物化实验讲义2

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1、 表面性质与胶体化学部分 实验 9 溶液中的吸附作用和表面张力的测定 9 1 实验目的及要求 91 1 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。 91 2 解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。 91 3 握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。 9 2 实验原理 92 1 表面自由能 从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面 A ，则需要对其作功。功的大小应与 A 成正比： = W （9.1 ） 式中为液体的表面自由能，亦称表面张力。它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的

2、成分、溶值的浓度、温度及表面气氛等因素有关。有关表面张力的其它问题可参见有关资料。 92 2 溶液的表面吸附 纯物质表面层的组成与内部的组成相同，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。对于溶液，由于溶质能使溶剂表面发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，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。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

3、(Gibbs)吸附方程： TdcdRTc=（ 9.2） 式中： 为表面吸附量（单位： molm-2）； T为热力学温度（单位： K）； c为稀溶液浓度（单位： molm-2）；R 为气体常数。Tdcd 0，称为正吸附；Tdcd 0，则 8.5 时，由于溶液中醌(Q) 的活度不能很好地近似等于氢醌(H2Q)的活度，故不能用此法测量和计算，否则会有很大的误差。 FRTEEEpHQHQ303.22/ 甘汞池=(12.2) FRTEEEpHQHQ303.22/ 甘汞池+=(12.3) 本实验的原理是；醌 氢醌( 分子式是 C6H4O2C6H4(OH)2，简写 QH2Q)在酸性水溶液中的溶解度很小，只要

4、将此少量化合物加入pH 待测溶液中，并插入一光亮铂电极就构成一醌- 氢醌电极了，其电极反应为： H2Q Q+2H+2e- 即 C6H4(OH)2C6H4O2+2H+2e- 因为醌和氢醌的浓度相等，稀溶液情况下活度系数均近于 1，或者活度相等，因此； pHFRTFRTQHHQFRTQHQHQHQQHQQHQ303.2)ln(2)()()(ln22222/2/22/=+=+=+ (12.5) 在测定待测溶液的 pH 时用 KCl 盐桥组成下列电池： Hg(l)-Hg2Cl2(s)KCl( 饱和) 待侧液( 为 Q所饱和) Pt 此电池的电动势为： 甘汞甘汞池= pHFRTEQHQQHQ303.22

5、2/(12.6) 12.3 仪器和试剂 SDC数字电位差综合测试仪一台； BC9a型饱和标准电池（1.01855 1.01868V ）一个；饱和甘汞电极一支；锌电极一支；铜电极二支；电极管 3 只； 10ml烧杯 3 只；50ml 烧杯一只；洗耳球一个； ZnSO4溶液(0.1000molL-1)； CuSO4溶液（0.1000molL-1）； CuSO4溶液(0.1000molL-1)； 饱和KCl 水溶液； 空广口瓶一个； 镀铜溶液100ml 水中溶解 15g CuSO45H2O、2.5ml浓硫酸、5ml 乙醇。 光亮铂电极一支； 15ml移液管 2 根；QH2Q固体； 1# 待测溶液(

6、取 0.2molL-1HAC溶液和. molL-1NaAC溶液各 ml组成) ， 2# 待测溶液( 取 11.876 克/ 的a2HPO412H2O水溶液 1ml与 9.078 克/L 的KH2PO4水溶液56 19ml混合) 。 12.5 实验步骤 12.5.1 半电池制备 12.5.1.1 锌电池制备（一般已由老师或接受此任务的同学事先准备好了） 将锌电极从电极管中取出，装入装有稀盐酸的瓶中浸洗几分钟，除去锌电极上的氧化层。取出后用自来水洗涤，再用蒸馏水淋洗，然后浸入饱和硝酸亚汞溶液中 3 5 分钟，取出后用滤纸（或用镊子夹住一下团清洁润湿的棉花）轻轻擦拭锌电极，使锌电极表面上有一层均匀的

7、汞齐，再用蒸馏水洗净（汞有巨毒，用过的滤纸、棉花不要乱扔，应放入指定的广口瓶内）。汞齐化的目的是消除金属表面的机械应力的不同，使它获得重复性较好的电动势。将处理好的锌电极直接插入电极管中，并将橡皮塞塞紧，以免漏气。然后用 10ml小烧杯取ZnSO4溶液(0.1000molL-1)溶液一杯，将电极管的虹吸管插入小烧杯中，用洗耳球对着电极管上的橡皮管抽气，直到溶液浸没电极头，停止抽气。注意虹吸管不得有气泡和漏液现象。 12.5.1.2 铜电极的制备（一般已由老师或接受此任务的同学事先准备好了） 将铜电极取出后放入混合酸(HNO3， H2SO4， CrO3)溶液中浸一下，除去氧化物，用蒸馏水冲洗干净

8、。然后用它作为阴极，另一块铜片做阳极（作阳极的纯铜片也要在混合酸中过一下并用蒸馏水冲洗干净），放入盛有镀铜溶液的电镀槽内电镀 2min，电流密度控制在20mA/cm2，见图 12 2。 电镀后取出用水冲洗干净，再用蒸馏水淋洗，插入电极管，塞紧橡皮塞。取 10ml小烧杯二个分别盛上CuSO4溶液(0.1000molL-1)和CuSO4溶液(0.1000molL-1)各一杯，将电极管虹吸管分别插入两个小烧杯中，注意浓度不要搞错，用洗耳球将电镀液分别吸进电极管，同时应使虹吸管天气饱和和漏液现象。 图 122 制备铜电极的电镀装置 12.5.2 电池组合 取 50ml 烧杯盛上饱和 KCl 溶液作为盐

9、桥，分别将上面制备好的锌、铜半电池和甘汞电极插入盐桥中，可以组成不同的电池组。电池组合如下： ZnZnSO4(0.1000molL-1)CuSO4(0.1000molL-1)Cu ZnZnSO4(0.1000molL-1)KCl( 饱和) Hg2Cl2Hg Hg| Hg2Cl2| KCL(饱和) CuSO4(0.1000molL-1)Cu CuSO4(0.1000molL-1)Cu CuSO4(0.1000molL-1)Cu 57 12.5.3 开机. 开机 5 分钟后，如果使用“内档”作基准( 不用外配的标准电池) ，就将功能档调至最小。这等于是给出可 1.0000V 的标准，此时按“采零”

10、键，使“检零指示”显示为“-00.00 ”。然后将功能档旋到“测量”位，将红线夹接铜电极，黑线夹接锌电极（切勿接错了），稳定一段时间后开始测电池： ZnZnSO4(0.1000molL-1)CuSO4(0.1000molL-1)Cu 的电动势。办法是由大档位到小档位依次逼近电动势值（刚开始测量时，“检零指示”档为“QU.L ”或“*.* ”，随着测量值的逼近，绝对值越来越小，但不能为正值），直至“检零指示”档为“00.00 ”（如最后不为“00.00 ”，则缓缓旋“补偿”档，使“检零指示”刚好显示“ 00.00”），记录这个时候的读数。注意，只有原电池真正处于平衡状态，测出的值才会稳定不变。因

11、此要尽可能使被测电池平稳、不受震动、不含气泡、室内气温恒定。 如果使用“外标”做基准，就先按下式计算室温 t时标准电池的电动势： Et=E20 39.94(t-20)+0.929(t-20)2-0.009(t-20)3+0.00006(t-20)410-6 伏值计算出来后，将功能档旋至“外标”位，用红线夹接标准电池的“”极，用黑线夹接标准电池的“”极。注意，标准电池要在固定的位置上静置比较长的时间，切勿挪动、晃荡。再使各档位值由大到小尽可能与算出的Et值相等（若不相等就调“补偿”档），按一下“采零”键，使“检零指示”刚好显示“00.00 ”。此时外标的标准已经给定了。然后将功能档旋至“测量”位

12、，用备用的第二支红线 2 夹接铜电极，黑线夹接锌电极，稳定 5 分钟后开始由大档位到小档位依次逼近电动势值过程同前述，测出电池Zn ZnSO4(0.1000molL-1)CuSO4(0.1000molL-1)Cu 的电动势。 12.5.：再接着测出下列电池的电动势，注意正负极接法正接红、负接黑。 ZnZnSO4(0.1000molL-1)KCl( 饱和) Hg2Cl2Hg Hg| Hg2Cl2| KCL(饱和) CuSO4(0.1000molL-1)Cu CuSO4(0.1000molL-1)Cu CuSO4(0.1000molL-1)Cu 关闭电源，松开、取出红夹线和黑夹线，收拾物品，清洗。

13、 12.5.5 以上测定的数据处理 ：计算室温时饱和甘汞电极的电极电势（取前二项）， t 为室温。 甘汞 0.24436.61 10-4(t 25) 1.7510-6(t25)2 9.1610-10(t 25)3伏 ：根据 Nernst 公式计算下列电池电动势的理论值并与测量值进行比较，计算出相对误差。 ：根据下列电池的电动势的实验值，分别计算锌的电极电势及铜的电极电势： ZnZnSO4(0.1000molL-1)KCl( 饱和) Hg2Cl2Hg Hg| Hg2Cl2| KCl(饱和) CuSO4(0.1000molL-1)Cu 58 有关活度计算： Zn2+=CZn2+ Cu2+=* cC

14、u2+：离子的平均活度系数；C ：表示物质的浓度。 25时 0.1000mol/L的CuSO4的=0.160 0.1000mol/L的ZnSO4的=0.148 0.0100mol/L的CuSO4的=0.44 12.6、醌- 氢醌电极测溶液的值的实验步骤 取 1待测溶液（吸取 0.2MHAC和 0.2MHAC各 15ml混合在一起），加入少许（约五分之一小勺）的QH2Q固体，用玻璃棒充分搅拌，使其溶解达到饱和（在溶液中仍有一小丁点固体存在），然后插入铂电极而构成醌- 氢醌电极，用红接线夹，作正极。 把饱和甘汞电极插入其间，接黑夹线作负极，并与QH2Q电极组成电池，测其电动势。 注意：出测量时，可

15、能出现数值不稳定现象，故必须多测量几次，直到电动势在 10 分钟后，变化不大于 0.005V 才算稳定，最后取三个稳定数据平均值。 根据所测的电动势值，应用式（）计算 pH 值。 取待测溶液，仿上加入少许QH2Q固体，插入铂电极构成醌 氢醌电极（估算一下，看醌 氢醌电极在此是做正极还是负极），仿上使用饱和甘汞电极（它中间跨KCl 盐桥）组成电池，测其电动势，计算其pH 值。 59 附录 仪器 仪器 1 723 可见分光光度计 723 可见分光光度计是采用单片微机控制的普及型智能化仪器。仪器能在近紫外、可见光谱区域对样品物质作定性和定量分析。 1 1 结构 723 可见分光光度计的结构及外形见附图 11 、 2、3 、7 。 仪器的主要组成部分( 见附图 1 4)为：光学系统：单光束和衍射光栅；波长范围：330nm800nm；光源：12V30W 卤钨灯；接收元件：GD31 光电管；显示方式：LED 数字显示数据、LED 数字显示波长等。 附图 11 723 可见分光光度计整机外形图 1FD TP40 热敏打印机、2键盘显示、3试样槽拉