教案-溶液表面吸附及表面张力的测定

物理化学实验课程教案实验名称：溶液中的吸附作用及溶液外表张力的测定实验类型验证性教学时数3每组人数3实验目的及要求：1、掌握最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液外表张力的原理与方法。2、了解外表张力的性质，外表自由能的意义以及外表张力和吸附的关系。3、利用吉布斯公式计算不同浓度下乙醇溶液的吸附量，进而求出乙醇分子的外表积与饱和吸附分子层厚度。教学重点：吉布斯吸附公式；朗缪尔等温吸附方程；吸附量；分子的截面积；分子层厚度。超级恒温槽的调节；仪器毛细管常数的测定；乙醇溶液外表张力的测定；水和乙醇溶液折射率的测定等。教学难点：超级恒温槽的使用；阿贝折射仪的使用及溶液折射率的测定；精密微压差压压力计的使用；外表张力测定装置的使用及溶液外表张力的测定等。教学内容及过程〔一〕检查实验预习报告〔二〕上次实验存在的问题〔三〕实验根本操作1、梯度溶液的配制2、外表张力仪的使用3、外表张力的测定4、阿贝折光仪的使用5、折光率的测定〔四〕实验内容及步骤1.配制乙醇溶液：粗略配制体积百分比浓度为5%、10%、20%、30%、40%的乙醇水溶液各50ml。使用阿贝折光仪测定各溶液及蒸馏水的折光率。2.测定毛细管半径：将玻璃器皿认真洗涤干净，在测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，安装外表张力测试系统。在进行数据记录之前要检查系统的气密性。慢慢翻开滴液瓶活塞，控制滴液速度，数字压力计读数由小增大至一相当大的数值时，关闭滴液瓶活塞，假设数字压力计读数在1-2分钟内根本稳定，说明系统的气密性良好才可以进行测量，否那么应检查各玻璃磨口处或其它接口。进行测量时，同样慢慢翻开滴液瓶活塞，控制滴液速度，观察到数字压力计读数由小增大，至最大值后即下降至最小，记录最大值，重复记录3次。取平均值。3.测量乙醇溶液的外表张力：按步骤2，分别测得不同浓度的乙醇溶液，从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其毛细管局部，确保毛细管内外溶液浓度一致。4.实验完毕，使系统与大气相通，关掉电源，洗净玻璃仪器。现象记录：5-10s一个气泡〔五〕提问1、用最大气泡法测定外表张力时为什么要读最大压力差?答：2、如果毛细管末端插入溶液中进行测量行吗？为什么？答：〔六〕数据记录与结果处理1．毛细管常数的测定：△pmax/KPa123平均值-0.755-0.756-0.754-0.755查表得，在20℃时纯水的外表张力σ=72.75mN·m-1，根据公式△p=2σ求出毛细管半径R=1.927×10-4m，进而求出毛细管常数K′=-1.022*10-4N·m-12.测定乙醇溶液数据及数据处理结果：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真实值〔%〕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作无水乙醇含量〔%〕——折光率〔nD〕工作曲线，根据工作曲线，求出无水乙醇溶液的真实含量。然后，计算混合溶液的密度，依据液体混合物密度计算公式：式中，——混合溶液密度，g/mL——纯洁液体密度，g/mL——纯洁液体质量百分数3.图像处理及误差计算图1σ~c曲线及其拟合曲线式中，Γ——气液界面上吸附量〔mol/m2〕；σ——溶液的外表张力〔N/m〕T——绝对温度〔K〕；c——溶液浓度〔mol/m3〕R——气体常数〔8.314J/mol·K〕图2乙醇吸附量随浓度变化曲线图像分析：吸附量随溶液浓度的增大呈现出，先上升后下降的趋势，与理论根本相符。假设以—c作图可得一直线，由直线斜率即可求出饱和吸附量。饱和吸附量Г∞=6.37196E-6mol/m2假设在饱和吸附情况下，无水乙醇分子在气液界面上铺满单分子层，那么可以用下式求得无水乙醇分子的横截面积Am式中，N——阿佛加德罗常数，6.02×1023代入公式计算得乙醇分子的横截面积为：Am=2.60*10-19课后小结：本次实验课程重点先介绍这套仪器的工作原理，解释如何生成气泡，生成的气泡的要领是什么。由于整个装置比拟难搭建，所以我做出示范，搭好