表面张力的测定实验报告.doc

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
（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=
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:
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:
图11－4最大气泡法测表面张力装置
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s/DP=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s/DP=K，可求出各浓度的s值.4、通过excel作图,作 图，可根据Г∞=1/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：
正丁醇溶液浓度mol·dm—3
0
0。01
0。025
0。05
0。1
0.15
0。2
0.25
DP1
-0。463
—0.493
—0。468
—0。422
—0。396
-0.349
—0。324
-0.298
DP2
—0.464
-0。489
-0。471
—0。419
-0.403
—0。353
-0。323
-0。301
DP3
-0。455
-0.487
-0.463
-0.414
-0。393
—0.347
—0。327
—0。294
DP4
-0.390
-0.438
-0.436
—0.403
—0.350
-0.315
-0。299
—0。264
DP5
—0.410
-0。465
-0.423
-0。395
-0。360
-0.314
—0。304
-0.279
DP6
—0。350
—0.447
—0。407
—0.331
-0。366
-0。305
-0.302
-0.274
压差读数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s＝71.97×10-3N·m-1，以s/DP=K
求出所使用的毛细管常数.
K=== —0. 1705
三、 数据处理结果（30分）
作正丁醇的图
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）。
So=1/Г∞=0。73726.0210=4。43810
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
-0.470
-0.445
—0。397
-0.378
-0。331
-0。313
—0.285
正丁醇水溶液s *10-3
71.97
80.14
75。87
67.69
64。45
56.44
53.37
48.59
正丁醇水溶液Γ*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/Γ(102）
0
0。1784
0.1840
0。1936
0.2143
0。2372
0.2626
0。2907
s= K×DP= - 0。1705×—0。470=80。14×10—3N·m—1
s= K×DP= — 0.1705×-0.445=75。87×10—3N·m—1
s= K×DP= - 0.1705×-0.397=67。69×10-3N·m-1
s= K×DP= — 0.1705×-0。378=64.45×10-3N·m-1
s= K×DP= — 0。1705×—0.331=56。44×10-3N·m—1
s= K×DP= — 0.1705×—0.313=53.37×10-3N·m-1
s= K×DP= - 0。1705×—0.285=48。59×10—3N·m-1
=63.79×10mol·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：1、将实验点连成平滑的曲线；2、过曲线上点作曲线的切线；3、由切线的斜率得到偏导数的值。