物化实验思考题,胡理工大学物理化学实验思维问题的解答与准备

2023年11月08日23:00:29 物化实验思考题,胡理工大学物理化学实验思维问题的解答与准备已关闭评论

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实验一 原电池电动势的测定及其应用

1. 简述对消法测原电池电动势的测量原理。

答:电位差计是根据补偿法(或称对消法)测量原理设计的一种平衡式电压测量仪器。其工作原理是在待测电池上并联一个大小相等,方向相反的外加电势,这样待测电池中就没有电流通过,外加电势差的大小就等于待测电池的电动势。如图所示,电位差计有工作、标准、测量三条回路。 1)校准工作电流IW

开关K打向1,预先调好标准回路中的标准电阻Rn,调节路的电阻r至检流计无电流通过,工作电流IW就已被确定。

工作回

IW

2)测量未知电池电动势EW

En

Rn

过,此

开关K打向2,调节测量回路的电阻RX至检流计无电流通时I RX与被测电池电动势对消。

2. 简述铜电极电位测定的基本原理。

EXIWRXEXEN

RX

RN

答:实验只能测得两个电极构成的电池的电动势E,而无法测得单个电极的电极电势φ。若选定一个电极作为标准,使其与任意其它电极组成电池,测其电动势,就可得出各电极的相对电极电势φ 。通常将氢电极在氢气压力为100KPa,溶液中氢离子活度为1时的电极电势规定为零伏,称为标准氢电极,然后与其它被测电极进行比较。以标准氢电极作阳极即负极;而将待测电极作阴极即正极,组成原电池,然后用电位差计测量该电池的电动势,这个数值和符号就是待测电极的氢标还原电极电势的数值和符号。由于使用标准氢电极不方便,在实际测定时往往采用第二级的标准电极,甘汞电极是其中最常用的一种。这些电极与标准氢电极比较而得到的电势已精确测出。

3. 在原电池电动势的测定过程中应尽可能的做到在可逆条件下进行,为此在实验过程中应注意什么?

答:电动势的测量方法属于平衡测量,在测量过程中尽可能地做到在可逆条件下进行。为此应注意以下几点: (1) 测量前可根据电化学基本知识,初步估算一下被测电池的电动势大小,以便在测量时能迅速找到平衡点,这样可避免电极极化。

(2)要选择最佳实验条件使电极处于平衡状态。制备锌电极要锌汞齐化,成为Zn(Hg),而不直接用锌棒。因为锌棒中不可避免地会含有其它金属杂质,在溶液中本身会成为微电池,锌电极电势较低(-0.7627V),在溶液中,氢离子会在锌的杂质(金属)上放电,锌是较活泼的金属,易被氧化。如果直接用锌棒做电极,将严重影响测量结果的准确度。锌汞齐化,能使锌溶解于汞中,或者说锌原子扩散在惰性金属汞中,处于饱和的平衡状态,此时锌的活度仍等于1,氢在汞上的超电势较大,在该实验条件下,不会释放出氢气。所以汞齐化后,锌电极易建立平衡。制备铜电极也应注意:电镀前,铜电极基材表面要求平整清洁,电镀时,电流密度不宜过大,一般控制在20mA·cm-2左右,以保证镀层紧密。电镀后,电极不宜在空气中暴露时间过长,否则会使镀层氧化,应尽快洗净,置于电极管中,用溶液浸没,并超出1cm左右,同时应尽快进行测量。

(3)为判断所测量的电动势是否为平衡电势,一般应在15min左右时间内,等间隔地测量7-8个数据。若这些数据是在平均值附近摆动,偏差小于±0.5mV,则可认为已达平衡,可取其平均值作为该电池的电动势。

(4)前面已讲到必须要求电池反应可逆,而且要求电池在可逆情况下工作。但严格说来,本实验测定的并不是可逆电池。因为当电池工作时,除了在负极进行Zn的氧化和在正极上进行Cu2+的还原反应以外,在ZnSO4和CuSO4溶液交界处还要发生Zn2+向CuSO4溶液中扩散过程。而且当有外电流反向流入电池中时,电极反应虽然可以逆向进行,但是在两溶液交界处离子的扩散与原来不同,是Cu2+向ZnSO4溶液中迁移。因此整个电池的反应实际上是不可逆的。但是由于我们在组装电池时,在两溶液之间插入了“盐桥”,则可近似地当作可逆电池来处理。

4. 电镀铜的时候,出现镀层不紧密的原因是什么?

答:电流密度过大,导致在电镀的时候也电解了水产生气体,从而使电极表面的的镀层过于疏松。

5. 在用电位差计测量原电池电动势过程中,若检流计的光点(或读数)总是向一个方向偏转,始终无法回零,可能是什么原因?

答:根据电位差计测量电动势的工作原理图可知检流计的光点(或读数)总是向一个方向偏转,即电流读数无法回零,可能有以下几个原因:工作电池的电压过低;线路接触不良或导线有断路;被测电池、工作电池或标准电池极性接反;被测电动势高于电位差计的限量。

6、参比电极应具备什么条件?有何作用?

答:参比电极应具备的条件是:(1)必须是可逆电极,它的电极电势也是可逆电势;(2)必须具有良好的稳定性和重现性,即电极电势稳定,不易在空气中发生反应,与放置时间影响不大,各次制作的同样的参比电极,其电极电势也基本相同;(3)由金属和金属难溶盐或金属难溶氧化物组成的参比电极属于第二类电极,如银-氯化银电极、汞-氯化汞电极、汞-氧化汞电极,要求这类金属的盐或氧化物在溶液中的溶解度很小。

参比电极作用:与被测电极组成电池,通过测量电池电动势,然后根据参比电极的电势求得被测电极的电极电势。

7. 在原电池电动势的测定实验中,铜电极制备时为何要电镀铜?

答:要选择最佳实验条件使铜电极处于平衡状态。

8. 在原电池电动势的测定实验中,原电池的电极接反了会有什么结果?

答:检流计的光点总是向一个方向偏转,即检流指示调不到零。

9. 在原电池电动势的测定实验中, Ex、En、Ew中任一不通(断路)有什么结果?

答:检流计的光点总是向一个方向偏转,即检流指示调不到零。

10. 用Zn(Hg)与Cu组成电池时,有人认为锌表面有汞,因而铜应为负极,汞为正极。请分析此结论是否正确。

答:不正确。锌汞齐化,能使锌溶解于汞中,或者说锌原子扩散在惰性金属汞中,处于饱和的平衡状态,此时锌的活度仍等于1,因此仍然是锌为负极。

11. 在原电池电动势的测定实验中,锌电极制备时为什么要使锌汞齐化?

答:要选择最佳实验条件使锌电极处于平衡状态。制备锌电极要锌汞齐化,成为Zn(Hg),而不直接用锌棒。因为锌棒中不可避免地会含有其它金属杂质,在溶液中本身会成为微电池,锌电极电势较低(-0.7627V),在溶液中,氢离子会在锌的杂质(金属)上放电,锌是较活泼的金属,易被氧化。如果直接用锌棒做电极,将严重影响测量结果的准确度。锌汞齐化,能使锌溶解于汞中,或者说锌原子扩散在惰性金属汞中,处于饱和的平衡状态,此时锌的活度仍等于1,氢在汞上的超电势较大,在该实验条件下,不会释放出氢气。所以汞齐化后,锌电极易建立平衡。

12. 在原电池电动势的测定实验中,制备电极时为什么电极的虹吸管内(包括管口)不能有气泡?

答:制备电极时,电极的虹吸管内(包括管口)若有气泡,空气不导电,相当于断路或接触不良,会使电流读数为零或电流读数不稳定。

13. 什么是原电池的电动势?能否用伏特计测定原电池的电动势?为什么?

答:电池电动势是通过原电池电流为零(电池反应达平衡)时的电池电势,用E表示,单位为伏特。由于电动势的存在,当外接负载时,原电池就可对外输出电功。

EXUIR内I0,UEX

不能用伏特计测定原电池的电动势。电池与伏特计接通后有电流通过,在电池两极上会发生极化现象,使电极偏离平衡状态。另外,电池本身有内阻,伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。 因此电池电动势不能直接用伏特计来测定。

14. 盐桥的作用是什么?选择盐桥液应注意什么问题?

答:盐桥的作用是降低液接电势,但不能完全消除。选择盐桥液应注意以下几个问题:①用作盐桥的电解质正负离子的摩尔电导率尽可能接近;②用作盐桥的电解质不能与电池中的电解质发生反应;③盐桥中盐的浓度要很高,常用饱和溶液。因此常用饱和KCl溶液作为盐桥,因为K+与Cl-的迁移数相近,当有Ag+时,用KNO3或NH4NO3饱和溶液。

15. 在原电池电动势的测定实验中,如何判断所测量的电动势为平衡电势 ?

答:为判断所测量的电动势是否为平衡电势,一般应在15min左右时间内,等间隔地测量7-8个数据。若这些数据是在平均值附近摆动,偏差小于±0.5mV,则可认为已达平衡,可取其平均值作为该电池的电动势。

16. 什么是原电池的电动势?

答:电池在电流无限小(即电池处于平衡状态)时的电势。

17. 如何维护和使用标准电池以及检流计?

答:标准电池的使用:切勿将电池倒转、倾斜或者摇动;正负极不能接错;校正电位计用,不作电源,不允许有10-4A以上的电流通过,故绝不可用伏特计测其电压或用万用表试其是否为通路。

检流计的使用:检流计两端的电压不能过大,否则会造成电流超过检流计的最大量程值,损坏检流计;在使用之前要检查指针是否指零,如果不指零就要手动调节,否则会测出错误的值;最后,和检流计相串联的滑动变阻器要足够大,在减少滑动变阻器的时候尽量缓慢,不可忽变!

18. 试举出原电池电动势的测量的应用的两个实例

答:原电池电动势的测量的应用:(1)计算化学反应热力学函数值的变化;(1)测量溶液的pH值;(3)计算化学平衡常数,判断氧化还原反应方向;(4)计算难溶盐的溶度积和络合离子稳定(不稳定)常数;(5)求标准电极电势,计算离子活度系数;(6)电位滴定,确定某些容量分析过程中的滴定终点;(7)在离子选择电极,电位—PH图等方面有重要作用。

19. 在原电池电动势的测定实验中,影响实验测量准确度的因素有哪些?

答:电极制备的好坏,溶液的浓度变化,电位差计的准确度,盐桥对液接电势的消除程度等。

20. 标准电池的电动势与哪些因素有关?

答:标准电池电动势与实验室温度有关,它的大小是一个和温度有关的数学达式。

实验二 旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数

1、说出蔗糖溶液在酸性介质中水解反应的产物是什么?此反应为几级反应?



C6H12O6C6H12H6

答案:C12H22O11H2O

H

准一级反应

蔗糖 葡萄糖 果糖

2、WZZ-2S数字式旋光仪的使用分为哪几步?

答案:①.打开电源开关(POWER仪器左侧),待5-10分钟使钠灯发光稳定。

②.打开光源开关(LIGHT仪器左侧),开关指DC档,此时钠灯在直流电下点燃。 ③.按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。④.清零 ⑤.测量

3、旋光管中的液体有气泡是否会影响实验数据?应如何操作?

答案:会,若管中液体有微小气泡,可将其赶至管一端的凸起部分。 4、本实验为什么可以通过测定反应系统的旋光度来度量反应进程?

答案:在本实验中,蔗糖及其水解产物都具有旋光性,即能够通过它们的旋光度来量度其浓度。蔗糖是右旋的,水解

混合物是左旋的,所以随水解反应的进行,反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋,因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。

5、旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数实验分哪几步?

答案:①.调节恒温槽的温度在30±0.1℃。 ②.溶液配制与恒温。③.仪器零点校正。

④.测量(1)αt的测定(2)α∞的测定

6、反应开始时,为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中,而不是相反?

答案:因为将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时,由于H+的浓度高,反应速率大,一旦加入蔗糖则马上会分解产生

果糖和葡萄糖,则在放出一半开始时,已经有一部分蔗糖产生了反应,记录t时刻对应的旋光度已经不再准确,影响测量结果。反之,将HCl溶液加到蔗糖溶液中去,由于H+的浓度小,反应速率小,计时之前所进行的反应的量很小。

7、

t的测量时间是否正好为5, 10,…60分钟? 蔗糖水解过程中体系的旋光度增大还是减小?

答案:不是,应在旋光度读数稳定后,先记录精确的反应时间,几分几秒,再读旋光度。由于反应体系的旋光度会由

右旋逐渐转变为左旋,蔗糖水解过程中旋光度是在不断减小。 8、加入蔗糖中的蒸馏水的量有无限制?为什么?

答案:有,不能加太多,因要移到25ml容量瓶。 9、本实验需测哪些物理量?是如何测得的?

答案:本实验需测不同时刻的t及。:将剩余混合液置于50-60℃的水浴中加热30分钟,以加速水解反应,然后冷却至实验温度,测其旋光度,此值即可认为是

。

10、氢离子浓度对反应速率常数测定是否有影响?

答案:有影响。因

k值与温度和催化剂的浓度有关。

11、实验中,为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?

答案:主要是因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂,这样就消除了溶剂时实验结果的影响。故用纯蒸馏水作零点校正。且蒸

馏水没有旋光性,其旋光度为零。

12、实验结束后为什么必须将旋光管洗净?

答案:防止酸对旋光管的腐蚀。

13、记录反应开始的时间迟点或早点是否影响k值的测定?

答案:不影响。因

k值与温度和催化剂的浓度有关,与时间无关。

14、在测定α∞时,通过加热使反应速度加快转化完全,加热温度能否超过60℃?为什么?

答案:α∞的测量过程中,剩余反应混合液加热温度不宜过高以50~55℃为宜,否则有副反应发生,溶液变黄。因为蔗糖是由葡萄糖的苷羟基与果糖的苷羟基之间缩合而成的二糖。在H+离子催化下,除了苷键断裂进行转化外,由于高温还有脱水反应,这就会影响测量结果。

15、蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关?

答案:对指定的反应, 速率常数和反应温度、催化剂有关。

16、在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正?它对旋光度的精确测量有什么影响?在本实验中若不进行零点校正对结果是否有影响?

答案:(1)旋光仪由于长时间使用,精度和灵敏度变差,故需要对零点进行校正。

(2)若不进行零点校正,则各个时间所的的溶液的旋光度存在偏差,若不校正会使测量值的精确度变差,甚至产生

较大的误差。

本实验数据处理时,用旋光度的差值进行作图和计算,以

准确,但并不影响其差值,对k的结果无影响。

17、配置蔗糖和盐酸溶液浓度不够准确,对测量结果是否有影响?

答案:当蔗糖的浓度不准确时,对反应速率常数的测量结果无影响。当HCl溶液浓度不准确时,对反应速率常数的

测量结果有影响。

18、蔗糖水解实验中为什么不用浓硫酸和稀硝酸,而用盐酸? ln(t)

对t作图,故若不进行零点较正,只是α值不

答案:浓硫酸有脱水性(会使蔗糖脱水变成碳)和强氧化性,浓稀硝酸都有强氧化性,所以不能使用(蔗糖水解生成

的葡萄糖和果糖具有还原性)。

19、为什么配蔗糖溶液可以用粗天平称量?

答案:本实验通过测at来求得k, k与反应物浓度无关,不同at对应于不同的浓度值,无须知道它的准确浓度,所以配置蔗糖溶液可以用粗天平称量。

20、旋紧旋光管的套盖时,用力过大会影响测量结果吗?

答案:会,若用力过大,易压碎玻璃盖片,或使玻璃片产生应力,影响旋光度。1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。

答:蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖,其反应为:

H

C12H22O11蔗糖H2OC6H12O6葡萄糖C6H12O6果糖

由于水是大量存在的,H+是催化剂,反应中它们浓度基本不变,因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。

lnclnc0kt

由一级反应的积分方程可知,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以lnc对t作图,可得一直线,由直线斜率可得k。然而反应是不断进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物,都具有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关,当其他条件均固定时,α=βc。

物质的旋光能力用比旋光度来度量: D

l100

c

20

A

λD=589nm,l为样品管长度(dm),cA为浓度(g/100ml) 蔗糖是右旋性物质,其

 =66.6

20

D

,葡萄糖是右旋性物质,其

20 D=52.5,果糖是左旋性物质,其



 =91.9

20

D

,因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。

H

C12H22O11蔗糖H2OC6H12O6葡萄糖C6H12O6果糖

t0 c0 0 0tt cc0-x x xt 0  c0  c0t0时: 0=反c0 tt时: t=反c生c0c  c0t时: =生c0 c

0

,0

反生

t

,t

反生

带入lnclnc0kt得: lnt=ln0kt

在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t时的at及a∞,以ln反应速率常数k,半衰期tt对t作图可得一直线,从直线斜率即可求得

ln2k。

2. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,如果所用蔗糖不纯,对实验有何影响? 答:本实验通过旋光度的测定来测蔗糖反应速率,蔗糖是右旋性物质,其

 =66.6

20D

,葡萄糖是右旋性物质,其

2020 D=52.5,果糖是左旋性物质,其 D=91.9,因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。若



蔗糖不纯,所含杂质如果无旋光性对实验无影响,如果具有一定的旋光性会影响实验旋光度的测量,使实验结果不准确。

3. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,测旋光度时不作零点校正,对实验结果有无影响? 答:无影响,本实验中,所测的旋光度αt可以不校正零点,因αt-α∞ ,已将系统的零点误差消除掉。

4. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,蔗糖水解实验中配制溶液为何可用台称称量?

答:蔗糖初始浓度对于数据影响不大。速率常数K与温度和催化剂的浓度有关,实验测定反应速率常数k,以ln(αt-α∞)对t作图,由所得直线的斜率求出反应速率常数k,与初始浓度无关 ,蔗糖的称取本不需要非常精确,用台称称量即可。

5. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,测出的旋光度与光源的波长,旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗?

答:物质的旋光能力用比旋光度来度量: D

l100,可见溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液

c

20

A

性质、溶液浓度、光源的波长、样品管长度及温度等均有关系。

6. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,测出速率常数与温度、溶液浓度、催化剂浓度和反应时间的长短有关吗? 答:蔗糖转化反应的速率常数与温度、催化剂浓度有关,与溶液浓度、反应时间的长短无关。

7. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中, 在混合蔗糖溶液和HCl液时,我们将HCl液加到蔗糖溶液里去,可以反过来混合吗?

答:不能,因为H+是催化剂,将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时,H+浓度很大,一旦加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖,则在开始测量时,已经有大部分蔗糖产生了反应,记录t时刻对应的旋光度已经不再准确。反之,将HCL溶液加到蔗糖溶液中去,由于H+的浓度小,反应速率小,计时之前所进行的反应的量很小。

8. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,开始时旋光度在单位时间内变化较快,随着时间的延长,旋光度在单位时间内变化愈来愈小,是否可得出这样的结论,即反应速率常数和反应速率随着时间的延长愈来愈小。

答:不能,反应速率常数与反应时间无关,只与温度、催化剂浓度有关,反应速率是随着时间的延长愈来愈小。在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t作图得一直线,从直线斜率求得反应速率常数k0。

9. 蔗糖的转化速率常数和哪些因素有关? 答:温度、催化剂的浓度及催化剂的种类有关。

10. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,用蒸馏水来校正旋光仪的零点,试问在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度t是否必须要进行零点校正?

答:因为蒸馏水无旋光性,故可用纯蒸馏水作零点校正。在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度t可以不进行零点校,因反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t作图得一直线,从直线斜率求得反应速率常数k0,αt-α∞ 可将系统的零点误差消除掉。

11.在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,物质的比旋光度与光源的波长,旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗?

答:物质的旋光能力用比旋光度来度量: D而与旋光管的长短和溶液浓度无关。

12. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,测定t 和是否要用同一根旋光管,为什么? 答:物质的旋光能力用比旋光度来度量: D

l100,比旋光度是物质本身的性质,仅与光源的波长和温度有关,

c

20

A

l100,由上式公式可知,溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋

c

20

A

光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关,当其他条件均固定时,溶液的旋光度才与浓度成正比关系,α=βc。

13. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,如何测量?

答:将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min,取出冷至实验温度下测定其旋光度,在10-15 min内读取5-7个数据,如在测量误差范围内,则取其平均值,即为 值。

14. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,测量时,溶液没有冷至实验温度下就测定其旋光度,对结果有无影响? 答:有影响,因为溶液的旋光度与温度有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量: D

l100,由上式公式可知,

c

20

A

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关,当其他条件均固定时,溶液的旋光度才与浓度成正比关系,α=βc。

15. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,如何判断测量溶液的旋光度即为?

答:将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min,取出冷至实验温度下测定其旋光度,在10-15 min内读取5-7个数据,如在测量误差范围内,则取其平均值,即为 值。

16. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,何时开始计时?为什么?

答:分别取50mL蔗糖水溶液和50 mL 4mol·L-1 HCL溶液于两个100mL锥形瓶中,并浸入恒温槽使恒温到实验的温度。然后将HCl溶液全部倒入蔗糖溶液锥形瓶中(两瓶来回倒几次,使两者混合均匀),同时记下时间。因为

lnt=ln0kt成立的前提是t=0时,产物浓度为零。

17. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中,实验结束后,能否直接将旋光收起来? 答:不能,实验结束时,应将旋光管洗净干燥,防止酸对旋光管的腐蚀。

实验三 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

1、简述电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数的实验原理。 答:乙酸乙酯皂化反应是一个二级反应,其反应式为:

CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OH

在反应过程中,各物质的浓度随时间而改变。某一时刻的OH-离子浓度可用标准酸进行滴定求得,也可以通过测量溶液的某些物理性质而求出。

CH3COOC2H5 NaOH CH3COONa  C2H5OHt0 c0 c0 0 0tt c0- x c0-x x x t 0 0 c0 c0

0

A0

12

tt时: t=Λ1cΛ2c0c  ctAt

12

t时: =Λ2c0 xc0cA0t11x

ktktc0xc0c0c0xtx

带入ktc0得: ktc00

c0xt

10t

也可整理为: t

kc0t t0时: 0=Λ1c0 c0

此反应反应物NaOH和生成物CH3COONa均为电解质,在浓度不大时其电导率与其浓度成正比。在稀的水溶液中可以假定CH3COONa全部电离,溶液中参与导电的离子有Na+、OH- 和CH3COO- 等,而Na+ 在反应前后浓度不变,OH-的迁移率比CH3COO-的迁移率大得多,随着反应时间的增加,OH-不断减少,而CH3COO-不断增加,所以反应体系的电导率值不断下降。用电导率仪测定反应溶液的电导率值κ随时间t的变化关系,可以监测反应的进程,进而可求算反应的速率常数。二级反应的速率与反应物的浓度有关。为了处理方便起见,在设计实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH采用相同的浓度c0作为起始浓度。

从直线方程式可知,只要测定了κ0、κ∞以及一组相应于t时κt值,以

0tt对t作图,可得一直线,c准

确已知,由直线的斜率即可求得反应速率常数k值,k的单位为min-1·mol-1·L。

如果测定两个不同温度下的反应速度常数,就可根据阿仑尼乌斯公式求算出反应的活化能。

ln

k2Ea11

()k1RT2T1

2、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,测量溶液的电导值对结果有无影响? 答:没有影响,该实验是以0t在计算时被约去,对0t

t对t作图 ,而溶液的电导与电导率仅相差一个电导池常数,电导池常数

t没有影响。

3、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,初始浓度过大或过小,对实验有何影响? 答:初始浓度过大,离子就不能完全电离,不能以

0t

ckt作图。初始浓度过小,则电导率变化太小影响准确度。

t

4、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,可否将NaOH溶液稀释一倍后测得的电导率值作为皂化反应的初始电导率?为什么?

答:可以,乙酸乙酯不具有明显的电导率。

5、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,如何测得乙酸乙酯皂化反应的活化能?

答:如果测定两个不同温度下的反应速度常数k1,k2,就可根据阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式求算出反应的活化能:

ln

k2Ea11()k1RT2T1

6、反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念,反应级数只能通过实验来确定。试问如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应?

答:如果通过本实验测定了κ0、κ∞以及一组相应于t时κt值,以酸乙酯皂化反应为二级反应。

7、乙酸乙酯的皂化反应为吸热反应,试问在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,如何处置这一影响而是使实验得到较好的结果? 答:采用恒温槽恒温。

8、 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,如果NaOH和CH3COOC2H5溶液为浓溶液时,能否用此法求k值,为什么?

答:不能。因为影响因素太多,在浓的溶液中不可认为CH3COONa全部电离,该反应的逆反应不能忽略,此时不可以认为体系电导率值的减少与CH3COONa的浓度x的增加量成正比。

9、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,为什么两溶液混合一半时就开始计时? 答:因为ktc0

10、为电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中要在恒温条件下进行,且溶液在混合前还要预先恒温?

答:动力学实验,一般情况下要在恒温条件下进行,因为不同的温度的反应速率不一样,反应速率常数与温度有关,电导率的数值与温度也有关,所以要准确进行动力学测量,必须在恒温条件下进行。预先恒温可以减少混合时温度的波动,减少实0tt对t作图,可得一直线即可验证乙

0t

t

成立的前提是t=0时,产物浓度为零,所以两反应溶液混合一半时,就开始计时。

验误差,因为他们一混合反应就进行,所以先恒温,再混合,可以进少误差。

11、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,由于某些原因不知道电导池常数,假如直接测电导率是否对实验结果产生影响?

答:没有影响,该实验是以

0tt对

t作图 ,而电导池常数在计算时可被约去,因此对

0tt没有影响。

12、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,实验过程中所用的NaOH是否需要精确标定?

答:需要,为了处理方便起见,本实验在设计实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH采用相同的浓度c0作为起始浓度。即反应物CH3COOC2H5和NaOH起始浓度要相等ktc0

13、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,记录数据所隔时间是否越长越好?为什么?

答:不是。刚开始电导率的变化很大,若时间太长,不易记录数据,对实验有影响。乙酸乙酯皂化反应曲线随着时间的延长会出现偏离二级反应的现象,可能是反应的可逆性对总反应的影响逐渐变得明显,还存在盐效应,即某些中性盐的存在会降低其系数,所以皂化反应实验的时间不能过长。

14、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,测定Κt和Κ∞时一定要用双管电极,是否可用试管替代? 答:不一定,可以用试管替代。

15、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,需用电导水,并避免接触空气及灰尘杂质的落入,为什么? 答:电导水含杂质少,对电导率的测定影响小,从而减少误差;由于空气中的CO2会溶入电导水和配制的Na0H溶液中,而使溶液浓度发生改变。因此在实验中可用煮沸的电导水,同时可在配好的NaOH溶液瓶上装配碱石灰吸收管等方法处理。

16、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,所用乙酸乙酯溶液为什么要现用现配?

答:因为在无酸、碱存在的情况小,乙酸乙酯溶液也会发生缓慢水解,为了处理方便起见,本实验在设计实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH采用相同的浓度c0作为起始浓度。即反应物CH3COOC2H5和NaOH起始浓度要相等ktc0才能用。所用乙酸乙酯溶液需要现用现配,并须精确配置。

17、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,各溶液在恒温及操作时为什么要盖好?

答:因为本实验要测定溶液的电导率,对溶液浓度要求高。若在恒温及操作过程中不盖好,会因为溶液及溶剂的挥发或杂质的进入而造成溶液浓度的改变而影响实验结果。因此必须盖好装溶液的容器。

18、在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中,为什么要使两种反应物的浓度相等? 答:为了使二级反应的数学公式简化,数据处理方便。

0t

t

才能用。因此实验过程中所用的NaOH是否需要精确标定。

0t

t

实验四 溶液表面张力测定

1、实验时,为什么毛细管口应处于刚好接触溶液表面的位置? 如插入一定深度将对实验带来什么影响? 答案:减少测量P

max

P是气泡内外的压力差,在气泡形成的过程中,由于表面张力的作用,凹液

max

ΔPr

maxKΔP,如果插入一定深度,P外还要考虑插入这段深度的

max2

面产生一个指向液面外的附加压力△P,γ=静压力,使得P

max

的绝对值变大,表面张力也变大。

2、最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?

答案:最大气泡法测定表面张力时要读最大压力差。因为随着气泡的形成,曲率半径逐渐由大变小又变大,当曲率半径等于毛细管半径时,气泡呈半球形,气泡曲率半径最小,△P最大。

这时的表面张力为: γ=

ΔPr

maxKΔP

max2

式中的K为仪器常数,可用已知表面张力的标准物质测得。 P3、实验中为什么要测定水的P

max

由压力计读出。

max

答案:当曲率半径等于毛细管半径时的表面张力为:

γ=

ΔPr

maxKΔP式中的K为仪器常数,可用已知表面张力的标准物质测得,这种标准物质就是水。

max2

4、对测量所用毛细管有什么要求? 答案:毛细管一定要清洗干净,管口平齐。

5、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小? 答案:测量时P

max

最大

6、如何用镜象法从σ—C等温线上作不同浓度的切线求



或Z? cT

如图所示,经过切点a作平行于横坐标的直线,交纵坐标于b点。用镜象法求作切线。

以Z表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离,显然Z的长度等于



c, 即 cT



Zc

cT

7、答案:表面张力为什么必须在恒温槽中进行测定? 答案:因为表面张力与温度有关,温度升高,表面张力下降。

8、如果气泡逸出的很快,或几个气泡一齐出,对实验结果有何影响?

答案:如果气泡逸出的很快,或几个气泡一齐出,即气泡形成时间太短,则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来,测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。

9、根据什么来控制滴液漏斗的放液速度?对本实验有何影响?

答案:要求气泡从毛细管缓慢逸出,通过控制滴液漏斗的放液速度调节逸出气泡每分钟10个左右。若形成时间太短,则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来,测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。 10、测定正丁醇溶液的表面张力时,浓度为什么要按低到高的顺序依次测定?

答案:溶液的表面张力与浓度有关,浓度按低到高的顺序依次测定,可减少由测量瓶清洗不够干净引起的误差。

11、温度变化对表面张力有何影响,为什么?

答案:温度升高,表面张力下降。表面张力与温度有关, 12、测定时如何读取微压力计的压差? 答案:测量时读取微压计上的最大压力。

13、对同一试样进行测定时,每次脱出气泡一个或连串两个所读结果是否相同,为什么?

答案:不同;每次脱出一个气泡结果才准确。如果气泡逸出的很快,或几个气泡一齐出,即气泡形成时间太短,则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来,测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。

14、 准确地取x ml正丁醇和(1000-x)ml蒸馏水能得到准确的1000ml溶液吗?为什么?x越大时差别越大还是越小(1

答案:不能,因为对真实液态混合物,混合前后体积不等,而且x越大(浓度越大)时差别越大。 15、本实验为何要测定仪器常数?仪器常数与温度有关系吗? 答案:当曲率半径等于毛细管半径时的表面张力为:

ΔPrmax式中的K为仪器常数,可用已知表面张力的标准物质-蒸馏水测得。仪器常数与温度无关, γ=KΔP

max2

16、影响本实验结果的主要因素是什么? 答案:气泡逸出速度、是否P

max

、溶液浓度、温度、系统的气密性等。

17、如何检验仪器系统漏气?

答案:旋开分液漏斗,使压差计显示一定的数值,旋紧分液漏斗,此值保持一段时间不变。 18、从毛细管中逸出的气泡有什么要求? 如何控制出泡速度?

答案:要求气泡从毛细管缓慢逸出,一个一个的出,逸出气泡每分钟10个左右。通过控制滴液漏斗的放液速度调节。 19、由0.5mol/l的正丁醇溶液稀释浓度为0.02mol/l正丁醇溶液50 ml,如何配制最简单?写出计算公式。

答案:0.5×0.25=(ρ/74)V正丁醇 (11.45ml)

0.5x=0.02×50 x=2 ml 20、微压计如何采零?

答案:采零:打开大试管上的活塞,使体系与大气相通,在数显微压差仪上,选

额外:如何由实验结果求算乙醇的横截面积?并与文献值相比较,写出计算相对误差和绝对误差的计算公式。

答案:由实验求得的Γm代入 a

m

1ΓmL

-19

2

可求被吸附分子的截面积am 。

文献值:直链醇分子截面积为2.16×10m

相对误差=(2.16×10m-am)/2.16×10m:绝对误差=2.16×10m-am

-192

-192

-192

溶液的表面张力

1、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。答:实验装置如图83-4所示。

将被测液体装于测定管中,打滴液瓶活塞缓缓放水抽气,系统不减压,毛细管出口将出现一小气且不断增大。若毛细管足够细,管端气泡将呈球缺形,液面可视为球的一部分。随着小气泡的变大,气的曲率半径将变小。当气泡的半径于毛细管的半径时,气泡的曲率半最小,液面对气体的附加压力达到大,如图5所示。

在气泡的半径等于毛细管半径时:p内=p外 气泡内的压力: p内=p大气-2γ/r 气泡外的压力: p外=p系统+ρgh

实验控制让毛细管端口与液面相切,即使h=0,p外= p系统

根据附加压力的定义及拉普拉斯方程,半径为r的凹面对小气泡的附加压力为

△pmax = p大气- p系统= p最大=2γ/r (6)

于是求得所测液体的表面张力为

开断泡,下面泡等径最

pmaxK'pmax

r2

(7)

此后进一步抽气,气泡若再增大,气泡半径也将增大,此时气泡表面承受的压力差必然减小,而测定管中的压力差却在进一步加大,所以导致气泡破裂从液体内部逸出。最大压力差可用数字式压力差仪直接读出,K′称为毛细管常数,可用已知表面张力的物质来确定。

2、简述测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力,计算表面吸附量和正丁醇分子横截面积的实验原理。

答:根据能量最低原则,当溶质能降低溶剂的表面张力时,溶质表面层中的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。表面吸附的多少常用表面吸附量Γ表示,其定义为:单位面积表面层所含溶质的物质的量比与同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。显然,在指定的温度和压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附等温方程:



cRT

d

 dc

用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时,可由实验测定一组恒温下不同浓度c时的表面张力,以γ对c作图,可得到γ-c曲线,将曲线上某指定浓度下的斜率dγ/dc代人(2)式,即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。当浓度足够大时,则呈现一个吸附量的极限值,即

。此时若再增加浓度,吸附量不再改变。所以 称为饱和吸附量。可以近

似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。求出值,即可算出每个被吸附的表面活性物质分

子的横截面积As。每个分子的截面积为:

As

1

,式中L为阿伏加德罗常数。 L

因此,如测得不同浓度溶液的表面张力,从γ-c曲线可求得不同浓度的斜率dγ/dc,即可求出不同浓度的吸附量Γ,再从Г-c曲线上求出Г∞,便可计算出溶质分子的横截面积As。

3、的大小与那些因素有关?

答:表面张力γ表示了液体表面自动缩小趋势的大小,其大小与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

4、纯液体如何降低其表面自由能?

答:对于纯液体,纯液体表面层的组成与内部的组成相同,等温等压下,γ为定值,要使dG下降,只有降低A。因此,纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。因此液滴通常成球形。

dGdA

5、溶液如何降低其表面自由能?

答:对于溶液,等温等压下,要使dG下降,除了降低表面积外,因溶液的γ与溶液表面层的组成密切相关,还可由溶液自动调节不同组分在表面层中的数量使γ降低。 dGdA

6、什么是溶液的表面吸附?

答:根据能量最低原则,当溶质能降低溶剂的表面张力时,溶质表面层中的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

7、水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变,根据变化情况可将溶质分为几类? 答 :水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变,根据变化情况可将溶质分为两类:

1)非表面活性物质

能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。这些物质的离子有较强的水合作用,趋向于把水分子拖入水中,非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。如果要增加单位表面积,所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功,所以表面张力升高。

2)表面活性物质

加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链

或碳环有机化合物。亲水基团进入水中,憎水基团企图离开水而指向空气,在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度,增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大,表面活性也愈大。但习惯上,只把那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质,称为表面活性剂。

8、表面活性物质在水溶液的表面是如何排列的?

答:表面活性物质分子都是由亲水性的极性基团和亲油性的非极性基团所构成,它们在水中的排列情况随其浓度不同而异,浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,表面活性物质分子在溶液表面定向排列,分子的极性基团取向溶液内部,而非极性基团取向空间;当浓度增至一定程度,溶质分子占据所有表面积,就形成了饱和吸附层。再增大就会形成胶束。

9、溶液的表面吸附量是什么?它与哪些因素有关?

答:其定义为:单位面积表面层所含有溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。它与温度,压力,溶液的表面张力及溶液的浓度有关。

10、如何求溶液的表面吸附量? 答:用吉布斯吸附等温式计算:



cd

,由实验测定一组恒温下不同浓度c的表面张力,以对c作图,可得RTdc

到γ-c曲线,将曲线上某指定浓度下的斜率dγ/dc带入吉布斯吸附等温式,即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。

11、什么是溶液的饱和吸附量?如何求?

答:当浓度足够大时,则呈现一个吸附量的极限值,即

。此时若再增加浓度,吸附量不再改变。所以 称为饱

和吸附量。可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。

12、溶液的饱和吸附量与溶质分子的横截面积有何关系?如何求溶质分子的横截面积?

答:可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。求出值,即可算出每个被吸附的

表面活性物质分子的横截面积As。则每个分子的截面积为:As

13、测溶液的表面张力有哪些方法?

1

式中L为阿伏加德罗常数。 L

答:测定表面张力方法很多,如毛细管上升法、滴重法、吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等。

14. 在最大泡压法测定溶液的表面张力的实验中,玻璃毛细管下端液面是高于、低于还是与溶液液面相切? 答:毛细管中下端液面应与溶液液面应相切。

15、液体表面层分子与液体内部的分子所处的环境是否一样?

答:界面两侧的环境不同;液体内部分子的吸引力是对称的,各个方向的引力彼此抵销,总的受力效果是合力为零;处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的,不对称的。

16、什么是表面张力?什么是表面自由能?两者有何区别和联系?

答:(1)在液气两相的界面上,液体分子所受液体内部分子的引力大于气体分子对它的引力,由此造成的使液体表面缩小的力叫表面张力。

(2)在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子,一方面受到

液体内层的邻近分子的吸引,另一方面受到液面外部气体分子的吸引,而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中,每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力(如图83-l所示)。这种吸引力使表面上的分子向内挤,促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功,增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能,这位能就是表面自由能。

(3) 它们的共同点是:都反映了表面分子受力不均匀的情况;两者的数值相同,量纲相同通常用同一符号表示。它们的不同点是:两者的物理意义不同,表面自由能是指等温、等压、保持组成不变的条件下,可逆地增加单位表面积时,体系吉布斯自由能的增值。表面张力是指表面层分子垂直作用于单位长度的边界上且与表面相切的收缩力。两者的单位不同,表面自由能的单位是J·m-2,而表面张力的单位是N·m-1。

17、要做好最大泡压法测定溶液的表面张力实验的关键步骤有哪些?

答:要做好这个实验关键因素有:正丁醇溶液浓度要准确配制,测定正丁醇溶液表面张力时按从稀到浓依次进行,玻璃器皿必须洗涤清洁,毛细管及测定管一定要用待测液润洗;测定时毛细管一定要与液面保持垂直,端面刚好与液面相切;控制好滴液瓶的放液速度,水的流速每次均应保持一致,尽可能使气泡呈单泡逸出,以利于△pmax读数的准确性;温度应保持恒定,否则对γ的测定影响较大。

18、用最大泡压法准确测定溶液的表面张力需注意哪些问题?

答:用最大泡压法准确测定溶液的表面张力需注意以下问题:

(1)在测定有效数据之前一定要检查系统的气密性,否则数据不真实。

(2)连接压力计与毛细管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物,否则压力无法传递至毛细管,将没有气泡自毛细管口逸出。

(3)测定时毛细管及测定管应洗涤干净,以玻璃不挂水珠为好,否则,气泡可能不呈单泡逸出,而使压力计读数不稳定,如发生此种现象,毛细管应重洗。

(4)测定时毛细管一定要与液面保持垂直,端面刚好与液面相切,若毛细管末端插入到溶液内部,则气泡外的压力:p

= p系统+ρgh,此时因为h不等于0,在气泡的半径等于毛细管半径时:p内=p大气-2γ/r=p外= p系统+ρgh

△pmax = p大气- p系统=ρgh +2γ/r

计算公式将只能采用

(5)控制好滴液瓶的放液速度,水的流速每次均应保持一致,尽可能使气泡呈单泡逸出,以利于读数的准确性。 (6)数字微压差仪上显示的数字为实验系统与大气压之间的压差值。要读取最大压力差数值,因为△pmax与毛细管的半径r 是对应的,只有这样才能获得一致的数据。

(7)正丁醇溶液要准确配制,使用过程中防止挥发损失。测定正丁醇溶液表面张力时按从稀到浓依次进行,毛细管及测定管一定要用待测液润洗,否则测定的数据不真实。毛细管的清洗方法:将毛细管在下次被测溶液中沾一下,溶液在毛细管中上升一液柱,然后用洗耳球将溶液吹出,重复3~4次。

(8)温度应保持恒定,否则对γ的测定影响较大。

19、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,测量液体表面张力时为什么要读取最大压力差?

答:因为γ= r/2×△pmax,只有气泡的半径等于毛细管的半径时,气泡的曲率半径最小,液面对气体的附加压力达到最大,所以读取最大压差。

20、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,测量液体表面张力时滴水过快,对测量结果有何影响?

答:有影响,若测量液体表面张力时滴水过快就会使测定管中出气泡不是呈单个冒出,出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达到吸附平衡,也将使气体分子间摩擦力和流体管壁间的摩擦力增大,这将造成压力差增大,使表面张力测定值偏高。

21、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,测量表面张力时毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗?为什么? 答:不行!如果将毛细管末端插入到溶液内部进行测量,则气泡外地压力:p外= p系统+ρgh,此时因为h不等于0,在气(pmaxgh)r



2

泡的半径等于毛细管半径时:p内=p大气-2γ/r=p外= p系统+ρgh △pmax = p大气- p系统=ρgh +2γ/r 计算公式将只能采用公式,那么在实验操作



(pmaxgh)r

2

时,就需要测量h,使实验变繁琐,不可取。

22、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,表面张力仪的清洁与否和温度的不恒定对测量数据有何影响?

答:若表面张力仪不干净,则气泡可能不成单泡冒出,使压力计读数不稳定,给实验带来较大的误差,同时表面张力仪不干净会影响溶液的表面张力。因为表面张力与温度有很大的关系,如温度不恒定则对表面张力的测量会带来较大的误差。

23、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,为什么要求从毛细管中逸出的气泡必须均匀而间断?

答:因为毛细管中逸出的气泡必须均匀而间断,使得所测最大压差准确。如抽气太快,气泡的形成与逸出快而不稳定,将会使最大压差的读数不稳定,给实验带来较大的误差,可以通过控制滴液的速度快慢来控制出泡速度。

24、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,如何控制出泡速度?若出泡速度太快对表面张力测定值有何影响? 答:本实验控制出泡速率是通过控制滴定管中液体滴定速度来实现。若出泡速率快太将使表面活性物质来不及在气泡表面达到吸附平衡,也将使气体分子间摩擦力和流体管壁间的摩擦力增大,这将造成压力差增大,使表面张力测定值偏高。

25、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,哪些因素影响表面张力的测定?应当如何减小或消除这些因素的影响? 答:影响因素有:(1)系统的气密性;(2)毛细管及测定管是否清洗干净;(3) 滴液瓶的放液速度;(4)读取数字微压差仪上压差值; (5)正丁醇溶液浓度是否准确配置。

减小或消除这些因素的方法有:

(1)在测定有效数据之前一定要检查系统的气密性,否则数据不真实。

(2)连接压力计与毛细管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物,否则压力无法传递至毛细管,将没有气泡自毛细管口逸出。

(3)测定时毛细管及测定管应洗涤干净,以玻璃不挂水珠为好,否则,气泡可能不呈单泡逸出,而使压力计读数不稳定,如发生此种现象,毛细管应重洗。

(4)测定时毛细管一定要与液面保持垂直,端面刚好与液面相切,若毛细管末端插入到溶液内部,则气泡外的压力:p外= p系统+ρgh,此时因为h不等于0,在气泡的半径等于毛细管半径时:p内=p大气-2γ/r=p外= p系统+ρgh △pmax = p大气- p系统=ρgh +2γ/r 计算公式将只能采用



(5)控制好滴液瓶的放液速度,水的流速每次均应保持一致,尽可能使气泡呈单泡逸出,以利于读数的准确性。 (6)数字微压差仪上显示的数字为实验系统与大气压之间的压差值。要读取最大压力差数值,因为△pmax与毛细管的半径r 是对应的,只有这样才能获得一致的数据。

(7)正丁醇溶液要准确配制,使用过程中防止挥发损失。测定正丁醇溶液表面张力时按从稀到浓依次进行,毛细管及测定管一定要用待测液润洗,否则测定的数据不真实。毛细管的清洗方法:将毛细管在下次被测溶液中沾一下,溶液在毛细管中上升一液柱,然后用洗耳球将溶液吹出,重复3~4次。

26. 玻璃毛细管插入不同的溶液中,毛细管中的液面高于、低于还是与溶液液面相平?

答:实际上,这里既涉及到润湿的问题,又涉及弯曲表面附加压力的问题,而这两个问题都与表面张力有关。能润湿,则形成凹面,产生一指向溶液外部的附加压力,使毛细管中的液面高于溶液液面;如果接触角为90°,则形成平面,不产生附加压力,毛细管中的液面与溶液液面相平;不能润湿,则形成凸面,产生一指向溶液内部的附加压力,使毛细管中的液面低于溶液液面,如玻璃毛细管插入汞中。

(pmaxgh)r

2

备注:聂老师还交代过 实验书后的附录关于仪器的部分不能忽视

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