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1、中国石油大学中国石油大学(华东)石油工程石油工程实验教学中心教学中心化学原理化学原理IIII实验实验系列教学课件系列教学课件v最大压差法测表面张最大压差法测表面张力力中国石油大学中国石油大学(华东)石油工程石油工程实验教学中心教学中心主主讲教教师：吕开河开河主要内容主要内容实验目的实验目的 1 1实验原理实验原理2 2实验仪器与药品实验仪器与药品3 3实验步骤实验步骤4 4实验结果处理实验结果处理 5 5思考题思考题6 61.1.掌掌掌掌握握握握最最最最大大大大压压压压差差差差法法法法测测测测定定定定表表表表面面面面张张张张力力力力的的的的原原原原理理理理及及及及方法；方法；方法；方法；2.2
2、.测测测测定定定定正正正正丁丁丁丁醇醇醇醇水水水水溶溶溶溶液液液液的的的的表表表表面面面面张张张张力力力力，了了了了解解解解表表表表面张力的概念及影响因素；面张力的概念及影响因素；面张力的概念及影响因素；面张力的概念及影响因素；3.3.学习学习学习学习GibbsGibbs公式及其应用。公式及其应用。公式及其应用。公式及其应用。实验目的实验目的主要内容主要内容实验目的实验目的实验目的实验目的 1 1 1 1实验原理实验原理实验原理实验原理2 2 2 2实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品3 3 3 3实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤4 4 4 4实验结果处理实验结果处理实验结
3、果处理实验结果处理 5 5 5 5思考题思考题思考题思考题6 6 6 6v测定装置如图测定装置如图测定装置如图测定装置如图2 21 1。实验原理实验原理 测定时，将分液漏斗的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过测定时，将分液漏斗的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过测定时，将分液漏斗的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过测定时，将分液漏斗的活塞打开，使瓶内压力增加，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毛细管（要求它的尖嘴刚刚与液
4、面接触）。从浸入液面的毛细管端鼓出空气炮时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如空气炮时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如空气炮时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如空气炮时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图2-22-2）。）。）。）。实验原理实验原理图2-2 气泡最小曲率半径示意图 实验原理实验原理 分别测出一种已知表面张力的液体
5、（例如水）和另一未知表面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，这时因为张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为R=rR=r：式中：式中：式中：式中：已知表面张力液体的最大附加压力；已知表面张力液体的最大附加压力；已知表面张力液体的最大附加压力；已知表面张力液体的最大附加压力；1 已知液体的表面张力。已知液体的表面张
6、力。已知液体的表面张力。已知液体的表面张力。式中：式中：未知表面张力液体的最大附加压力；未知表面张力液体的最大附加压力；2 未知液体的表面张力。未知液体的表面张力。因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）是在同一仪器的同一毛细管测的。所以，上两式的是在同一仪器的同一毛细管测的。所以，上两式的r是相同的，若将是相同的，若将r消去即得：消去即得：实验原理实验原理主要内容主要内容实验目的实验目的实验目的实验目的 1 1 1 1实验原理实验原理实验原理实验原理2 2 2 2实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品3 3 3 3实验步骤实验步骤实验
7、步骤实验步骤4 4 4 4实验结果处理实验结果处理实验结果处理实验结果处理 5 5 5 5思考题思考题思考题思考题6 6 6 6 1 1仪器仪器仪器仪器 最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。2.2.药品药品药品药品 正丁醇（分析纯），蒸馏水。正丁醇（分析纯），蒸馏水。正丁醇（分析纯），蒸馏水。正丁醇（分析纯），蒸馏水。实验仪器与药品实验仪器与药品主要内容主要内容实验目的实验目的实验目的实验目的 1 1 1 1实验原理实验原理实验原理实验原理2 2 2 2实
8、验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品3 3 3 3实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤4 4 4 4实验结果处理实验结果处理实验结果处理实验结果处理 5 5 5 5思考题思考题思考题思考题6 6 6 6 1.1.用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管 方方方方法法法法是是是是在在在在外外外外套套套套管管管管中中中中放放放放入入入入少少少少量量量量洗洗洗洗液液液液,倾倾倾倾斜斜斜斜转转转转动动动动外外外外套套套套管管管管,使使使使洗洗洗洗液液液液与与与与外外外外套套套套
9、管管管管接接接接触触触触(注注注注意意意意不不不不要要要要让让让让洗洗洗洗液液液液从从从从侧侧侧侧管管管管流流流流出出出出 ).).再再再再将将将将毛毛毛毛细细细细管管管管插插插插入入入入,这这这这时时时时保保保保持持持持外外外外套套套套管管管管倾倾倾倾斜斜斜斜不不不不动动动动,转转转转动动动动毛毛毛毛细细细细管管管管,使使使使洗洗洗洗液液液液与与与与毛毛毛毛细细细细管管管管接接接接触触触触,再再再再用用用用洗洗洗洗耳耳耳耳球球球球吸吸吸吸洗洗洗洗液液液液至至至至毛毛毛毛细细细细管管管管内内内内,洗洗洗洗毛毛毛毛细细细细管管管管内内内内壁壁壁壁.用用用用完完完完的的的的洗洗洗洗液液液液倒倒倒倒
10、回回回回原原原原来来来来瓶瓶瓶瓶中中中中,然然然然后后后后用用用用自自自自来来来来水水水水充充充充分分分分冲冲冲冲洗洗洗洗外外外外套套套套管管管管和和和和毛毛毛毛细细细细管管管管,最最最最后后后后用用用用蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏水水水水冲冲冲冲洗洗洗洗外外外外套套套套管管管管和和和和毛毛毛毛细细细细管管管管各各各各三三三三次次次次,即即即即可可可可进进进进行下面实验。行下面实验。行下面实验。行下面实验。实验步骤实验步骤 2.2.在在在在外外外外套套套套管管管管中中中中放放放放入入入入蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏水水水水(作作作作为为为为已已已已知知知知表表表表面面面面张张张张力力力力的的的的液液液液体体体体,其其
11、其其表表表表面面面面张张张张力力力力见见见见附附附附录录录录二二二二),),将将将将毛毛毛毛细细细细管管管管插插插插入入入入外外外外套套套套管管管管,塞塞塞塞紧紧紧紧塞塞塞塞子子子子,并并并并使使使使毛毛毛毛细细细细管管管管尖尖尖尖端端端端刚刚刚刚碰碰碰碰到到到到液液液液面面面面。读读读读出出出出斜斜斜斜管管管管压压压压差差差差计计计计下下下下面面面面一一一一根根根根管管管管内内内内的的的的零零零零点点点点液液液液位位位位h0h0（此此此此时时时时斜斜斜斜管管管管压压压压力力力力计计计计两两两两端端端端都都都都通通通通大大大大气气气气）。按按按按图图图图2 21 1所所所所示装好仪器，分液漏斗
12、中装满自来水。示装好仪器，分液漏斗中装满自来水。示装好仪器，分液漏斗中装满自来水。示装好仪器，分液漏斗中装满自来水。实验步骤实验步骤 3.3.打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入广口瓶中，这时瓶内压力广口瓶中，这时瓶内压力广口瓶中，这时瓶内压力广口瓶中，这时瓶内压力 逐渐增加，气泡将通过毛细管逐渐增加，气泡将通过毛细管逐渐增加，气泡将通过毛细管逐渐增加，气泡将通过毛细管端。端。端。端。从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的最高从斜管压力计读出第一个气泡
13、通过毛细管端时的最高从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的最高从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的最高液位液位液位液位h1,h1,如此重复三次，测三个平行数据，取平均值得如此重复三次，测三个平行数据，取平均值得如此重复三次，测三个平行数据，取平均值得如此重复三次，测三个平行数据，取平均值得h2h2。实验步骤实验步骤 4.4.测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用的正丁醇测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用的正丁醇测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用的正丁醇测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用的正丁醇洗一次外套管和毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸馏水洗一次外套管和毛细管，然后再加
14、入该溶液，象测蒸馏水洗一次外套管和毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸馏水洗一次外套管和毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次侧得、的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次侧得、的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次侧得、的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次侧得、的正丁醇溶液的最大压差。（注意：每更换一次溶、的正丁醇溶液的最大压差。（注意：每更换一次溶、的正丁醇溶液的最大压差。（注意：每更换一次溶、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）。液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。液，都应用待定液洗外管套管和毛
15、细管）。液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。实验步骤实验步骤主要内容主要内容实验目的实验目的实验目的实验目的 1 1 1 1实验原理实验原理实验原理实验原理2 2 2 2实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品实验仪器与药品3 3 3 3实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤4 4 4 4实验结果处理实验结果处理实验结果处理实验结果处理 5 5 5 5思考题思考题思考题思考题6 6 6 61.1.由附录查出实验温度下蒸馏水的表面张力。由附录查出实验温度下蒸馏水的表面张力。由附录查出实验温度下蒸馏水的表面张力。由附录查出实验温度下蒸馏水的表面张力。2.2.由公式由公式由公式由公式 计算出不同浓度正
16、丁醇溶液的表面张力，用表格的形式计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形式计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形式计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形式列出计算结果，并取一组数据附计算实例。列出计算结果，并取一组数据附计算实例。列出计算结果，并取一组数据附计算实例。列出计算结果，并取一组数据附计算实例。3.3.以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁醇溶液的醇溶液的醇溶液的醇溶液的-c-c图。图。
17、图。图。4.4.在在在在-c-c图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依GibbsGibbs公式公式公式公式（2-12-1）求出相应的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的）求出相应的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的）求出相应的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的）求出相应的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的吸附等温线。吸附等温线。吸附等温线。吸附等温线。实验结果处理实验结果处理主要内容主要内容实验目的实验目的 1 1实验原理实验原理2 2实验仪器与药品实验仪器与药品3 3实验步骤实验步骤4 4实验结果处理实验结果处理 5 5思考题思考题6 6思考题思考题1.实验中，如果毛细管深入液面实验中，如果毛细管深入液面1mm会造成多大误差？会造成多大误差？2.实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度？实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度？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？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？4.解释解释-c曲线的变化趋势。曲线的变化趋势。5.实验中，影响表面张力测定准确性的因素有哪些？实验中，影响表面张力测定准确性的因素有哪些？