溶液表面张力的测定及等温吸附.docx

装 订 线实验报告课程名称： 大学化学实验P 指导老师： 成绩：_实验名称： 溶液表面张力的测定及等温吸附 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填） 四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填） 六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填） 八、讨论、心得一、实验目的和要求（1）加深理解表面张力、表面吸附等概念以及表面张力与吸附的关系。（2）掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。二、实验内容和原理本实验采用最大气泡法来测定液体表面张力仪器装置图当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。气泡的半径在形成过程中先由大变小，然后再由小变大。设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差p（即施加于气泡的附加压力）与气泡的半径R、液体表面张力之间的关系可由公式表示，即 p=2/R （1）在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大，所以压力差p则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径R等于毛细管半径r时，压力差达到最大值。因此=2/r （2）由此可见，通过测定r与，即可求得液体的表面张力。由于毛细管的半径较小，直接测量R误差较大。通常用一已知表面张力为的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为。可得被测液体的表面张力 1= 2*(p1/p2)=Kp1 （3）当加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化。溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的大。溶质使溶剂的表面张力升高时，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内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量（即溶液的浓度）有关，遵守吉布斯吸附方程： （4）式中：吸附量（mol/m2）；为表面张力（N/m）；T为绝对温度；c为溶液浓度（mol/m3）；R为气体常数，R=8.314Jmol1K1。通过实验测定相同温度下各种浓度溶液的表面张力，绘出c曲线，见下图1，将c曲线上对应某一浓度c处的斜率求出，然后代入吉布斯吸附方程，即可求出吸附量。图1表面张力与浓度的关系 图2溶液吸附等温线由图2可知，随着溶液浓度的增加，开始时增加较快，随后逐渐变缓，最终接近极限值 ，称为饱和吸附量。可以近似的看作是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质时物质量，因而通过 可以计算出每个被吸附的表面活性物质分子在表面上所占的面积 ，即： （5）式中NA为阿伏加德罗常数三、主要仪器设备仪器：表面张力测定装置1套；精密恒温水槽1套；数字式微压差测量仪1台；50mL容量瓶812个；50mL碱式滴定管1支。试剂：正丁醇（AR）；去离子水。四、操作方法和实验步骤1、准备试剂。配置0.5mol/L的正丁醇溶液250mL。2、配置溶液。将0.5mol/L的正丁醇溶液在50mL容量瓶中稀释成浓度分别为0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.09mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.2mol/L和0.24mol/L的稀溶液。3、调节恒温槽，使之恒定在所要求的温度（25）。4、仪器常数测定。用洗液洗净大试管及毛细管外壁，然后用自来水和去离子水洗之，再将适量去离子水装于洗净的大试管中，盖好带毛细管的标准磨口，防止漏气，并使毛细管尖端刚好与液面接触并保持垂直。恒温15min，缓慢打开滴液漏斗旋塞，以使气泡从毛细管尖端尽可能缓慢、均匀地鼓出，读取并记录p，连续读3次，取其平均值。5、正丁醇溶液表面张力测定。按上述方法由稀到浓测定不同浓度正丁醇溶液的p。把实验数据填入表1。五、实验数据记录和处理室温：25；大气压：103.17kPa表1 正丁醇溶液表面张力的测定表一浓度（mol/L）p (测)/Pap（均）( Pa) (N/m)Z/103(mol/m2) /106lgc/m0.004814814804810.07214000.024564574574570.068553.7341.50640.177913276.70.044324314314310.064656.9442.80130.447414279.10.064064064054060.060909.6363.88730.589615434.90.0937737535753760.0564012.695.11940.709217580.20.123523503503510.0526514.5685.87700.769220418.60.163293293283290.0493515.2486.15130.789026010.80.203023013013010.045159.035.59140.747535769.20.242842852852850.0427510.264.18260.621457380.6六、实验结果与分析查得：25时，（水）= 0.07214N/m由公式1=2*(p1/p2)=Kp1，可得仪器常数K=（水）/p（水）=0.150010 Nm-1Pa-1，从而计算不同浓度正丁醇的，填入表一中。由表1 中数据可得图3，如下：图3表面张力与浓度的关系y = 0.3261x2 - 0.1997x + 0.0721，对y求导后y = 0.6522 x 0.1997，根据浓度求出不同的，填入表一。图4 吉布斯吸附等温线图5 c/c由图5可得：=176317，即为5.671106 mol/m2。溶质分子的截面积=2.92791019m。七、讨论、心得注意事项：1.仪器系统不能漏气。 2.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。 3.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。思考题：1.毛细管尖端为何要刚好接触液面？ 答：因为如果将毛细管尖端插入到溶液内部，毛细管内会有一段水柱，产生压力P，则测定管中的压力Pr会变小，pmax会变大，测量结果偏大。 2.为何毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应注意什么? 答：毛细管半径不能太大或太小。太大，Dpmax小，引起的读数误差大；太小，气泡易从毛细管中成串、连续地冒出，泡压平衡时间短，压力计所读最大压力差不准。一般选用毛细管的粗细在测水的表面张力时Dpmax读数为500Pa800Pa。 3.如果气泡出得很快对结果有何影响？ 答：如果气泡出得很快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定，致使读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。 4.用最大气泡法测表面张力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的适用范围怎样？答：由于毛细管的半径较小，直接测量R误差较大。通常用一已知表面张力为的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为。可得被测液体的表面张力1=2*(p1/p2)=Kp1。 本实验中用DMP-2B型数字式微压差测量仪测量，该仪器可直接显示以Pa为单位的压力差。不行，试验中要求由稀到浓测定不同浓度正丁醇溶液的p，且如果用其他物质作标准物质，若有残留，对后面实验可能