物理化学实验指导书

一、实验目的

1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。 2. 利用吉布斯公式计算不同浓度下乙醇溶液的吸附量。 二、实验原理

气泡最大压力法测定表面张力处于溶液表面的分子,由于受到不平衡的分子间力的作用而具有表面张力γ.其定义是在表面上垂直作用于单位长度上使表面积收缩的力。气泡最大压力法测定表面张力装置见实物;实验中通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降,大气压与体系压力差△p逐渐把毛细管中的液面压至管口,形成气泡。在形成气泡的过程中,液面半径经历:大→小→大,即中间有一极小值rmin?r毛;由拉普拉斯方程:

?P?2γr 可知此时压力差达极大值。

?Pmax?2γ2γ?rminr毛

γ?k?Pmax

式中k为仪器常数,通常用已知表面张力的物质确定。本实验用蒸馏水确定k。 溶液表面吸附量,以及饱和吸附时每个分子所占的吸附截面积的确定 加入表面活性物质时 溶液的表面张力会下降,溶质在表面的浓度大于其在本体的浓度,此现象称为表面吸附现象,单位溶液表面积上溶质的过剩量称为表面吸附量Γ.在一定温度和压力下,溶液的表面吸附量Γ与表面张力γ及溶液本体浓度c之间的关系符合吉布斯吸附等温式:

???cdγ?RTdc

对可形成单分子层吸附的表面活性物质,溶液的表面吸附量Γ与溶液本体浓度c之间的关系符合朗格谬尔吸附等温式

?????kc1?kc

由实验测出不同浓度c对应的表面张力γ,作γ~ c图,拟合曲线方程γ= f(c);求导得

到dγ/dc代入吉布斯方程可计算溶液表面吸附量Γ;再作~c图,拟合直线方程,由直线

斜率A可得饱和吸附量?= 1 / A;?为单位溶液表面积上吸附的溶质的物质的量,则溶质在溶液表面上的吸附截面积为:

??

Am?1L??

式中L为阿伏加德罗常数。 三、实验内容和要求

实验内容:用最大气泡法测定不同浓度的乙醇溶液的表面张力?,作出?-C曲线,并计算吸附量;作吸附量Γ对浓度C曲线,找出最大吸附量?。

实验要求:1.本实验的关键在于仪器必须洗涤清洁。

2.毛细管保持垂直,其端部保持平整,且与液面接触处相切。

四、实验主要仪器设备和材料

夹套式表面张力测量管;水压差计;分液漏斗;500mL烧杯。

不同浓度的乙醇溶液(0.05M,0.10M,0.15M,0.20M, 0.25M, 0.30M)。 五、实验方法、步骤及结果测试

1.安装好实验装置。

2.把蒸馏水盛入夹套测量管中,再用蒸馏水洗净毛细管,插入测量管中,使其尖端刚好与液面接触,且保持毛细管竖直。如果此时液面沿毛细管上升,且在压差计上显示出很小的压差,那么可判断装置不漏气,否则,表示装置漏气,要重新检查。

3.检查装置不漏气后,打开分液漏斗活塞,使其中的水一滴一滴的滴下,管内逐步减压,毛细管中的液面下降,当毛细管内外的压力差(p大气-p系统)恰好能克服蒸馏水的表面张力时,毛细管尖端便有气泡逸出,此时压差计读数出现负的最大值。当气泡形成的频率稳定时,记录压差计读数三次,求出其平均值,得Δp,再查得该温度下水的σ数值,可求得仪器常数

?K??水?p水。

4.同测量蒸馏水的Δp一样,顺次从稀到浓测出不同浓度的正丁醇溶液的表面张力,废

液倒入指定的废液瓶。

5.实验完毕,清洗玻璃仪器,整理实验台。 六、实验报告要求

实验报告形式(包括实验目的、实验原理、实验主要仪器设备和材料、简单的试验装置图、实验步骤、实验数据、数据处理及注意事项,思考题等部分。其中数据处理作图应使用坐标纸。) 七、思考题

1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读取最大压力差?

2.为什么玻璃毛细管一定要与液面刚好相切,如果毛细管插入一定深度,对测定结果有何影响?

3.测量过程中如果气泡逸出速率较快,对实验有无影响?为什么? 4.在本实验装置中,液体压力计内的介质是水,选用水银是否可以?

实验四 乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

实验项目性质:验证性 实验计划学时:4学时 一、实验目的

用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数;了解二级反应的特点。 二、实验原理

乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应:

?? CH3COOC2H5?OH?CH3COO?C2H5OH

其反应速度可用下式表示:

dx?k(a?x)(b?x)dt (1)

式中:a,b分别表示两反应物初始浓度;x为经过t时间减少了的a和b的浓度;k:反应速率常数。积分上式得:

k?1b(a?x)?ln[]t?a?b?a?c?x?

若当初始浓度相同,即a=b时;可使计算式简化,

dx?k(a?x)2dt

积分上式得

k?1xt?a?a?x? (2)

随着皂化反应的进行,溶液中导电能力强的OH—逐渐被导电能力弱的CH3COO-所取代,溶液导电能力逐渐降低。本实验用电导率仪跟踪测量皂化反应进程中电导随时间的变化,从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。

令L0,Lt和L∞分别表示时间t为0,t和∞(即反应完毕)时电导,则: x ∝ (L。-Lt),a ∝(L。-L∞),(a - x) ∝ (Lt - L∞) , 代入(2)式得:

k?

1L0?Lt1(L0?Lt)?,Lt???L?t?aLt?L? k?at

∴以Lt对(Lo-Lt)/t作图可得一直线,其斜率等1/ka ;由此可求得反应速率常数k。 三、实验内容和要求

1.动力学速率常数与温度有关,反应液加入反应器应恒温3~5分钟,不可立即反应。 2.实际操作因镀铂黑电导电极上长期使用铂黑脱落,刚开始反应(L0)较小;这时可用校正旋纽调节到读数较大的位置(只能刚反应时调节,以后不能再改变)。因用Lt对(Lo—Lt)/t作图可得一直线,其斜率等1/ka ;Lt对(Lo—Lt)/t都放大相同倍数,不影响斜率。 四、实验主要仪器设备和材料

恒温槽1套、电导率仪1台、秒表1只、碘量瓶(150ml)2个、电导池1只、移液管(50ml)2支、洗瓶1个、0.0500mol?dm-1NaOH溶液(新鲜配制)、0.100mol?dm-1NaOH溶液、0.100mol?dm-1 CH3COOC2H5溶液(新鲜配制)、0.0500mol?dm-1CH3COONa溶液。 五、实验方法、步骤及结果测试

1. 调节恒温槽至25±0.2℃恒温。 2. 预热电导率仪并用蒸馏水进行调节。

3. 取0.05 mol?dm-1?NaOH溶液(新鲜配制)于电导池中,将电导池置于25℃恒温槽中,测出L0,再取0.0500mol?dm-1?CH3COONa溶液于电导池中,将电导池置于25℃恒温槽中,测出L?。

4.于干净混合反应器中,用移液管加20mL 0.100mol?dm-1 NaOH溶液于a池, 加20mL0.100mol?dm-1 CH3COOC2H5溶液(新鲜配制)于b池。将反应器置于恒温槽中,约20min恒温后,将两溶液混合,用电导率仪测量Lt,秒表计时。

5. 实验完毕,清洗玻璃仪器,关闭电源,整理实验台。 六、实验报告要求

实验报告形式(包括实验目的、实验原理、实验主要仪器设备和材料、简单的试验装置图、实验步骤、实验数据、数据处理及注意事项,思考题等部分。其中数据处理作图应使用坐标纸。) 七、思考题

1.被测溶液的电导率是哪些离子的贡献?反应进程中溶液的电导为何发生变化? 2.为什么要使两种反应物的浓度相等?如何配制制定浓度的溶液?

3.为什么要使两溶液尽快混合完毕?开始一段时间的测定间隔期为什么应短些?

实验五、二元凝聚物系相图

实验项目性质:验证性 实验计划学时:4学时 一、实验目的

1、 了解热分析的测量技术。

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