实验十一 最大气泡法测定溶液的表面张力

(一)实验数据

11.6.1正丁醇溶液的配制

表1. 正丁醇溶液的配制

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa

100ml容量瓶 1# 0.2000 2# 0.5000 3# 1.000 4# 1.500 0.1639 5# 2.000 0.2185 6# 2.500 0.2731 7# 3.000 0.3278 8# 3.500 0.3824 V正丁醇/ml c正丁醇/mol·dm-3 c正丁醇=ρ正丁醇V正丁醇/M正丁醇/(100×10-3) /mol·dm-3，M正丁醇= 74.12g·mol-1, ρ正丁醇=0.8098g?dm-3 0.02185 0.05463 0.1093 11.6.2仪器常数的测定

表2. 仪器常数的测定

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 待测物质 1 H2O 693 ?pH2O /Pa 2 692 3 692 平均值 692 σ /N·m-1 7.118×10-2 仪器常数K /N·m-1·Pa-1 9.4529×10-5 计算公式：K=σH2O/?pH2O (N·m-1·Pa-1) 11.6.3正丁醇溶液表面张力的测定

表3. 正丁醇溶液表面张力的测定

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 正丁醇浓度 /mol·m-3 21.85 54.63 109.3 163.9 218.5 273.1 327.8 382.4 Δp/Pa 1 684 649 572 521 481 446 419 403 2 682 650 574 521 480 446 420 402 3 683 649 573 522 482 446 420 402 平均值 683 649 573 521 481 446 420 402 σ /N·m-1 0.06456 0.06135 0.05416 0.04925 0.04547 0.04216 0.03970 0.03800 11.6.4作σ~c图，求出曲线上不同浓度c点处的(?σ/?c)T,p，并计算相应浓度的Γ。

5

0.0650.0600.055mσ/N·-10.0500.0450.040σ=0.06769-0.1362c+0.15426c0.0352050100150200250300350400c/mol·m

图1. σ~c关系曲线图

-3曲线拟合方程：σ= 0.06769-1.36212×10-4c+1.54201×10-7c2(N?m-1)

(?σ/?c)T,p=-1.36212×10-4+2×1.54201×10-7c(N?m2?mol-1)

Γ= -c/8.3145/303.15×dσ/dc(mol·m-2)

表3. 正丁醇溶液表面张力的计算

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 正丁醇浓度 /mol·m-3 50.00 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0

图2. c/Γ~c关系直线图

σ /N·m-1 0.06126 0.05561 0.05073 0.04662 0.04327 0.04070 -(?σ/?c)T,p /N·m2·mol-1 12.1×10-5 10.5×10-5 9.00×10-5 7.45×10-5 5.91×10-5 4..37×10-5 Γ / mol·m-2 2.40×10-6 4.18×10-6 5.35×10-6 5.91×10-6 5.86×10-6 5.20×10-6 c/Γ /m-1 2.09×107 2.39×107 2.80×107 3.38×107 4.26×107 5.77×107 6

直线斜率k=1/Γ∞=1.729×105m2·mol-1，Γ∞=5.784×10-6 m-2·mol-1 11.6.5求乙醇分子的横截面积S0。

S0=1/LΓ∞=1.729×105/(6.022×1023)=0.287×10-18m2=0.287 nm2

(二)实验数据

11.5.1乙醇溶液的配制

表1. 乙醇溶液的配制

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa

容量瓶编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# m乙醇/g c乙醇/mol·dm-3 4.2887 8.9148 11.184 18.026 24.396 30.185 34.965 44.389 c乙醇=m乙醇/M乙醇/(100×10-3) /mol·dm-3，M乙醇= 46.08g.·mol-1 0.9309 1.9351 2.4276 3.9127 5.2954 6.5520 7.5895 9.6351 11.5.2仪器常数的测定

表2. 仪器常数的测定

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 待测物质 1 H2O 1038 ?pH2O /Pa 2 1038 3 1038 平均值 1038 σ /N·m-1 7.118×10-2 仪器常数K /N·m-1·Pa-1 6.857×10-5 计算公式：K=σH2O/?pH2O (N·m-1·Pa-1) 11.5.3乙醇溶液表面张力的测定

表3. 乙醇溶液表面张力的测定

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 乙醇浓度 /103mol.·m-3 0.9309 1.9351 2.4276 3.9127 5.2954 6.5518 7.5895 9.6351 Δp/Pa 1 792 672 635 535 474 436 417 385 2 794 672 635 535 474 436 417 385 3 793 672 635 535 474 436 417 385 平均值 793 672 635 535 474 436 417 385 σ /N·m-1 0.05438 0.04608 0.04354 0.03669 0.03250 0.02990 0.02860 0.02640 11.5.4作σ~c图，求出曲线上不同浓度c点处的(?σ/?c)T,p，并计算相应浓度的Γ。

7

0.0650.0600.055σ/N.m-10.0500.0450.0400.035σ=0.06769-0.1362c+0.15426c20.000.050.100.150.200.250.300.350.40c/mol·m-3

图1. σ~c关系曲线图

曲线拟合方程：σ= 0.06769-0.1362c+0.15426c2

(?σ/?c)T,p=-0.1362+2×0.15426c

Γ= -c/8.3145/303.15×dσ/dc(mol·m-2)

表3. 乙醇溶液表面张力的计算

室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa 乙醇浓度 /mol·m-3 1.000×103 1.500×103 2.000×103 2.500×103 3.000×103 3.500×103 4.000×103 4.500×103 5.000×103 5.500×103

σ /N.m-1 0.05408 0.04926 0.04560 0.04267 0.04023 0.03813 0.03630 0.03469 0.03325 0.03196 -(?σ/?c)T,p /N·m2·mol-1 11.31×10-5 8.352×10-5 6.540×10-5 5.363×10-5 4.546×10-5 3.941×10-5 3.467×10-5 3.077×10-5 2.745×10-5 2.458×10-5 Γ / mol·m-2 4.487×10-6 4.970×10-6 5.189×10-6 5.319×10-6 5.411×10-6 5.473×10-6 5.501×10-6 5.493×10-6 5.446×10-6 5.364×10-6 c/Γ /m-1 2.228×108 3.018×108 3.854×108 4.700×108 5.544×108 6.395×108 7.271×108 8.193×108 9.181×108 10.25×108 8

108-2Γ∞=5.665×10-6mol·mc/Γ/10·m-186421-1斜率=1/Γ∞=1.765×105m2·mol2334-356c/10mol·m

图2. c/Γ~c关系直线图

直线斜率k=1/Γ∞=1.765×105m2·mol-1，Γ∞=5.665×10-6 m-2·mol-1 11.5.5求乙醇分子的横截面积S0。

S0=1/LΓ∞=1.765×105/(6.022×1023)=0.293×10-18m2=0.293 nm2

11.6问题讨论

11.6.1何谓表面张力、比表面能?表面张力与温度有无关系？ 11.6.2何谓正吸附与负吸附？

11.6.3本实验用吉布斯吸附方程求什么量？要求出此量需什么数据？本实验用什么方法测取此数据？

11.6.4为什么要测定仪器常数？

11.6.5是否可以在测定仪器常数时，压力计内的液体用水，而测待测溶液时，压力计内水被换成乙醇？为什么？

11.6.6影响本实验结果的关键因素是什么？

9