物化實驗下實驗報告最終

1、物理化學(xué)實驗報告實驗名稱：最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力姓名：鄭晨光學(xué)號：2013041467專業(yè)：13化學(xué)行知班班級:13化學(xué)指導(dǎo)教師：鄔冰評分：實驗?zāi)夸泴嶒?10 電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度 3實驗 11 黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量 8.實驗 12 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力 1. 4實驗 13 丙酮碘化反應(yīng)的速率方程 2.3實驗 14 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定 2.8實驗 15 乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)測定 3.2實驗 16 離子遷移數(shù)的測定希托夫法 3.6實驗17電勢一pH曲線的測定40實驗 18 電池電動勢的測定及其應(yīng)用 4.6實驗 19 碳鋼在碳酸氫

2、銨溶液中極化曲線的測定 5. 2實驗 20 溶液吸附法測定固體比表面積 5.7實驗 21 溶液法測定極性分子的偶極矩 6.2實驗10電導(dǎo)法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度、實驗?zāi)康?用電導(dǎo)法測定十二烷基硫酸鈉的臨界膠束濃度2了解表面活性劑的特性及膠束形成原理3掌握DDS-307型電導(dǎo)率儀的使用方法二、實驗原理具有明顯 兩親”性質(zhì)的分子，既含有親油的足夠長的(大于1012個碳原子)烴基，又含有親水的極性基團(通常是離子化的)。由這一類分子組成的物質(zhì)稱為表面活性劑，如肥皂和各種合成洗滌劑等。表面活性劑分子都是由極性部分和非極性部分組成的，若按離子的類型分類，可分為三大類：(1)陰離子型表面活性劑

3、，如羧酸鹽肥皂，C17H35COONa,烷基硫酸鹽十二烷基硫酸鈉，CH3(CH2)iiSO4Na,烷基磺酸鹽十二烷基苯磺酸鈉,CH3(CH 2)11C8H 5SO3Na等;(2)陽離子型表面活性劑， 多為0.0 .，亠eiiuolidur)P17.1十二熾呈硫鯉駅fS療刑就f巴匱崛眾廈咄共羸胺鹽，如十二烷基二甲基叔胺RN(CH 3)2HCl和十二烷基二甲基氯化胺RN(CH 3)CI;(3)非離子型表面活性基，如聚氧乙烯類R-O-(CH 2CH 2O-) n-H。表面活性劑進入水中， 在低濃度時呈分子狀態(tài)， 并且三三兩兩地把親油基團靠攏而分散在水中。當溶液濃度加大到一定程度時，許多表面活性物質(zhì)的

4、分子立刻結(jié)合成很大的集團,形成 膠束”以膠束形式存在于水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的。表面活性物質(zhì)在水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度(critical micelle concentration)，以CMC表示。在CMC點上，由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致其物理及化學(xué)性質(zhì)(如表面張力、電導(dǎo)、滲透壓、濁度、光學(xué)性質(zhì)等)同濃度的關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，如圖1所示。這個現(xiàn)象是測定 CMC的實驗依據(jù)，也是表面活性劑的一個重要特征。這種特征行為可用生成分子聚集體或膠束來說明,如圖2所示，當表面活性劑溶于水中后，不但定向地吸附在水溶液表面，而且達到一定濃度時還會在溶液中發(fā)生定向排列而形成；I -_L1

5、1 JjCtXXXXXIJUC杳當二 迂生滁舁夾_圖2膠束形成過程示意圖圖3膠束的球型結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)示意圖膠束，表面活性劑為了使自己成為溶液中的穩(wěn)定分子，有可能采取的兩種途徑： 一是把親水基留在水中，親油基向油相或空氣；二是讓表面活性劑的親油基團相互靠在一起，以減少親油基與水的接觸面積。前者就是表面活性劑分子吸附在界面上，其結(jié)果是降低界面張力，形成定向排列的單分子膜，后者就形成了膠束。由于膠束的親水基方向朝外，與水分子相互吸 引，使表面活性劑能穩(wěn)定地溶入水中。隨著表面活性劑在溶液中濃度的增長，球形膠束還有可能轉(zhuǎn)變成棒型膠束，以至層狀膠束，如圖3,后者可用來制作液晶，它具有各向異性的性質(zhì)。本實驗

6、利用 DDS-307型電導(dǎo)率儀測定不同濃度的十二烷基硫酸鈉水溶液的電導(dǎo)率值（也可換算成摩爾電導(dǎo)率），并作電導(dǎo)率（或摩爾電導(dǎo)率）與濃度的關(guān)系圖，從圖中的轉(zhuǎn)折點即可求 得臨界膠束濃度。三、儀器和試劑DDS -307型電導(dǎo)率儀（見圖4） 1臺恒溫水浴1套電導(dǎo)電極1支容量瓶（100mL）12只十二烷基硫酸鈉（0.02mol dm-3）蒸餾水四、實驗步驟1. 取適量十二烷基硫酸鈉在80C干燥3小時，用電導(dǎo)水準確配制成 0.020mol dm-3的原始溶液。（此項工作已由實驗室完成）2. 開通電導(dǎo)率儀和恒溫水浴的電源預(yù)熱10 min。調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度至25 C。3. 用蒸餾水分別準確配制0.002, 0.

7、004, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.010, 0.012, 0.014,0.016mol dm-3的十二烷基硫酸鈉溶液各100mL。4. 用電導(dǎo)率儀從低濃度到高濃度分別測定上述各溶液的電導(dǎo)率值。用后一個溶液蕩洗存放過前一個溶液的電導(dǎo)電極和容器3次以上，各溶液測定前必須恒溫10min ,每個溶液的電導(dǎo)率讀數(shù)3次，取平均值。5. 實驗結(jié)束后用蒸餾水洗凈試管和電極，并且測量所用水的電導(dǎo)率。五. 數(shù)據(jù)記錄與處理1. 將實驗所測數(shù)據(jù)填入表 1中。濃度 /mol dm-3電導(dǎo)率k/ Sm-1x103k （平均值）X1031230.002163.60.0043180.006

8、4440.0074980.0085520.0096040.0106580.0127390.0148210.0168990.0189872作電導(dǎo)率 與濃度c關(guān)系圖，從轉(zhuǎn)折點找出臨界膠束濃度CMC。3文獻值：40C時 Ci2H25SO4Na 的 CMC 為 8.7 10-3mol.dm-300.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.018X濃度00O0080040020.020交點濃度 C=0.007mol.dm -3六、注意事項表面活性劑的滲透、 潤濕、乳化、去污、分散增溶和起泡作用等基本原理廣泛應(yīng)用于石油、煤炭、機械、化學(xué)、冶金、材料及輕工業(yè)

9、、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，研究表面活性劑溶液的物理化 學(xué)性質(zhì)一一表面性質(zhì)（吸附）和內(nèi)部性質(zhì)（膠束形成）有著重要意義。而臨界膠束濃度（CMC）可以作為表面活性劑的表面活性的一種量度。因為CMC越小，則表示這種表面活性劑形成膠束所需濃度越底，達到表面（界面）飽和吸附的濃度越低。因而改變表面性質(zhì)起到潤濕、乳化、 增溶、起泡等作用所需的濃度也越低。另外，臨界膠束濃度又是表面活性劑溶液性質(zhì)發(fā)生顯著變化的一個 分水嶺”因此，表面活性劑的大量研究工作都與各種體系的CMC測定有關(guān)。測定CMC的方法很多，常用的有表面張力法、電導(dǎo)法、染料法、增溶作用法、光散射 法等。這些方法，原則上都是從溶液的物理化學(xué)性質(zhì)隨濃度變化關(guān)系出發(fā)

10、求得。其中表面張力法和電導(dǎo)法比較簡潔準確。表面張力法除了可求得CMC夕卜，還可以求的出表面吸附等溫線，此法還有一優(yōu)點，就是無論對于高表面活性還是低表面活性的表面活性劑，其CMC的測定都具有相似的靈敏度，此法不受無機鹽的干擾，也適合于非離子表面活性劑；電導(dǎo)法是個經(jīng)典方法，簡便可靠。只限于離子性表面活性劑，此法對于有較高活性的表面活性劑準確性高，但過量無機鹽存在會降低測定靈敏度，因此配置溶液應(yīng)該用電導(dǎo)水。七、思考題一、若要知道所測得的臨界膠束濃度是否準確，可用什么實驗方法驗證之？答;可以用其他方法驗證，如表面張力法、電導(dǎo)法、染料法、增溶作用法、光散射法等。其 中表面張力法和電導(dǎo)法比較簡便準確。二、

11、溶解的表面活性劑分子之間的平衡同溫度和濃度有關(guān)，其關(guān)系式可表示為：d In ccmcHdT2RT2試問如何測出其熱效應(yīng)值？（必答題）答：準確配臵所需要的溶液，求出各個濃度時的電導(dǎo)值，作出電導(dǎo)值（或摩爾電導(dǎo)率）與濃度的折線圖求出轉(zhuǎn)折點處臨界膠束濃度，即CMC的值，根據(jù)溶解的表面活性劑分子與膠束之間的平衡同溫度和濃度關(guān)系式。三、 非離子型表面活性劑能否用本實驗方法測定臨界膠束濃度？為什么？若不能，則可用何種方法測定？（必答題）在臨界膠束濃度處有一拐點。對于非離子表面活性劑來說，表面活性劑分子在水中不電離，其溶液的電導(dǎo)率和表面活性劑濃度沒有關(guān)系，故不能用電導(dǎo)法測定非離子表面活性劑的臨界膠束濃度。最簡

12、單的辦法還是表面張力法，做表面活性劑濃度對表面張力的曲線，當達到CMC時，在實驗11黏度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量一、實驗?zāi)康?. 掌握用烏貝路德（Ubbelohde）粘度計測定粘度的原理和方法2. 測定聚乙烯醇的平均相對分子質(zhì)量二、實驗原理粘度是指液體對流動所表現(xiàn)的阻力，這種力反抗液體中鄰接部分的相對移動，因此可看作是一種內(nèi)摩擦。圖1是液體流動的示意圖。當相距為dx的兩個液層以不同速度（v和v+dv） 移動時，產(chǎn)生的流速梯度為 dv/dx。當建立平衡流動時，維持一定流速所需的力（即液體對流動的阻力）f '與液層的接觸面積A以及流速梯度dv/dx成正比：f' A黒若以f表示

13、單位面積液體的粘滯阻力，f=f '/A ，則:dvdx上式為牛頓粘度定律表示式，其比例常數(shù)稱為粘度系數(shù)，簡稱粘度，單位為 Pa - s。高聚物在稀溶液中的粘度，主要反映了液體在流動時存在著內(nèi)摩擦。其中因溶劑分子之間的內(nèi)摩擦表現(xiàn)出來的粘度叫純?nèi)軇┱扯?，記? ；此外還有高聚物分子相互之間的內(nèi)摩擦，以及高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦。三者之總和表現(xiàn)為溶液的粘度。在同一溫度下,n sp,般來說，> 0。相對于溶劑，其溶液粘度增加的分數(shù)，稱為增比粘度，記作sp溶液粘度與純?nèi)軇┱扯鹊谋戎捣Q為相對粘度，記作n r，即r也是整個溶液的粘度行為,sp是扣除了溶劑分子間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，兩者關(guān)系為sp對

14、于高分子溶液，增比粘度往往隨溶液的濃度 c的增加而增加。為了便于比較，將單位濃度下所顯示出的增比濃度，即稱為比濃粘度；而 匹二稱為比濃對數(shù)粘度。r和sp都cC是無因次的量， 和 J 的單位是由濃度 c的單位而定，通常采用 g?mL-1。c c為了進一步消除高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，必須將溶液濃度無限稀釋，使得每個高 聚物分子彼此相隔極遠，其相互干擾可以忽略不記。這時溶液所呈現(xiàn)出的粘度行為基本上反映了高分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦。這一粘度的極限值記為limspc稱特性粘度，其值與濃度無關(guān)。實驗證明，當聚合物、溶劑和溫度確定以后，的數(shù)值只與高聚物平均相對分子質(zhì)量 M有關(guān)，其間的半經(jīng)驗關(guān)系可用 M

15、ark Houwink方程式表 示：kM式中K為比例常數(shù)，a是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。它們都與溫度、聚合物、溶劑性質(zhì)有關(guān)，在一定的相對分子質(zhì)量范圍內(nèi)與相對分子質(zhì)量無關(guān)。K和a的數(shù)值，只能通過其它方法確定，例如滲透壓法、光散射法等等。粘度法只能測定求算出M。測定液體粘度的方法主要有三類：(1)用毛細管粘度計測定液體在毛細管里的流出時間；(2)用落球式粘度計測定圓球在液體里的下落速度；(3)用旋轉(zhuǎn)式粘度計測定液體與同心軸圓柱體相對轉(zhuǎn)動的情況。測定高分子的時，用毛細管粘度計最為方便。當液體在毛細管粘度計內(nèi)因重力作用 而流出時遵守泊稷葉(Poiseuille) 定律:式中P為液體的密度;液體的平均液

16、柱高度;狀有關(guān)的常數(shù)，在r/l皿m 乂8lV 8nlt(8)l是毛細管長度；r是毛細管半徑；t是流出時間；h是流經(jīng)毛細管g為重力加速度；V是流經(jīng)毛細管的液體體積;m是與儀器的幾何形1時，可取m=io對某一支指定的粘度計而言，令眄hr48lVmV，則(8)8n式可寫成：(9)式中卩<1,當t>100s時，等式右邊第二項可以忽略。設(shè)溶液的密度P與溶劑密度P 0近似相等。這樣，通過測定溶液和溶劑的流出時間t和to,就可求算(10)/ 0 t/to進而可計算得到sp，二和 口 值。配制一系列不同濃度的溶液分別進行測定，以和p c ccln丄為縱坐標,c為橫坐標作圖，得兩條直線，分別外推到c

17、=0處，其截距即為，代入式即可得到M °三、儀器和試劑烏氏粘度計一支移液管（5mL、10mL）各1支透明玻璃恒溫水浴一套秒表一塊燒杯（50mL）一個錐形瓶（100mL）一只聚乙烯醇四. 實驗步驟1. 溶液配制準確稱取0.5g聚乙烯醇放入預(yù)先洗凈的100mL燒杯中，加入約60mL蒸餾水，緩慢加熱至溶解，冷卻至室溫，加入兩滴正丁醇（去泡齊V），并移入100mL容量瓶中，加水至刻度。（此項工作已由實驗教師 完成）。2. 粘度計的洗滌和安裝£CA二 H迄'(A爲:3 將配制好的聚乙烯醇溶液用3號玻璃砂漏斗過濾。注意過濾時不能用濾紙，以免纖維混入。 調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度至 25

18、C。 將粘度計中的液體盡量瀝干，順次用自來水、蒸餾水洗滌干凈。容量瓶、移液管也都應(yīng)仔細洗凈。 將粘度計側(cè)管C上端套一軟膠管，并用夾子夾緊使之不漏氣。把粘度計垂直放入恒 溫水浴中，使G球以下部位完全浸沒在水中， 放置位置要合適，便于觀察液體的流動情況。 恒溫水浴的攪拌速度要合適，不致產(chǎn)生劇烈震動影響測定結(jié)果。3. 溶劑流出時間to的測定用移液管取10 mL蒸餾水從A管注入粘度計F球內(nèi)，待恒溫后利用吸球由 B管將溶劑 經(jīng)毛細管吸入E球并繼續(xù)吸至G球中部（注意：液體不能吸到吸球內(nèi)），然后松開洗耳球， 同時松開C管上夾子，使其通大氣。此時溶劑靠重力作用順毛細管而流下，當液面流經(jīng)刻度E球上口 b刻線處時

19、，立刻按下停表開始記時，當液面下降到E球下口 a刻線處則停止記時。記下液體流經(jīng) a、b之間所需的時間。重復(fù)測定三次，偏差小于0.2 s，取其平均值，即為to值。4. 溶液流出時間的測定待to測完后，取10 mL過濾后的聚乙烯醇溶液加入粘度計中，再加入4滴正丁醇，用吸球?qū)⑷芤悍磸?fù)抽吸至 E球內(nèi)幾次，使其混合均勻（聚乙烯醇是一種起泡劑，攪拌抽吸 混合時容易氣泡，不易混合均勻，溶液中分散的微小氣泡好像雜質(zhì)微粒，容易局部堵塞毛細管，所以應(yīng)注意抽吸速度）。測定c，= 1/2的流出時間ti,然后再依次加入10mL蒸餾水，稀釋成濃度為1/3，1/4，1/5的溶液，并分別測定流出時間t2, t3，t4 （每個

20、數(shù)據(jù)重復(fù)三次，取平均值）。每次稀釋后都要將稀釋液抽洗粘度計的E球，使粘度計內(nèi)各處溶液的濃度相等，按同樣方法進行測定。5. 按“步驟2”洗滌粘度計，然后重復(fù)“步驟3”，即再次測定溶劑流出時間to。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1將實驗數(shù)據(jù)填入表中室溫:大氣壓:恒溫水浴溫度： 原溶液濃度：g/100mL流出時間測量值n rspc123平均值spIn rln r c溶齊Ut 0=溶液C， = 1/2t 1=C， = 1/3t 2 =C， = 1/4t 3 =C， = 1/5t 4 =溶齊Ut 01 =2. 用和對c作圖，得兩直線，外推至 c=0處，求出。如果兩條直線不能交于c c一點，則以上為主。c3. 將值代

21、入式kM ，計算M 。已知聚乙烯醇在 25C時，K = 2X 10- , a = 0.76。六、注意事項1. 高分子是由小分子單體聚合而成的，高聚物相對分子質(zhì)量是表征聚合物特征的基本參數(shù)之一，相對分子質(zhì)量不同，高聚物的性能差異很大。所以不同材料，不同的用途對分子質(zhì)量的要求是不同的。測定高聚物的相對分子質(zhì)量對生產(chǎn)和使用高分子材料具有重要的實際 意義。2. 溶液的粘度和濃度的關(guān)系圖3中的兩條直線一般有以下形式：sp/c a 2c（11）此式也是線性方程，大多數(shù)聚合物在濃度較稀范圍內(nèi)都符合上式。ln rca 2 2c(12)對于上式包括下列三種情況:若a=1/3，且令b=1/2-a：ln_rc時!1

22、葉k扯就呎at帶對c作圖為一直線，其直線斜率為負值；以對c作圖所得的直線 c分別外推可得共同截距，如圖 3示。若a>1/3 ,In對c作圖不呈直線。當濃度較高時，曲線r向下彎曲，切線1斜率 b>(- a)。2切線與_2p-c線在c>0處相交于A點，兩者截距不同，如圖4-1所示。ca<1/3，亠-C也不呈直線但情況與（2）不同。如圖4-2所示。c如果出現(xiàn)（2）和（3）這兩種情況，如何來求呢？當溶液不太稀時，可以取直線2sp/c a c的截距作為特性粘度較好些。如果溶液濃度太高，圖的線性不好，外推不可靠；如果濃度太稀，測的t和to很接近，則sp的相對誤差比較大。恰當?shù)臐舛仁?/p>

23、使spsp在1.22.0之間。3. 上述求的方法稱為稀釋法或外推法，結(jié)果較為可靠。但在實際工作中，往往因試樣少，或要測定大量同品種的試樣，為了簡化操作，可采用“一點法”，即在一個濃度下測定sp，直接算出值?！耙稽c法”的使用必須事先用外推法測出所用體系的a, b值，并假定：a=1/3和a+b=1/2，則由10和11式可得:1(16.13)2( sp In r) °c或者:(spmn r)/(1 a)c .(1614)bb七、思考題1. 烏氏粘度計中的支管C有什么作用？除去支管C是否仍可以測粘度？2. 評價粘度法測定高聚物相對分子質(zhì)量的優(yōu)缺點，指出影響準確測定結(jié)果的因素。3. 特性粘度

24、和純?nèi)軇┱扯仁欠褚粯?？為什么？實?12 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力一、實驗?zāi)康?、明確表面張力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意義。2、掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術(shù)。3、計算表面吸附量和吸附質(zhì)分子的截面積。二、實驗原理1、表面張力在液體內(nèi)部， 任一分子受四周分子的吸引力是平衡的， 但液體表面層的分子卻要受到向 內(nèi)的拉力， 因此要使液體的表面積增大， 就必須反抗分子向內(nèi)的拉力而做功， 說明分子在表 面層內(nèi)比在液體內(nèi)部有較大的勢能， 這勢能就是表面自由能。 在恒溫、 恒壓及組成不變的條 件下，使表面積可逆地增加 dA,體系自由能的增量dG應(yīng)等于環(huán)境對體系所做的表面功 -阿,

25、即：dG=- W'= odA(1)式中，o為比例常數(shù)，其物理意義是在恒溫、恒壓、組成不變的條件下，增加單位表面積時 引起體系自由能的增加值，因此o稱為比表面自由能， 其量綱為Jm-2。因其量綱又可以寫成N m-1，所以o還可稱為表面張力，其物理意義是沿著與表面相切的方向，垂直作用于 表面單位長度上的力。表面張力是液體的重要特性之一, 它與所處的溫度、 壓力、 濃度以及 共存的另一相的組成有關(guān)。2、液體的表面吸附純液體表面層的組成與內(nèi)部組成相同, 因此液體只能通過盡可能地縮小其表面以降低體 系的表面自由能。 對于溶液, 由于溶質(zhì)能引起溶劑表面張力的變化, 因此可通過調(diào)節(jié)溶質(zhì)在 表面層的濃

26、度來降低表面能。 若溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時, 則表面層中溶質(zhì)的濃度大于溶液內(nèi)部溶質(zhì)的濃度； 反之，如果溶質(zhì)能使溶劑的表面張力升高，則表面層中溶質(zhì)的濃度小于溶液內(nèi)部溶質(zhì)的濃度。 這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。在一定溫度和壓力下，吉布斯用熱力學(xué)的方法推導(dǎo)出了溶液表面吸附量與溶液的表面張力和溶 液濃度之間的關(guān)系，即：c d(2)RT de T式中，r為溶液在表層的吸附量；6為表面張力；e為吸附達到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。d如果加入溶質(zhì)使液體的表面張力降低，一 <o,則r>o,此時溶液的表面濃度大于de T溶液內(nèi)部的濃度，稱為正吸附，此類物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)

27、。如果加入溶質(zhì)使液體的表面張pl力升高，->o,則r<o，此時溶液的表面濃度小于溶液內(nèi)部的濃度，稱為負吸附，此de t類物質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。由吉布斯吸附等溫式可看出， 只要測得某一溫度下不同濃度溶液的表面張力，以6C作圖，在6C的曲線上作不同濃度下的切線， 可獲得不同濃度所對應(yīng)的斜率， 將斜率代入式(2) 中，即可求出不同濃度時氣-液界面上的吸附量 r3、飽和吸附量和溶質(zhì)分子的橫截面積在一定的溫度下，吸附量 r與濃度e之間的關(guān)系，可用朗格繆爾(Langmuir )吸附等溫 式表示：Ke(3)1 Ker為飽和吸附量，K為經(jīng)驗常數(shù)，其值與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān)。將式(3)兩邊取倒數(shù)

28、，即可化成如下直線方程：-C作圖，可得e e-直線，由直線的斜率可求出1(4)Kr。若以N代表1 m2表面上溶質(zhì)的分子數(shù),則在飽和吸附時：NNa(5)式中，Na為阿伏伽德羅常數(shù)，由此可得每個溶質(zhì)分子在表面上所占據(jù)的橫截面積:Na(6)4、最大壓力氣泡法測定溶液的表面張力其儀器裝置如圖1所示：圖1、最大氣泡壓力法測量表面張力的裝置示意圖1、恒溫套管；2、毛細管(r在0.150.2mm); 3、U型壓力計(內(nèi)裝水)；4、分液漏斗；5、吸濾瓶；6、連接橡皮管。將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細管的端面與液面相切，液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，隨著毛細管內(nèi)外壓差逐漸增大，泡的

29、曲率半徑由大變小，當氣泡的半徑等于毛細管的內(nèi)半徑時，其半徑達到最小，而泡內(nèi)壓力達到最大值，此時的泡內(nèi)外壓最大差可由壓力計測出，所以根據(jù)泡內(nèi)最大的附加壓力和毛細管的內(nèi)半徑r，就可以計算表面張力：2p(7)rrp k p (8)2式中，k為儀器常數(shù)，其值可用已知表面張力的物質(zhì)測定。最大壓力氣泡法與接觸角無關(guān)， 也不需要液體的密度數(shù)據(jù)，且裝置簡單，測定迅速。三、儀器和試劑1、儀器：最大泡壓法表面張力儀 1套，阿貝折光儀1臺，精密數(shù)字微壓差測量儀 1臺,洗耳球1個，移液管（50ml和10ml）各一支，燒杯（500mL），鏡頭紙。2、藥品：無水乙醇（分析純），蒸餾水。四、實驗步驟1、儀器的準備與檢漏將表

30、面張力儀容器和毛細管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸餾水漂洗，烘干后按圖1接好，檢查是否漏氣。將恒溫水浴設(shè)定在 25 C,并保持10min。2、配制溶液粗略配制體積百分比分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的乙醇水溶液待用。3、儀器常數(shù)的測定 在滴液漏斗中裝滿水，加適量的純水于支管試管中，使毛細管剛好與液面相切。 打開滴液漏斗活塞進行緩慢抽氣，控制滴液速度，使毛細管逸出的氣泡速度為每分鐘812個為宜。在壓力計上讀出一個氣泡的最大值和最小值。重復(fù)讀三次，取平均值。4、乙醇溶液表面張力的測定依溶液濃度由稀到濃的順序，按測定儀器常數(shù)時的操作步驟，分別測定各種未知濃度乙

31、醇溶液的最大壓力差。每次測量前必須用少量被測液洗滌支管試管和毛細管，確保毛細管內(nèi)外溶液的濃度一致。5、乙醇溶液濃度的測定用阿貝折光儀測定各已知濃度溶液的折光率，作出濃度-折光率的工作曲線。然后測定待測溶液的折光率，并從工作曲線上找出其相應(yīng)的濃度值。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、實驗數(shù)據(jù)的記錄表1實驗條件恒溫槽溫度室溫大氣壓3(T 水 25 °C =71.97 X10 Nm-125.C25.7。C100.61KPa3莎水 25C=71.97 X10 Nm-1表2標準乙醇水溶液的折光率12345678濃度5.00%10.12%14.96%20.00%25.20%30.23%35.24%40.09

32、%折光率 1.33501.33601.33951.34001.34341.34701.35091.3533表3最大壓力差和表面張力樣品最大值最小值最大壓力差平均值d N m-1折光率濃度0-0.913-1.3200.4070.4127.197x10-20-0.896-1.3120.416-0.906-1.3180.4121-0.842-1.1800.3380.3365.870x10-21.33370.03739-0.838-1.1740.336-840-1.1740.3342-0.789-1.1130.3240.3235.643x10-21.33580.08415-0.774-1.0960.3

33、22-0.783-1.1060.3233-0.746-1.0650.3190.3155.503x10-21.33840.1550-0.738-1.0490.311-0.742-1.0570.3154-0.658-0.9860.3280.3215.608x10-21.34130.2128-0.663-0.9780.315-0.661-0.9820.3215-0.654-0.9670.3130.3175.538x10-21.34480.2705-0.640-0.9630.323-0.648-0.9640.3166-0.641-0.9570.3160.314-25.486x10 21.34710.3

34、014-0.636-0.9480.312-0.639-0.9520.3137-0.628-0.9460.3180.3195.573x10-21.34920.3344-0.623-0.9420.319-0.619-0.9380.3198-0.614-0.9250.3110.3125.451x10-21.35250.3911-0.617-0.9320.315-0.612-0.9210.3092、 以o-c作圖（橫坐標濃度從零開始），在曲線上等間隔選取610個點，分別作切線,求出斜率 d，并計算在相應(yīng)濃度下的rdc Tc一3、 作c圖，得一直線，由直線斜率求其，并計算分子的橫截面積 S。X濃度y=1

35、.33292 + (0.01382/(0.44166*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-0.53822)/0.44166)A2)0.058力張面表丫0.0570.0560.0550.054 L-0.00cRT由圖得:C1=0.0734K1=-0.0169C2=0.1033K2=-0.0153de T0.050.100.150.200.250.300.350.40X濃度y=0.07449 + (-0.02489心.01748*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-0.32758)/1.01748)A2)C3=0.133K3=-0.0136C4=0.163K4=-0.0118C5=0.

36、199K5=-0.00937C6=0.229K6=-0.00728C7=0.259K7=-0.00511C8=0.289K8=-0.00289表面吸附量 T T1=4.99x10-7T2=6.36x10-7T3=7.28x10-7T4=7.75x10-7T5=7.51x10-7 T6=6.71x10-7T7=5.33x10-7T8=3.36x10-77 6 5 4O1X量附吸面表Y3 0.050.100.150.200.250.30X濃度y=-11.10733 + (7.8806/(0.33269*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-0.16915)/0.33269)A2)50X量附吸面

37、表Y0.050.100.150.200.250.30X濃度Y=27.27X-1.621K=2.727x10 6=3.6x10-7S=4.5x10-18六、注意事項1儀器系統(tǒng)不能漏氣。2所用毛細管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。3讀取壓力計的壓差時，應(yīng)取單個逸出時的最大壓力差。七、思考題1毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對實驗有何影響？答：如果將毛細管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細管內(nèi)會有一段水柱，產(chǎn)生壓力P / ,則測定 管中的壓力Pr會變小, pmax會變大,測量結(jié)果偏大.2最大氣泡法測定表面張力時為什么要讀取最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，或幾個氣泡一齊出，對實驗結(jié)果

38、有無影響？答：因為氣泡有一個從小到大最后破裂的過程，在這個過程中壓強差先增大后減小，最大的壓強差才是完全由最大表面張力造成的；若氣泡逸出太快，會使U型壓差計中的酒精所處位置相對不穩(wěn)定，來回跳動,致使讀數(shù)不穩(wěn)定，不易觀察出最高點而引起較大實驗誤差.若是使用數(shù)字微差儀，也是使讀數(shù)不容易穩(wěn)定而引起較大誤差實驗13丙酮碘化反應(yīng)的速率方程一、實驗?zāi)康?. 掌握用孤立法確定反應(yīng)級數(shù)的方法2. 測定酸催化作用下丙酮碘化反應(yīng)的速率常數(shù)3. 通過本實驗加深對復(fù)雜反應(yīng)特征的理解4. 掌握分光光度計的使用方法二、實驗原理1. 大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是由若干個基元反應(yīng)組成的。這類復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)速率和反應(yīng)物活度之間的關(guān)系大多數(shù)

39、不能用質(zhì)量作用定律預(yù)示。以實驗方法測定反應(yīng)速率和反應(yīng)物活度之間的計量關(guān)系，是研究反應(yīng)動力學(xué)的一個重要內(nèi)容。對復(fù)雜反應(yīng)，可采用一系列實驗方法獲得可靠的實驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此建立反應(yīng)方程式，以其為基礎(chǔ)，推測反應(yīng)的機理，提出反應(yīng)模式。孤立法是動力學(xué)研究中常用的一種方法。設(shè)計一系列溶液，其中只有某一物質(zhì)的濃度不同而其他物質(zhì)的濃度均相同，借此可以求得反應(yīng)的級數(shù)。同樣亦可得到各種作用物的級數(shù), 從而確立速率方程。2本實驗以丙酮碘化為例，說明如何應(yīng)用孤立法和穩(wěn)定態(tài)近似條件來推得速率方程以及 可能的反應(yīng)機理。丙酮鹵化反應(yīng)是一個復(fù)雜反應(yīng)，其條件式為：CH3COCH3 X2CH3COCH2X X H 式中X為鹵素。實驗

40、表明，反應(yīng)的速率幾乎與鹵素的種類及其濃度無關(guān)，但卻與溶液中的 丙酮和氫離子濃度密切相關(guān)。 實際上，在一定濃度范圍內(nèi)， 通?？梢杂梦镔|(zhì)的濃度替代活度 表示某一物質(zhì)對反應(yīng)速率的影響。對于上述反應(yīng)，首先假設(shè)其反應(yīng)速率方程為：在上述三種物質(zhì)中，首先固定其中兩種物質(zhì)的濃度,配制出第三種物質(zhì)濃度不同的一系式中，x，y， z分別代表丙酮，氫離子和碘的反應(yīng)級數(shù)。將該式取對數(shù)得方程lg kxlg c丙ylg c酸z lg c碘lg（ de碘/dt）對該組分濃度的對數(shù)列溶液。這樣一來，反應(yīng)速率只是該物質(zhì)濃度的函數(shù)。以做圖，所得直線的斜率即為反應(yīng)對該物質(zhì)的反應(yīng)級數(shù)。同理，可以得到其它兩個物質(zhì)的反應(yīng)級數(shù)。3碘在可見光

41、區(qū)有一個很寬的吸收帶，因此可以方便地用分光光度計測定反應(yīng)過程中碘濃度隨時間變化的關(guān)系。按照比爾（Beer）定律:A lgTlg( I / Io) a b c碘式中，A為吸光度，T為透光率,I和Io分別為某一定波長的光線通過待測溶液和空白溶液（參比）后的光強，a為吸光系數(shù),b為樣品池光徑長度。以lgT對時間t作圖，其斜率應(yīng)為：a（de碘/dt），如再已知a和b，則可計算出反應(yīng)速率。若c丙 c酸c碘，可以發(fā)現(xiàn)，lgT對t的關(guān)系圖為一直線。顯然只有當de碘/dt不隨時間而改變時，該直線關(guān)系才能成立。這也就意味著，反應(yīng)速率與碘的濃度無關(guān)，從而可得知丙酮碘化反應(yīng)對碘的級數(shù)為零。實驗選定丙酮濃度范圍0.1

42、30.30 mol.dm-3，氫離子濃度 0.130.30 mol.dm-3，碘濃度0.0010.002 mol.dm-3，反應(yīng)過程可認為c丙和c酸保持不變，又因z =0，則由方程 積分得：kc丙c酸t(yī)2 t1以方程代入，得如下方程lgT? lgT t2 tj三、儀器和試劑721型分光光度計1套恒溫水浴1套容量瓶（100mL）3只移液管（10mL，刻度）3支碘量瓶（50mL）1只燒杯(50mL)1只標準丙酮溶液（2.00 mol ?dm-3）；標準鹽酸溶液（1.00 mol ?dm-3）；標準碘溶液(0.0100 mol ?dm-3)四、實驗步驟1. 打開分光光度計電源， 將波長調(diào)到560nm

43、處，用裝有蒸餾水的比色皿調(diào)節(jié)儀器的“100%”點和“ 0”點。2. 求ab值。在50mL容量瓶中配制0.001 mol?dm-3碘溶液。用少量碘溶液洗比色皿二次， 再注入0.001 mol?dm-3碘溶液，測其透光率 T ,更換碘溶液重復(fù)測定二次，取平均值，求 ab值準（3）.測定丙酮碘化反應(yīng)速率常數(shù)。用移液管分別吸取 0.01 mol?dm-3八碘溶液10 mL、10 mL、10 mL、5 mL，注入已編號（1- 4號）的四只干凈的 50mL容量瓶中，另取一支移液管分 別向1- 4號容量瓶內(nèi)加入 1.00 mol ?dm-3標準HCI溶液5 mL、5 mL、10 mL、5 mL（注 意瓶號順

44、序），再分別注入適量的蒸餾水，蓋上瓶蓋，置于恒溫水浴中恒溫備用。另取一 個50 mL干凈容量瓶，取少量 2.00 mol ?dm-3標準丙酮溶液清洗兩次，然后注入約50 mL標準丙酮溶液，置于恒溫水浴中恒溫。再取 50mL干凈容量瓶裝滿蒸餾水，置于恒溫水浴 中恒溫。待達到恒溫后（時間不少于10min），用移液管取已恒溫的標準丙酮溶液10mL迅速加入1號容量瓶，當丙酮加入一般時開始計時，用已恒溫的蒸餾水將此混合溶液稀釋至刻度，迅速搖勻，用此溶液潤洗比色皿數(shù)次，然后將此溶液注入比色皿（上述操作要迅速進 行），測定不同時間的透光率。每隔2min測定透光率一次，直至取得10-20個數(shù)據(jù)為止。如果透光率

45、變化較大，則改為每隔1min記錄一次。在測定過程中用蒸餾水多次校正透光率“ 0”點和“100”點。然后用移液管分別取 5mL、10mL、10mL的標準丙酮溶液（已恒溫的），分別注入2號、3號、4號容量瓶，用上述方法分別測定不同濃度溶液在不同時間的透光率。上述溶液的配制如表 1所示 表1溶液配制編號標準碘溶液/mL標準HCI溶液/mL標準丙酮溶液/mL蒸餾水/mL1105102521055303101010204551030五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.將實驗數(shù)據(jù)填入表中表2.c碘=透光率平均值ab表3.恒溫溫度：1號時間/min透光率TlgT2號時間/min透光率TlgT3號時間/min透光率TlgT

46、4號時間/min透光率TlgT表4.編號c 丙酮 / mol?dm-33ch+/ mol?dmc 碘/ mol ?dm-312342. 根據(jù)表2數(shù)據(jù)利用（4）式計算ab值。3. 根據(jù)表3數(shù)據(jù)，以IgT對時間t作圖，求出斜率。4. 以斜率對濃度作雙對數(shù)圖，從其斜率可求得反應(yīng)對各物質(zhì)的級數(shù)x, y和z。5. 計算反應(yīng)速率常數(shù) k值（令x=y=1,z=0）6. 文獻參考值（1）.吸光系數(shù)a可用0.001或0.002mol dm 3的碘溶液自行測定，約180 mol dm 3 cm（2）. x =1， y =1， z =01（3）.反應(yīng)速率常數(shù)2:T；C0252735105kmol 1 dm3 s 1

47、0.1152.863.608.80103k mol 1 dm3 min 10.691.722.165.28六、注意事項1. 反應(yīng)機理推測.根據(jù)實驗測得反應(yīng)級數(shù)及鹵化反應(yīng)速率與鹵素幾乎無關(guān)的事實，一般對丙酮鹵化反應(yīng)機理可作如下推測：CH 3COCH 3 Hk1L(CH3COHCH3)k 1(A)(H+)(B)(CH 3COHCH 3)k2-CH3COHCH2 Hk 2CH3COHCH2 X2k3 CH3COCH2Xk 3H X(D)(X)(E)因為丙酮是很弱的堿，所以反應(yīng)式(14.1)生成的中間體B很少，故有：cB(匕/心咫QCaCh烯醇式D和產(chǎn)物E的反應(yīng)速率方程是:dcD.亠k2CBdtk 2

48、Chk3CxCd.(13.7)dcE dtk3cXCD.(13.8)合并上面各式，并應(yīng)用穩(wěn)定態(tài)條件，即令：叫 0，dt得到：dcEK1k2k3CAcH Cx(13.9)dtk 2CHk3Cx(B)(D)(H+)若烯醇式D與鹵素的反應(yīng)速率比烯醇式 D與H +的反應(yīng)大得多，即k3 cx+>>k-2CH + ,則上 式可取以下簡單的形式：dcEdtK1k2CACH(13.10)令k=Kik2，又dcEdc碘，相當于z=0時的方程，因此上述推理可能是成立的。2有些教科書以溴水作為反應(yīng)物，但由于溴的揮發(fā)性及毒性， 故本實驗選用碘進行反應(yīng)。3在一定條件下，特別是鹵素濃度較高時，反應(yīng)D X2 E

49、 H X 并不停留在一元鹵化丙酮上，可能形成多元取代，故應(yīng)測量開始一段時間的反應(yīng)速率。當c碘偏大或c丙，c酸偏小時，因不符合比爾定律或者濃度變化過小，將導(dǎo)致讀數(shù)誤差 較大。若教學(xué)時數(shù)許可，也可在兩個或更多溫度下測定速率常數(shù)k,還可粗略求算反應(yīng)的活化能Ea。七、思考題1. 動力學(xué)實驗中，正確計算時間是很重要的實驗關(guān)鍵。本實驗中，從反應(yīng)物開始混合，到開始讀數(shù)，中間有一段不很短的操作時間，這對實驗結(jié)果是否有影響？為什么？2. 影響本實驗結(jié)果的主要因素是什么?實驗 14 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定、實驗?zāi)康?. 了解蔗糖水解反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系。2. 測定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰

50、期。3. 了解旋光儀的基本原理，并掌握其正確的操作技術(shù)。 、實驗原理蔗糖水解反應(yīng)的計量方程式為：C12H 22O11+H 2O = C 6H 12O 6 + C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖故 出0+為催化劑。反應(yīng)中，出0 看成它的濃度不變，故蔗糖水解反應(yīng)可看做一級反應(yīng)。蔗糖水解速率極慢，在酸性介質(zhì)中反應(yīng)速率大大加快, 是大量的，反應(yīng)前后與溶質(zhì)濃度相比， 其動力學(xué)方程式如下：=k C 或2.303Cok=陀反應(yīng)的半衰期In 2G= Vki：速率常數(shù)、t:時間、Co：蔗糖初始濃度、C:蔗糖在t時刻的濃度。而與反應(yīng)物起始濃度無關(guān)。 在不同時刻時蔗糖的濃度，代入上述動力學(xué)的公式中，即可求出ki和切2。由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不對稱的碳原子，它們都是旋光性物質(zhì)，. .20能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度d 60.