教案-溶液表面吸附及表面張力的測定

物理化學(xué)實驗課程教案實驗名稱：溶液中的吸附作用及溶液外表張力的測定實驗類型驗證性教學(xué)時數(shù)3每組人數(shù)3實驗?zāi)康募耙螅?、掌握最大氣泡法測定不同濃度乙醇溶液外表張力的原理與方法。2、了解外表張力的性質(zhì)，外表自由能的意義以及外表張力和吸附的關(guān)系。3、利用吉布斯公式計算不同濃度下乙醇溶液的吸附量，進(jìn)而求出乙醇分子的外表積與飽和吸附分子層厚度。教學(xué)重點：吉布斯吸附公式；朗繆爾等溫吸附方程；吸附量；分子的截面積；分子層厚度。超級恒溫槽的調(diào)節(jié)；儀器毛細(xì)管常數(shù)的測定；乙醇溶液外表張力的測定；水和乙醇溶液折射率的測定等。教學(xué)難點：超級恒溫槽的使用；阿貝折射儀的使用及溶液折射率的測定；精密微壓差壓壓力計的使用；外表張力測定裝置的使用及溶液外表張力的測定等。教學(xué)內(nèi)容及過程〔一〕檢查實驗預(yù)習(xí)報告〔二〕上次實驗存在的問題〔三〕實驗根本操作1、梯度溶液的配制2、外表張力儀的使用3、外表張力的測定4、阿貝折光儀的使用5、折光率的測定〔四〕實驗內(nèi)容及步驟1.配制乙醇溶液：粗略配制體積百分比濃度為5%、10%、20%、30%、40%的乙醇水溶液各50ml。使用阿貝折光儀測定各溶液及蒸餾水的折光率。2.測定毛細(xì)管半徑：將玻璃器皿認(rèn)真洗滌干凈，在測定管中注入蒸餾水，使管內(nèi)液面剛好與毛細(xì)管口相接觸，安裝外表張力測試系統(tǒng)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄之前要檢查系統(tǒng)的氣密性。慢慢翻開滴液瓶活塞，控制滴液速度，數(shù)字壓力計讀數(shù)由小增大至一相當(dāng)大的數(shù)值時，關(guān)閉滴液瓶活塞，假設(shè)數(shù)字壓力計讀數(shù)在1-2分鐘內(nèi)根本穩(wěn)定，說明系統(tǒng)的氣密性良好才可以進(jìn)行測量，否那么應(yīng)檢查各玻璃磨口處或其它接口。進(jìn)行測量時，同樣慢慢翻開滴液瓶活塞，控制滴液速度，觀察到數(shù)字壓力計讀數(shù)由小增大，至最大值后即下降至最小，記錄最大值，重復(fù)記錄3次。取平均值。3.測量乙醇溶液的外表張力：按步驟2，分別測得不同濃度的乙醇溶液，從稀到濃依次進(jìn)行。每次測量前必須用少量被測液洗滌測定管，尤其毛細(xì)管局部，確保毛細(xì)管內(nèi)外溶液濃度一致。4.實驗完畢，使系統(tǒng)與大氣相通，關(guān)掉電源，洗凈玻璃儀器?，F(xiàn)象記錄：5-10s一個氣泡〔五〕提問1、用最大氣泡法測定外表張力時為什么要讀最大壓力差?答：2、如果毛細(xì)管末端插入溶液中進(jìn)行測量行嗎？為什么？答：〔六〕數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理1．毛細(xì)管常數(shù)的測定：△pmax/KPa123平均值-0.755-0.756-0.754-0.755查表得，在20℃時純水的外表張力σ=72.75mN·m-1，根據(jù)公式△p=2σ求出毛細(xì)管半徑R=1.927×10-4m，進(jìn)而求出毛細(xì)管常數(shù)K′=-1.022*10-4N·m-12.測定乙醇溶液數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理結(jié)果：百分比〔%〕0510203040折光率〔nD〕1.33101.33411.33551.34291.34751.3521△pmax/KPaP1-755-649-553-458-387-347P2-756-647-552-455-391-348P3-754-646-553-460-387-347p-755-646-553-458-388-347真實值〔%〕05.53708.129621.833330.351838.8703c/mol/L01.11841.7384.6696.4908.311σ/N/m7.2744*10-56.2242*10-55.3281*10-54.4128*10-53.7383*10-53.3433*10-5(dσ/dc)T-0.0088-0.0125-0.0101-0.0030-0.0020-0.0022Г06.072*10-67.202*10-65.747*10-65.325*10-67.502*10-6c/Г—0.195*1060.241*1060.812*1061.219*1061.107*106作無水乙醇含量〔%〕——折光率〔nD〕工作曲線，根據(jù)工作曲線，求出無水乙醇溶液的真實含量。然后，計算混合溶液的密度，依據(jù)液體混合物密度計算公式：式中，——混合溶液密度，g/mL——純潔液體密度，g/mL——純潔液體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)3.圖像處理及誤差計算圖1σ~c曲線及其擬合曲線式中，Γ——氣液界面上吸附量〔mol/m2〕；σ——溶液的外表張力〔N/m〕T——絕對溫度〔K〕；c——溶液濃度〔mol/m3〕R——氣體常數(shù)〔8.314J/mol·K〕圖2乙醇吸附量隨濃度變化曲線圖像分析：吸附量隨溶液濃度的增大呈現(xiàn)出，先上升后下降的趨勢，與理論根本相符。假設(shè)以—c作圖可得一直線，由直線斜率即可求出飽和吸附量。飽和吸附量Г∞=6.37196E-6mol/m2假設(shè)在飽和吸附情況下，無水乙醇分子在氣液界面上鋪滿單分子層，那么可以用下式求得無水乙醇分子的橫截面積Am式中，N——阿佛加德羅常數(shù)，6.02×1023代入公式計算得乙醇分子的橫截面積為：Am=2.60*10-19課后小結(jié)：本次實驗課程重點先介紹這套儀器的工作原理，解釋如何生成氣泡，生成的氣泡的要領(lǐng)是什么。由于整個裝置比擬難搭建，所以我做出示范，搭好