物理化学实验问题详解1

一、溶液中的等温吸附五、注意事项1.溶液的浓度配制要准确，活性炭颗粒要均匀并干燥2. 醋酸是一种有机弱酸，其离解常数Ka = 1.76× ，可用标准碱溶液直接滴定，化学计量点时反应产物是NaAc，是一种强碱弱酸盐，其溶液pH 在8.7 左右，酚酞的颜色变化围是8-10，滴定终点时溶液的pH 正处于其，因此采用酚酞做指示剂，而不用甲基橙和甲基红。

直到加入半滴NaOH 标准溶液使试液呈现微红色，并保持半分钟不褪色即为终点。

3．变红的溶液在空气中放置后，因吸收了空气中的CO2，又变为无色。

4. 以标定的NaOH 标准溶液在保存时若吸收了空气中的CO2，以它测定醋酸的浓度，用酚酞做为指示剂，则测定结果会偏高。

为使测定结果准确，应尽量避免长时间将NaOH 溶液放置于空气中。

七、讨论1. 测定固体比表面时所用溶液中溶质的浓度要选择适当，即初始溶液的浓度以及吸附平衡后的浓度都选择在合适的围。

既要防止初始浓度过高导致出现多分子层吸附，又要避免平衡后的浓度过低使吸附达不到饱和。

2. 按朗格谬尔吸附等温线的要求，溶液吸附必须在等温条件下进行，使盛有样品的磨口锥形瓶置于恒温器中振荡，使之达到平衡。

本实验是在空气浴中将盛有样品的磨口锥形瓶置于振荡器上振荡。

实验过程中温度会有变化，这样会影响测定结果。

3．由实验结果可知，活性炭在醋酸溶液中的吸附为单分子层吸附，可用Langmuir 吸附等温式表征其吸附特性。

用溶液吸附法测定活性炭比表面积，不需要特殊仪器，但测定过程中要防止溶剂挥发，以免引起测量误差。

此外，由于忽略界面上被溶剂占据部分，因此由这一方法所测得的比表面积一般偏小。

但由于方法简便，可以作为了解固体吸附剂特性的一种简便方法。

八、思考题（供参考）1．吸附作用与哪些因素有关？固体吸附剂吸附气体与从溶液中吸附溶质有何不同？答：吸附作用与温度、压力、溶剂、吸附质和吸附剂性质有关。

固体在溶液中的吸附，除了吸附溶质还有溶剂，液固吸附到达平衡时间更长；固体吸附剂吸附气体受温度、压力及吸附剂和吸附质性质影响：气体吸附是放热过程,温度升高吸附量减少；压力增大,吸附量和吸附速率增大；一般吸附质分子结构越复杂,被吸附能力越高。

2．弗罗因德利希吸附等温式与朗缪尔吸附等温式有何区别？答：朗缪尔吸附等温式是一个理想的吸附公式，它代表了在均匀表面上,吸附分 子彼此没有作用,而且吸附是单分子层情况下吸附达平衡时的规律性，有饱和吸 附量值；弗罗因德利希吸附等温式属于真实吸附，是经验公式，但也有理论说明， θ 围比Langmuir 等温式要大一些，没有饱和吸附量值。

3．如何加快吸附平衡的到达？如何判断是否达到吸附平衡？答：提高振荡速度；滴定两次不同时间的醋酸浓度时，两次消耗NaOH 体积相 同，即可判断吸附已达到平衡。

二、最大泡压法测定溶液的表面力注意事项：1.仪器系统不能漏气。

2.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。

3.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。

思考题：1.毛细管尖端为何要刚好接触液面？答：因为如果将毛细管尖端插入到溶液部，毛细管会有一段水柱，产生压力P ˊ，则测定管中的压力Pr 会变小，△pmax 会变大，测量结果偏大。

2.为何毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应注意什么?答：毛细管半径不能太大或太小。

太大，∆pmax 小，引起的读数误差大；太小，气泡易从毛细管中成串、连续地冒出，泡压平衡时间短，压力计所读最大压力差不准。

一般选用毛细管的粗细在测水的表面力时∆pmax 读数为500Pa~800Pa 。

3.如果气泡出得很快对结果有何影响？答：如果气泡出得很快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定，致使读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。

4.用最大气泡法测表面力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的适用围怎样？答：由于毛细管的半径较小，直接测量R 误差较大。

通常用一已知表面力为0σ的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为0,max p ∆。

可得被测液体的表面力σ1=σ2*(△p1/△p2)=K △p1。

本实验中用DMP-2B 型数字式微压差测量仪测量，该仪器可直接显示以Pa 为单位的压力差。

不行，试验中要求由稀到浓测定不同浓度正丁醇溶液的△p ，且如果用其他物质作标准物质，若有残留，对后面实验可能产生影响。

最大气泡法：非常适用于测量表面力随时间的变化，测量气泡最高的压力。

5.在本实验中，有哪些因素将会影响测定结果的准确性？答：装置漏气；毛细管尖端不平整或有异物堵塞；要求毛细管与液面相切，但实际中可能做不到，毛细管插入液面的深浅不一，或不垂直；表面吸附量Г是指单位面积的表层中所含溶质的量与具有相同质量溶剂的本体溶液中所含溶质的量之差，因此，当浓度较低时，由于溶质优先排布在溶液表面层，使Г随浓度增加而增加，但当浓度增大到一定值后，再增加溶质浓度，必定使溶质在表面层的浓度与在体相中的浓度之差越来越小，直到浓度无限大时，这个差值为零，而我们实验中是近似地忽略掉溶液本体的溶质量的，所以可能存在一点点偏差；在实验数据处理的时候是用excel 的粗略拟和，产生误差。

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 误差，因为∆P max是气泡外的压力差，在气泡形成的过程中，由于表面力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力△P ，K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax ，如果插入一定深度，P 外还要考虑插入这段深度的静压力，使得∆P max的绝对值变大，表面力也变大。

2、最大气泡法测定表面力时为什么要读最大压力差?答案：最大气泡法测定表面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。

这时的表面力为: K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面力的标准物质测得。

∆P max由压力计读出。

3、实验中为什么要测定水的∆P m ax？ 答案：当曲率半径等于毛细管半径时的表面力为:K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面力的标准物质测得，这种标准物质就是水。

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 m ax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Tc γ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭或Z ？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 Tc c γ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭， 即 TZ c c γ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ 7、答案：表面力为什么必须在恒温槽中进行测定？答案：因为表面力与温度有关，温度升高，表面力下降。

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，测得的表面力也不能反映该浓度之真正的表面力值。

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，测得的表面力也不能反映该浓度之真正的表面力值。

10、测定正丁醇溶液的表面力时，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、温度变化对表面力有何影响，为什么？答案：温度升高，表面力下降。

表面力与温度有关，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，测得的表面力也不能反映该浓度之真正的表面力值。

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< x <500围）？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力为:K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面力的标准物质-蒸馏水测得。

仪器常数与温度无关，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 m ax、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 ml20、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"Kpa"键，在体系与大气相通的时候，按下"采零"键，读数应显示"00.00"。

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m Γ代入m m 1a ΓL 可求被吸附分子的截面积m a 。

文献值：直链醇分子截面积为2.16×10-19m 2相对误差=（2.16×10-19m 2-m a ）/2.16×10-19m 2：绝对误差=2.16×10-19m 2-m a1. 用最大气泡压力法测定表面力时为什么要读最大压力差？提示：若读中间某个压力差值，不能保证每次读压力差对应大小相同气泡。

2. 为何要控制气泡逸出速率？提示：气泡逸出速率会影响气泡的大小，近而影响压力差值的大小，因而要保证测定过程中气泡逸出速率恒定。