表面张力的测定实验报告分析

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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

(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
(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,这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新
的表面,则需要对其做功。功的大小应与成正比:-W=
AAA

2、
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“吸附”。显
然,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。Gibbs用热力学的方法推导出它们间的关系式

(1)当时,>0,溶质能减少溶剂的表面张
T
cRT

c
)(




0




T
c

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

叫表面活性物质。(2)当时,<0,溶质能增加溶剂的表
0




T
c

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。由可知:通过测定溶液的
T
cRT

c
)(




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。
3、
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等温方程式表示:
cKcK·1

·




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、测定各浓度试剂在25℃的压强,2、根据/P=K,可用蒸馏水
的压强差求出K值,也就是毛细管常数。3、根据/P=K,可求出各
浓度的值。4、通过excel作图,作 图,可根据Г∞=1/K,求
c
c-

c

出饱和吸附量的值。

图11-4最大气泡法测表面张力装

(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10min后再进行读数测量。

二、
实验操作及原始数据表(20分)

1、
记录数据表格:

丁醇溶
液浓

mol·dm
-3

00.010.0250.050.10.150.2
0.
25
P1-0.463 -0.493 -0.468 -0.422 -0.396 -0.349 -0.324 -0.
298
P2-0.464 -0.489 -0.471 -0.419 -0.403 -0.353 -0.323 -0.
301
P3-0.455 -0.487 -0.463 -0.414 -0.393 -0.347 -0.327 -0.
294
P4-0.390 -0.438 -0.436 -0.403 -0.350 -0.315 -0.299 -0.
264
P5-0.410 -0.465 -0.423 -0.395 -0.360 -0.314 -0.304 -0.
279
P6-0.350 -0.447 -0.407 -0.331 -0.366 -0.305 -0.302 -0.
274

差读

KPa

-0.422-0.470 -0.445 -0.397 -0.378-0.331 -0.313 -0.

285

2、25℃时水的表面张力为=71.97×10-3N·m
-1
,以/P=K

求出所使用的毛细管常数。

K=== -0. 1705
P422.0

1097.71
3



三、
数据处理结果(30分)
作正丁醇的图
c
作正丁醇吸附等温线
Г∞正丁醇饱和吸附量
Г∞正丁醇饱和吸附量:Г∞=1/K=10.7372=1.356

正丁醇分子截面积So=1/Г∞ (为阿佛加得罗常数)。
~N~
N

So=1/Г∞=0.73726.0210=4.43810
~
N
23
23

容量瓶
编号
12345678

溶液浓
度mol·dm
-3
0
0.010.0250.050.100.150.200

.25
压差读
数KPa
-0.422-0.470 -0.445 -0.397 -0.378-0.331 -0.313 -

0.285
正丁醇
水溶液
*10
-3

71.9780.1475.8767.6964.4556.4453.374
8.59
正丁醇
水溶液
Γ*10
-5

0
56.05135.9258.3466.7632.4761.68
60.0

正丁醇
水溶液的
c/Γ(102)
0

0.17840.18400.19360.21430.23720.26260

.2907

= K×P= - 0.1705×-0.470=80.14×10-3N·m
-1

22

= K×P= - 0.1705×-0.445=75.87×10-3N·m
-1

33

= K×P= - 0.1705×-0.397=67.69×10-3N·m
-1

44

= K×P= - 0.1705×-0.378=64.45×10-3N·m
-1

55

= K×P= - 0.1705×-0.331=56.44×10-3N·m
-1

66

= K×P= - 0.1705×-0.313=53.37×10-3N·m
-1

77

= K×P= - 0.1705×-0.285=48.59×10-3N·m
-1

88

=63.79×10mol·m
-2

TcRTc)(2




5

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:1、将实验点连成平滑的曲线;2、过曲线上点
T
c




作曲线的切线;3、由切线的斜率得到偏导数的值。