物理化学 - - 各个实验实验报告参考答案(10)

2020-04-03 12:45

c——溶液浓度 R——气体常数 当??????﹤0时,?>0,称为正吸附,反之,称为负吸附。?c??T前者表明加入溶质使液体的表面张力下降,此类物质叫表面活性物质,后者表明溶质使液体的表面张力升高,叫非表面活性物质。

正丁醇是一种表面活性物质,在?-c曲线上做不同浓度时的切线,把切线的斜率代入Gibbs吸附公式,可以求出不同浓度时气-液界面上的吸附量。

表面活性剂具有显著的不对称性,它是由亲水的极性部分和憎水的非极性部分构成。表面活性物质在溶液表面的排列情形随其在溶液中浓度不同而有所差异,当浓度极小时,分子平躺在溶液的表面上,而当浓度增加到一定程度的时候,被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成单分子的饱和吸附层。

在一定温度下,吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示:

?=??Kc ⑶ 1+Kc??为饱和吸附量,K为经验常数,与溶质的表面活性大

小有关。将上式转化为直线方程,有:

=⑷

c?c1+??K??

若以~c做图可得一条直线,由直线斜率可得??。在饱和吸附的情况下,正丁醇分子在气-液界面上铺满一层单分子层,则可用下式来求正丁醇分子的横截面积:

So=1 ⑸ ??NAc?NA为阿伏伽德罗常数。

当表面张力仪中的毛细管截面与欲测液面相齐时,液面沿毛细管上升。打开滴液漏斗的活塞,使水缓慢下滴而使体系内的压力增加,这时毛细管内的液面上受到一个比恒温试管中液面上稍大的压力,因此毛细管内的液面缓慢下降。当此压力差在毛细管端面上产生的作用里稍大于毛细管口溶液的表面张力时,气泡就从毛细管口逸出。这个最大压力差可以从微压差测量仪上读出。

如毛细管的半径为r,气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为πr2P最大 而

P最大=P系统-P大气压?=?h?g

式中Δh—微压差测量仪的读数;

g—重力加速度;

ρ—压力计内液体的密度。

气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为2πrσ。气泡自毛细管口逸出时,上述两种作用力看作相等,即

22?rP??r?h?g 最大r ??2?h?g

若用同一支毛细管和同个压力计,在同一个温度下,对两种溶液而言,则得

?1?h1?2?h1?K'?h1 ???h ?1??h222

式中K‘为毛细管常数。

(二)实验仪器与药品

CS501型超级恒温水浴 1台 (重庆试验设备厂);

PMP-2B数字式微压差测量仪一台 (南大应用物理研究所, 精确度:0.1%)

恒温套管 1支 ; 250ml分液漏斗 1个 ;

毛细管 1支 ; 400ml烧杯 1个 ;

100ml容量瓶 7个 ; 500ml吸滤瓶 1个 ; 0.8mol/l正丁醇溶液

20ml 、15ml 、10ml移液管 各1支。 (三)实验过程 1. 毛细管常数的测量

按实验装置图装好仪器,开恒温水浴,使其温度稳定于25℃。取一支毛细管和玻璃套管用自来水和蒸馏水清洗若干次,往玻璃套管加入蒸馏水,插上毛细管,调节液面与毛细管端口相切,恒温10分钟。在分液漏斗中加入适量的水并与吸滤瓶相连,调节分液漏斗的活塞使水滴入吸滤瓶中,细心调节使出泡速度在5~10秒内出一个,读出压差计的最高值三次,求平均。 2. 不同浓度的正丁醇溶液表面张力的测定

以0.8mol/L浓度的正丁醇溶液为基准,分别准确配制0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24、0.28mol/l的正丁醇溶液各100ml。重复上述步骤,按由稀到浓的顺序依次进行测量,得到一系列不同浓度的正丁醇溶液的压差值。

2. 结果与讨论 2.1实验结果

从附录中我们可以得到实验所得到得正丁醇的横截面积为13.2A2,文献值各种直链醇的分子截面积为0.274~0.289nm2,而本实验中测得为0.132 nm2,实验结果偏小。 2.2误差分析及讨论

⒈本实验做的结果准确与否关键在于:所用毛细管和玻璃套管的清洁程度、所用毛细管的K值、出泡的速度、配制溶液时浓度的准确性、毛细管是否垂直,端

部是否平整以及液面是否与毛细管的端面相切。所以所用毛细管和玻璃套管的清洁程度对结果的影响较大。实验前必须多次清洗仪器,在实验中也必须按照由稀到浓的顺序依次进行测量,否则误差较大。 2.毛细管的内径稍有不均匀,如果不影响出泡的速度和平稳性,对结果应该无明显影响。但如果内径变化太大或者不均匀处接近端口,使得毛细管太粗或出泡的稳定性,就会对结果产生影响。出泡速度不能太快(压力数偏低),也不能太慢(时间太长),要调节至5~10秒内出一个泡,而且应平稳地重复出现压力差。 3.毛细管的尖端只有与液面刚好接触,才满足公式 P最大=P系统-P大气压=△h?g 才能准确测量压差以计算表面张力。

4.每次换溶液后,要让样品在玻璃套管中恒温10分钟再测量,保证溶液温度与系统一致,否则引入误差。 ⒌ ?-c图形应当是当c较小时,?与c成正比,当c逐渐增大时,?趋于某一恒定值,表示吸附饱和。 ⒍ 毛细管常数如果按照下述方法计算:

K=

??h(H2O)=0.129m

本实验中所用的毛细管K=0.129m,毛细管太细,实验过程中,很难出气泡,而且不易洗干净,所以毛细管中容易有液体挂壁,页面不容易下降。所得到的最


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