量，经Guggenheim和Smith的简化与改进，得到如下公式：
介电常数测量
d1为溶剂的密度。
分子的偶极矩可按下式计算：
式中，P∞2和R∞2分别表示无限稀时极性分子的摩尔极化度和摩尔折射度(习惯上用摩尔折射度表示折射法测定的P电子)；T是热力学温度。
三、仪器与试剂
1、仪器
数字阿贝折射仪，PGM型数字小电容测试仪，电容池，超级恒温槽，密度管，电吹风，容量瓶，针筒。 2、试剂
氯仿，环己烷
四、实验步骤
1、氯仿溶液的配制
用称量法配制4个浓度的氯仿-环己烷溶液于25ml容量瓶中，各浓度分别控制在氯仿摩尔分数为0.01,0.05,0.10,0.15左右。
2、介电常数的测定
介电常数ε可通过测量电容来求算
ε ＝ C/C0
式中，C0为电容器在真空时的电容；C为充满待测液时的电容，由于空气的电容非常接近于C0，故(11)式改写成
ε＝C/C空
本实验利用电桥法测定电容，其桥路为变压器比例臂电桥，如图1所示，电桥平衡的条件是
式中，C′为电容池两极间的电容；CS为标准差动电器的电容。调节差动电容器，当C′＝CS时，uS＝uX，此时指示放大器的输出趋近于零。CS可从刻度盘上读出，这样C′即可测得。由于整个测试系统存在分布电容，所以实测的电容C′是样品电容C和分布电容Cd之和，即
C′＝C ＋Cd
显然，为了求C首先就要确定Cd值，方法是：先测定无样品时空气的电空C′空，则有
C′空 ＝C空 ＋ Cd
再测定一已知介电常数(ε标)的标准物质的电容C′标，则有
C′标 ＝ C标＋Cd＝ε标C空 ＋ Cd
由(14)和(15)式可得：
将Cd代入(13)和(14)式即可求得C溶和C空。这样就可计算待测液的介电常数。
3、测定折光率
在室温条件下用阿贝折光仪测定环己烷及各配制溶液的折光率.测定时注意各样品需加样三次,每次读取三个数据,然后取平均值.
4、测定溶液密度
使用密度管测定5个试剂的密度，所用公式为
P溶=*P水
五、数据记录与处理
原始数据见下表： 室内温度为16.40℃。
溶液编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 纯C6H12 |
ωCHCl3/g | 0.3615 | 1.5259 | 2.9019 | 4.4911 | |
ωC6H12/g | 19.2253 | 18.6152 | 17.8361 | 17.0027 | 19.5868 |
折光率n溶 | 1 | 1.4282 | 1.4287 | 1.4286 | 1.4291 | 1.4280 |
2 | 1.4283 | 1.4289 | 1.4285 | 1.4290 | 1.4281 |
3 | 1.4280 | 1.4286 | 1.4286 | 1.4289 | 1.4280 |
平均 | 1.4282 | 1.4287 | 1.4286 | 1.4290 | 1.4280 |
电容C’空/pF | 1 | 5.25 |
2 | 5.24 |
平均 | 5.25 |
C’标/2pF | 1 | 7.59 |
2 | 7.58 |
平均 | 7.59 |
C’溶/pF | 1 | 7.27 | 7.82 | 8.00 | 8.15 | |
2 | 7.19 | 7.80 | 7.99 | 8.14 | |
平均 | 7.23 | 7.81 | 8.00 | 8.15 | |
ω1/g | 23.5218 |
ω2/g | 26.6201 3.0983 |
ω3/g | 25.9245 | 26.0027 | 26.0848 | 26.1621 | 25.9030 |
| | | | | | |
（1）根据称得的氯仿和环己烷的质量，精确计算出各溶液中氯仿的摩尔分数X2
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