浙江万里学院生物与环境学院 化学工程实验技术实验报告 实验名称:溶液表面张力的测定 姓名
成绩
班级
学号
同组姓名
实验日期 15 年 12 月 28 日 指导教师签字
批改日期 年 月 日
(1) 实验目的 1 、 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术 2 、 通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定,加深对表面张力、表面自由能 和表面吸附量关系的理解 3 、 学习使用 Matlab 处理实验数据
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(2) 实验原理 1 、 表面自由能:从热力学观点看,液体表面缩小是一个自发过程,这是使
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体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面 :
A ,则需要对其做 功。功的大小应与 A 成正比:
-W 二匚
A
溶液的表面吸附 :根据能量最低原理,溶质能降低溶液的表面张力时,表面层中溶 质的浓度应比溶液内部大,反之,溶质使溶液的表面张力升高时,它在表面层中的浓 度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫 在指定温度和压力下,吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。
方法推导出它们间的关系式 J (二_片⑴ 当. C T
RT cc
少溶剂的表面张力,溶液表面层的浓度大于内部的浓度,称为正吸附,此类物质叫表 S。
面活性物质。(2 2)当 . :
c T
时,丨 <o o,溶质能增加溶剂的表面张力,溶液表面 层的浓度小于内部的浓度,称为负吸附,此类物质叫非表面活性物质。由 r _
~ RT (
& )
T可知:通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓 度下溶液的表面吸附量。
饱和吸附与溶质分子的横截面积:吸附量 】浓度 C 之间的关系, 有 Langmuir K • 等温方程式表示:- M + K c2 、
3 3、 “吸附”。显然, s Gibbs 用热力学的 : :
:0 时,】
>0 0,溶质能减 4 、 最大泡压法: (3 )实验装置与流程:将燃烧热实验的主要设备、仪器和仪表等 按编号顺序添入图下面相应位置:
1 .恒温套管 2 .毛细管 3 .数字式微压差测量仪 4 .滴液瓶 5 .烧杯 6 .连接橡皮管 (4) 简述实验所需测定参数及其测定方法:
1 1、测定各浓度试剂在 C 25C 的压强,2 2、根据 ; :7.1P=K,可用蒸馏水的压强差求出 K K 值,也 就是毛细管常数。3 3、根据 d:.P=K ,可求出各浓度的 匚值。4 4、通过 l excel 作二 - C 图,作 2 - c r 图,可根据 r^=i/K ,求出饱和吸附量的值。
(5) 实验操作要点:
溶液浓度的准确性和所用毛细管、 恒温套管的清洁程度。因此除事先用热的洗液 清洗它们以外,每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们, 以保证所 测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。
并控制好出泡速度、平稳地重复 出现压力差。而不允许气泡一连串地出。洗涤毛细管时切勿碰破其尖端, 影响测 量。温度对该实验的测量影响也比较大, 实验中请注意观察恒温水浴的温度, 溶 液加入测量管后恒温 n 10min 后再进行读数测量。
、 实验操作及原始数据表 (20 分) 1 、记录数据表格: 止丁醇 溶液浓 度 mol dm -3
0 0.01 0.025 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 iP -0.463 -0.493 -0.468 -0.422 -0.396 -0.349 -0.324 -0.298 △F2 -0.464 -0.489 -0.471 -0.419 -0.403 -0.353 -0.323 -0.301 AF 3 -0.455 -0.487 -0.463 -0.414 -0.393 -0.347 -0.327 -0.294 iF 4 -0.390 -0.438 -0.436 -0.403 -0.350 -0.315 -0.299 -0.264 △F 5 -0.410 -0.465 -0.423 -0.395 -0.360 -0.314 -0.304 -0.279 AF 6 -0.350 -0.447 -0.407 -0.331 -0.366 -0.305 -0.302 -0.274
2 、 25 C 时水的表面张力为-= 71.97 X 10 -3 N • m -1 ,以二 /
P=K 求出所使用的毛细管常数。
K= = 7 「 97 10 ” = -0. 1705 . :
P -0.422
作正丁醇的二-c 图 正丁醇的 o -c
压差读 数 KPa -0.422 -0.470 -0.445 -0.397 -0.378 -0.331 -0.313 -0.285 1
"T
........
.........................................
• ... 忑卄
..........
..
9~
=0.97319
D.D5 0.25 0 1 015 0.2 正丁醇浓度 mol/l 30,00 BO.OO 7Q00 &0 00 M.M 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 三、 数据处理结果(30 分)
ro 正丁醇饱和吸附量
『 o 正丁醇饱和吸附量:
ro 1/K=1 亠 0.7372=1.356 正丁醇分子截面积 So=1/ 『 oN ( N 为阿佛加得罗常数 )
So=1/ r^N =0.7372 6.02 10 23
=4.438 10 23
容量瓶编号 1 2 3 4 5 6 7 8 溶液浓度 mol dm -3
0 0.01 0.025 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 压差读数 KPa - - 0.422 -0.47 0 -0.44 5 -0.39 7 -0.37 8 -0.33 1 -0.31 3 -0.28 5 正丁醇水溶液 -3 a *10 71.97 80.14 75.87 67.69 64.45 56.44 53.37 48.59 正丁醇水溶液 - 5 r *10 5
0 56.05 135.9 258.3 466.7 632.4 761.6 860.0 正丁醇水溶液 的 C/I X 10 2 )
0 0.1784 0.1840 0.1936 0.2143 0.2372 0.2626 0.2907
3 j= K 八
P 2 = - 0.1705 X -0.470=80.14 X 10 -
N • m 3 I 二 3 = K X 尸 3 = - 0.1705 X -0.445=75.87 X 10 -
N • m _ 二 4 = K X 尸 4 = - 0.1705 X -0.397=67.69 X 10 -3 N • m -
匚 5 = K X :
P 5 = - 0.1705 X -0.378=64.45 X 10 -3 N • m -1
系列[ 线性(系列
■3 - 1 二 6 = K X . :
P 6 = - 0.1705 X -0.33 仁 56.44 X 10 N • m c 7 = K X .- :
P 7
= - 0.1705 X -0.313=53.37 X 10 -3 N • m -
■3 - 1 二 8 = K X . :
P 8 = - 0.1705 X -0.285=48.59 X 10 3 N • m 1
囁 Gw 3 .® 10
讪• m-2
四、思考讨论题(20 分)
1. 溶液表面上的 吸附”现象是怎样表现的?为什么会出现溶液表面的吸附现 象? 答:在溶液的表面层中的物质浓度与溶液内部物质浓度不同的现象叫“吸附”。
出现表面吸附现象的原因是能量最低原理 2. 液体的表面张力大小与哪些因素有关? 答:与该液体所处的温度、压力、液体的组成以及与之共存的另一相的组成有 3. 用最大气泡压力法来测量表面张力时,毛细管尖端为何要刚好接触液面? 答:如果毛细管尖端插入液下,会造成压力不只是液体表面的张力, 还有插入部 分液体的压力。
4. 本实验结果准确与否关键决定哪些因素? 答:本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁, 毛细管应保垂直,其端部应 保持平整,溶液恒温后,体积略有改变,应注意毛细管平面与液面接触处要相切。
控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。
5. 本实验在数据处理过程中引入误差较大的处理是什么? 答:通过作图获得工 :
1 、将实验点连成平滑的曲线; 2 、过曲线上点作曲线 I 比丿 T 的切线; 3 、由切线的斜率得到偏导数的值。