中国石油大学华东油田化学最大压差法测表面张力 20

中国石油大学华东油田化学最大压差法测表面张力 20 中国石油大学化学原理二实验报告 实验日期:2014/10/24 成绩: 班级:石工(理科)1202学号: 12090413 姓名: 李佳 教师: 同组者: 邹辰炜、张文 最大压差法测表面张力 一、实验目的 1.掌握最大压差法测定表面张力的原理及 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ; 2.测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素; 3.学习 Gibbs公式及其应用。 二、实验原理 由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表面倾向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引力作功，所作的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。 在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小于在溶液相内部的浓度;若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相表面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫吸附。在一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的 Gibbs浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯()吸附等温式表示: cd, ,,,RTdc molL/式中 -吸附量(); , molL/-吸附质在溶液内部的浓度(); c Nm/-表面张力(); , NmKmol./.-通用气体常数(); R -绝对温度()。 TK ddc,/0,ddc,/0,若，溶质为正吸附;若 ，溶质为负吸附。通过实验若能测出表 面张力与溶质浓度的关系，则可作出,,c 曲线，并在此曲线上任 ddc,/取若干个点作曲线的 切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的，将此值代入 2,1 式可求出在此浓度时 的溶质吸附量。 测定液体表面张力的方法有许多种。本实验采用最大压差法，测定装置如图2,1所示。 3 2 4 8 7 9 8 5 1 6 7 9 图 2,1气泡最小曲率半径示意图 1- 精密数字压力计;2-胶皮管;3-自来水;4-滴液漏斗;5-烧杯;6-铁架台;7-外套管; 8-毛细管;9-待测液; 测定时，将分液漏的活塞打开，使瓶内压力降低，气泡即可通过毛细管(要求它的尖嘴刚刚与液面接触)。从浸入液面的毛细管端鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。此时附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式如下: 2,,,p R 式中 -广口瓶内滴水形成的附加压力; ,P -气泡的曲率半径; R Nm/,—表面张力()。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时 ，表面几乎是平的，这是曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这是曲率半径与毛细管半径 r 相等，曲率半径达最小值，根据 2-2 式，这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R 变大，附加压力则变 小，直到气泡溢出。 图 2,2 气泡最小曲率半径示意图 如果用图 2-1 装置，分别测出一种已知表面张力的液体(例如水)和另一未 知表，面张力液体(如正丁醇水溶液)的附加压力最大值，这时因为 ，所 Rr,以, 2,1 ,, p1r 2,2 ,, p2r 因为两种液体的最大附加压力是在同一仪器的同一毛细管测得，所以上两式的相同，消去即得: rr p,2 ,, ,,21p,1 因此，在同一温度下，只要求得、，再由温度查出已知表面张力液 ,p,p12 体的表面张力，即可求出未知液力的表面张力。 三、实验仪器与药品 1.仪器 最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。 2.药品 正丁醇，蒸馏水。 四、实验操作步骤 1.用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管。方法是在外套管中放入少量洗液, 倾斜转动外套管,使洗液与外套管接触( 注意不要让洗液从侧管流出 )。再将毛细管插入, 这时保持外套管倾斜不动,转动毛细管,使洗液与毛细管接触,再用洗耳球吸洗液至毛细管内,洗毛细管内壁.用完的洗液倒回原来瓶中,然后用自来水充分冲洗外套管和毛细管, 最后用蒸馏水冲洗外套管和毛细管各三次,即可进行下面实验。 2.在外套管中放入蒸馏水(作为已知表面张力的液体,其表面张力见附录二),将毛细管插入外套管,塞紧塞子,并使毛细管尖端刚碰到面。如果外套管中液体稍过量，则可用洗耳球将液体吸到毛细管中，将液体移出。通过调节，使毛细管尖端刚碰到液面。 3.关闭滴液漏斗下活塞，在滴液漏斗中加入自来水。按图2-1所示将表面张力测定装置管线 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 安上; 4.打开精密数字压力计电源，然后打开漏斗上活塞，将管线内压力放空。按精密数字压力计的采零键，使精密数字压力计的示数置零。 5.关闭滴液漏斗上活塞，缓缓打开滴液漏斗下活塞，使漏斗中的水缓慢滴下，这时毛细管处有气泡均匀冒出。从精密数字压力计读出最大压差值，重复读取最大压差值三次，将数据记录在实验纸上，取平均值。 6.测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用 0.02mon/L的正丁醇溶液洗二次外套管和毛细管，然后再加入该溶液，按照测定蒸馏水最大压差的方法，测定该溶液的最大压差。依次侧得 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mom/L 的正丁醇溶液的最大压差。(注意:每更换一次溶液，都应用待定液洗外管套管和毛细管)。 7.记录实验温度. t=21.0 五、实验数据处理 1.由附录一查出实验温度下蒸馏水的表面张力。 p,2 2.由公式,, 计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形,,21p,1 式列出计算结果，并取一组数据附,计算实例。 表1实验数据记录表 C正丁醇 mol? HO20.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 压力(Pa) p 349 331 307 287 263 235 222 214 197 1 p 348 327 308 283 263 235 222 213 197 2 p 349 334 307 287 266 236 222 215 197 3 348.285.p 330.7 307.3 264 235.3 222 214 197 7 7 mN,/72.568.8463.9859.454.9648.9946.2244.5541.01，，m 93 537 733 7629 525 68 078 517 574 取第二组数据进行计算: 查表知水在20?和30?时的表面张力，采用插值法计算得:21?时， =72.593 mNm/, 由公式 ppp，，343489，，349123,,,,pppa,348.71133 ppp，，333271，，334123 ,,,,pppa,330.72233 ,p330.72 ,, 72.59368.845/,,,，,mNm，，21,p348.71 同理可得其他数值。 根据所得数据画出不同浓度正丁醇的 曲线 ,,c 70 60 N/m-3 50 σ*10 40 0.00.10.20.30.4 c/(mol/l) 图3正丁醇溶液的,,c图 由图像可得，在浓度较小时，表面张力随着浓度的增加而降低的很快，后来表面张力随浓度的变化很小。 因为正丁醇能产生正吸附，是表面活性物质，随着其浓度的增加使表面张力降低。 微观解释:正丁醇分子的结构由极性部分(亲水性)和非极性部分(亲油性)组成。它在液面上吸附时，极性部分向水。在浓度很小时，正丁醇分子是平铺在液面上;浓度较大时，正丁醇分子是倾斜于液面;当浓度继续增加，其可在液面上形成饱和吸附层，这时，分子靠拢形成一单分子层，当平铺于液面时，对表面性质的影响要大的多，因此，在浓度较大时影响较小，浓度较小时影响较大。 表2做斜率所得数据 c ,,3ddc,/10， 0.02 -123.2454 0.001008 0.05 -117.7342 0.002407 0.10 -105.334 0.004307 0.15 -91.556 0.005616 0.20 -77.778 0.006361 0.25 -64 0.006542 0.30 -50.222 0.006161 0.35 -43.333 0.006202 取第二组数据进行计算: 利用origin计算各个数据点处斜率，以的二组为例: d,,3c=0.02mol/l时， ,,，123.245410dc 由Gibbs公式可得的 cd,0.02,,36 ,,,,,，,，,，123.245410101.008/lmol，RTcd8.314294.15 同理可的其他各点的吸附量。 图4正丁醇溶液的吸附等温线 由图像可得，随着浓度的增加吸附量增加的很快，当浓度达到一定程度时， 吸附量增加的缓慢。由于采用origin中拟合后的曲线做切线，在浓度较高时略微 下降，拟合效果不好。 结合浓度于表面张力的关系，根据gibss公式可得，低浓度时随着浓度的增 d,,加，表面张力变化很快较大;当浓度增加到一定程度时，表面张力变化较dc d,小也减小，所以随着浓度的增加吸附量增加的很快，当浓度达到一定程度,dc 时，吸附量增加的缓慢。 实验过程中的实验误差分析: (1)液面到毛细管尖端的距离时，由于视觉上的误差，毛细管尖端可能并未刚碰到液面，若毛细管尖端深入较多，使得液体产生一定的压强差;若毛细管尖端与液面接触不够，可能会使气泡与空气和液面同时接触，导致结果偏大。 (2)当更换测量溶液时，清洗不够，使得有少部分上次测量液体的残留，导致本次测量浓度略微偏低。 (3)在调节滴液漏斗内液体的流速时，若流速调节过快会，由于仪器反应时有一定的滞后性，会导致数字压力计上的示数还没显示到最大值就开始测量下一个气泡，导致测出的最大值偏小。 (4)仪器自身气密性及数字压力计的精度所产生的误差。 (5)外套管在放置时，全凭视觉判断，并未完全水平，导致同一水平面上气泡所处的压力值略微不同。 六、思考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1mm1.实验中，如果毛细管深入液面会造成多大误差, 1mm，当毛细管深入液面时，答:因为伸入水下有水压pgh,, 33, pghpa,,，，，,,109.81109.8 p,2由公式,, ,,，得: 21p,1 ,,，pp0.009822,,, ,,,产生的误差为。 211,,，pp0.009811 2.实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度, 答:若鼓泡速度过快，由于仪器反应时有一定的滞后性，会导致气泡的曲率半径达到与毛细管半径 相等时，数字压力计上的示数还没显示到最大值就开始测量下一个气泡，导致测出的最大值偏小。为了尽量测到气泡的曲率半径R与毛细管半径 r 相等时的压差，所以应该放慢鼓泡速度，使气泡的曲率半径由最大逐渐减小直至毛细管半径 r 相等。 3.实验中，为什么要求从稀到浓逐个测定不同浓度溶液的表面张力, 答:若从浓到稀，则实验仪器中的残留会增加下一次实验的溶液的浓度，从而影响测量结果;而如果从稀到浓，则影响相对较小。如果不逐个测量，则相邻浓度相差较大;若逐个浓度测量，由于相邻浓度相差不大，每步由于稀释导致的的浓度误差可以忽略不计，实验更加精确。 ,,c4.解释曲线的变化趋势。 答:变化趋势为:在浓度较小时，表面张力随着浓度的增加而降低的很快，后来表面张力随浓度的变化很小。 正丁醇分子的结构由极性部分(亲水性)和非极性部分(亲油性)组成。 它在液面上吸附时，极性部分向水。在浓度很小时，正丁醇分子是平铺在液面上，空气对它的吸引力小，净吸引力随浓度变化大;浓度较大时，正丁醇分子是倾斜于液面;当浓度继续增加，其可在液面上形成饱和吸附层，这时，分子靠拢形成一单分子层，当平铺于液面时，对表面性质的影响要大的多，空气对它的吸引力达到最大，趋于稳定，净吸引力随浓度变化较小。因此，在浓度较大时影响较小，浓度较小时影响较大。 5.实验中，影响表面张力测定准确性的因素有哪些, 答:主要因素有:仪器的气密性;仪器的洁净;毛细管尖端是否刚刚接触液面;在更换溶液时，仪器是否用待测液冲涮干净，使待侧溶液浓度尽量准确;从数字压力计读数时三个数据存在的误差;鼓泡速度是否缓慢;实验前压力计是否调零;环境的温度。 六、小结 本次实验操作较为简单，只是在处理步骤上多次重复，实验进行时应注意许多会导致误差的问题:在更换待测溶液时，应用待测液将毛细管和外套管反复冲洗干净，注意不能用蒸馏水清洗，实验中应严格按照从稀到浓的顺序逐个测量。若发现实验中有数据与理论结果偏差较大，可等全部浓度的溶液测完后，反复用待测溶液清洗外套管和毛细管，再进行测量。实验时，我们发现测量蒸馏水的数据较为不准确，本来想立即重测，但考虑到要减小实验误差，所以最后重新测量了水的附加压力。在调节鼓泡速度时，为了节省时间，可以在刚开始时，将液滴流速稍微放快，当快要到达最大值时，减慢流速以读取到最大值，多次读取最大压差值，取数据较为稳定的三个最大值作为实验数据。在调节待测液面高度使毛细管刚接触到液面时较为困难，加多了会有液柱压差，加少了会导致气泡与空气和溶液同时接触，所以应尽量使毛细管刚好接触液面。实验中待测溶液较多，应注意不要拿错溶液。每次测量前，要对数字压力计调零以减少误差。 本次实验在数据处理上较为复杂，若采用人工作图求切线斜率误差较大，故采用origin中的软件求切线斜率。由于做切线时，采用的是拟合后曲线，相对于原始数据有一定误差，但相比于人工作图，其精度较高。 通过化学原理的理论课的学习，我了解到影响表面张力的因素还有:温度、压力、相界面性质、表面活性物质的存在等，在采油时，可以通过添加活性物质、升高温度(热蒸气开采)、利用泡沫开采等方式以降低岩石对油的吸附性能减少油通过喉孔时所需的附加压差，来提高原油的采收效率。