表面张力测定实验报告分析

　 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

　5

　(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

　5

　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。