实验八溶液表面张力测定问答题答案(学习资料)
物理化学实验部分实验思考题及参考答案
实验八十三 最大泡压法测定溶液的表面张力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，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。
若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。
随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。
当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，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△p max = 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max 'max 2p K p r ∆=∆=γ （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：T⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γdc d RT cγ 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d γ/d c 代人（2）式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。
物理化学实验部分实验思考题及参考答案
实验八十三 最大泡压法测定溶液的表面张力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，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。
若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。
随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。
当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，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△p max = 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max 'max 2p K p r ∆=∆=γ （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：T⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γdc d RT cγ 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d γ/d c 代人（2）式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。
化学物质的表面张力练习题计算物质的表面张力
化学物质的表面张力练习题计算物质的表面张力表面张力是指液体表面上一层分子对于中间分子的相互吸引力而形成的一种特殊的力，可以通过一些实验方法进行测定。
下面，我们将通过几道练习题来计算物质的表面张力。
练习题1：已知某液体的表面张力为0.04 N/m，液体的表面积为0.01 m²，求液体表面的总内聚力。
解析：表面张力可以通过单位面积上的内聚力来表示，用公式 F =γA 计算，其中 F 为内聚力，γ 为表面张力，A 为液体的表面积。
代入已知数据，得 F = 0.04 N/m × 0.01 m² = 0.0004 N。
因此，液体表面的总内聚力为0.0004 N。
练习题2：某液体滴在平衡的电子天平盘上会出现拱形的液体平面，如图所示。
[图略]已知天平盘半径为0.02 m，液体的表面张力为0.06 N/m，求液滴的质量。
解析：液滴的重力会与表面张力平衡，形成平衡状态。
液体在天平盘上形成一个拱形，液滴下方的液体拱顶受到液滴上方液体的向下拉力，并与液滴自身的重力相平衡。
首先，我们需要计算液体的体积。
液滴的体积可以通过液滴下方所形成的部分球体的体积来表示，用公式V = (4/3)πr³ 计算，其中 V 为液滴的体积，r 为液滴下方拱顶的半径。
代入已知数据，得V = (4/3)π(0.02 m)³ ≈ 0.000033 cubic meters。
然后，我们可以通过液体的体积和密度来计算液滴的质量。
用公式m = ρV 计算，其中 m 为液滴的质量，ρ 为液体的密度。
由于题目中未给出液体的密度，这里暂时无法计算液滴的质量。
我们需要额外的信息来解决这个问题。
练习题3：某种液体的密度为800 kg/m³，表面张力为0.05 N/m。
将该液体滴入一个半径为0.02 m的导管中，导管中液体的高度为0.1 m。
求导管中液体的质量。
解析：在导管中，液体受到重力和表面张力的平衡。
大学物理实验 部分思考题答案
实验八用拉脱发测定液体的表面张力系数1. 对公式，是要在水面与金属表面的接触角趋于0时满足的，即在金属框恰好脱离液体前。
公式中的重力是金属框和它所粘附的液体的总重量，但在公式中我们忽略了水对框架的浮力和水膜的重量。
2. “三线对齐”是因为朱利秤的下端是固定的，上端为自由端，因而我们在用朱利秤测量弹簧的伸长时也要固定弹簧的下端，这样才能在朱利秤上读到弹簧的伸长量。
“三线对齐”中的三线是指小镜子上的水平线和玻璃罐上的水平线以及玻璃罐上的水平线在小镜子里成的像。
实验十牛顿环干涉现象的研究和测量思考题1. 牛顿环实验中，假如平玻璃板上有微小的凸起，则凸起处空气薄膜厚度变小，这时的牛顿环是局部外凸的，因为在平玻璃板上的突起位置的空气薄膜厚度变小，此点的光程差也就变小，那么此级暗条纹的光程差都要比该点的大，因而该级暗条纹就会饶向外面一级的位置，这时表现出此暗条纹就要外凸。
2. 用白光照射时，我们是可以看到牛顿环干涉条纹的，而且是以赤橙黄绿蓝靛紫这样的顺序依次排列，只是在偏离中心位置越远，条纹级数之间会重叠越厉害。
实验十二迈克耳逊干涉仪数据处理参见P19的内容。
思考题1．图形见书P115。
2．所以条纹变密。
实验十三超声波在空气中传播速度的测定数据处理中相对误差的有效位数参见P19的内容。
思考题1. 因为在测量过程中，我们要想在两个换能器之间形成驻波，就一定要求S1发出的波和经S2发射的波是同频率，同振幅，而且是传播方向相反并在一条直线上，这就要求两个换能器的发射面要保持相互平行。
2. 略。
3. 用“逐差法”处理数据是为了更充分地，最大限度地利用所测得的数据，保持多次测量的优点，减少测量误差。
实验十四密立根油滴实验数据处理表格1中最后要求的量是表格中的量求了平均以后的值，比如量中的应该是对表格中的求5次测量的平均值。
而这其中的相对误差的表示参见P19。
思考题1. 选择平衡点压在250V左右，新仪器在12s-24s时间内匀速下降1.6mm的油滴（旧仪器在15s-30s时间内匀速下降2mm的油滴）的原因是在这个范围内的油滴体积不大，带的电量也不是很多，因而在下降时的速度不是很快，下降的时间就比较容易测准确，而且这样的油滴也不是很小，不会因为太小而作布朗运动。
物理化学表面张力动力学习题附答案
物理化学表⾯张⼒动⼒学习题附答案物理化学第8、9、10章习题⼀、选择题1.下⾯关于的物理意义中不正确的是（ C ）A.σ是沿着与表⾯相切的⽅向，垂直作⽤于表⾯上单位长度线段上的紧缩⼒。
B.σ是恒温，恒压下可以可逆的增加单元表⾯积所需的⾮体积功。
C.σ是在⼀定的温度，压⼒下，单位表⾯积中的分⼦所具有G i bb s 函数值。
D.σ是恒温，恒压下增加单位表⾯所引起的系统Gi bb s 函数值。
2、均相反应aA+bB=lL+mM 以A ν及B ν分别表⽰A 和B 的消耗速率，L ν为产物L 的⽣成速率，今若A ν/B ν=0.5，B ν/L ν=0.5，则a: b ：l = ( D ) A 4:2:1 B 1:1:1 C 1:2:2 D 1:2:43、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹⼀⼤泡，关闭左端，在右端吹⼀⼩泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。
（ B ） A.⼤泡变⼩，⼩泡变⼤ B.⼩泡变⼩，⼤泡变⼤ C.两泡⼤⼩保持不变 D.不能确定4、已知某⽓相反应，在25℃时的k 1和k -1分别是0.2S -1和3.938×10-3Pa/s,在35℃时正逆反应的速率常数k 1和k -1均增加为原来的2倍，则25℃时的平衡常数Kc 为（ B ），正反应的活化能为（）A 7.896610-?Pa 53kJ/mol -1B 5.066410?Pa 53kJ/mol -1C 7.896610-?Pa -53kJ/mol -1D 5.066410?Pa -53kJ/mol -1 5、若⼀球形液膜的直径为2×10-3m ，⽐表⾯⾃由能为0.7J·m -2，则其所受的附加压⼒是（ C ）A 5.6 kPaB 1.4 kPaC 2.8 kPaD 2.8 Pa6、环氧⼄烷的分解是⼀级反应，380℃的半衰期为363 min ，反应的活化能为217.57 kJ·mol -1。
大学物理液体表面现象习题答案
第五章 液体表面现象习题答案8、 如图所示。
用金属框测定肥皂液的表面张力系数时，测得重物A 和滑动横杆B 的重量共0.64克，横杆长8厘米，试计算肥皂液的表面张力系数。
【解】：α=F/2ι= 0.64×10-3×10/(2×8×10-2)=0.040N/m(注:肥皂液膜为二层液面)9、已知水的表面张力系数α＝7.3×10-2牛顿/米，大气压强Po ＝1.0×105帕。
(1) 计算空气中直径为2.0×10-5米的水滴内的压强。
(2) 计算湖面下10米深处直径为2.0×10-5米的气泡的压强。
(取g=l0米／秒2)【解】：（1）P =P O +2α/R = 1.0×105+2×7.3×10-2/(1.0×10-5)=1.15×105 Pa（2）P =P O +ρgh + 2α/R= 1×105 + 103×10×10 + 2×7.3×10-2/(1.0×10-5)=2.146×105 Pal0、试计算将一肥皂泡从半径为R 吹到2R 所需的功。
(肥皂液的表面张力系数为α) 。
【解】： ΔW = ΔE =αΔS = α×2×4π[(2R)2 -R 2]= 24παR 211、 在内半径r ＝0.3毫米的毛细管中注水(如图所示)，水在管下端形成向外凸的球面。
其曲率半径R ＝3毫米，如管中水的上表面的曲率半径等于管的内半径，水的表面张力系数α＝7.3×10-2牛顿／米。
求管中水柱的高度h 。
【解】： P O - 2α/r +ρgh = P O + 2α/Rρgh = 2α/r + 2α/R = 2α(1/r + 1/R)h = 2α(1/r + 1/R)/ρg= 2×7.3×10-2×[1/(0.3×10-3 )+1/(3×10-3)]/ 103 ×9.8= 5.45×10-2 m12、把一个半径为R 的液滴，分散成8个半径相同的小液滴，需作功多少？（设液体表面张力系数为α）3334834r R ππ⨯= 2R r = 2224]4)2(84[R R R S W παππαα=-⋅=∆⋅=13、 一个半径为1×10-4米,长为0.2米的玻璃管,一端封闭,水平浸在水的表面下, 管中空气全部保留在管内，浸入的深度可忽略,水面上的气压为1.12×105牛顿／米2,水的表面张力系数为7.3×l0-2牛顿／米，问水进入管内的长度为多少?管中空气的压强为多大？【解】： P 1 =P O + 2α/R= 1.12×105 +2×7.3×10-2/(1.0×10-4)= 1.135×105 Pa设：液体进入管内长度为X,管的横截面积为SP1V1 = P O V0 1.12×105×S×0.2 = 1.135×105×S×(0.2 - X)X =2.57×10-3 m14、水平桌面上有两个相同的器皿，分别放入水银和水，并使两液面同高。
物理化学 表面张力 动力学习题附答案
物理化学第8、9、10章习题一、选择题1.下面关于的物理意义中不正确的是（ C ）A.σ是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面上单位长度线段上的紧缩力。
B.σ是恒温，恒压下可以可逆的增加单元表面积所需的非体积功。
C.σ是在一定的温度，压力下，单位表面积中的分子所具有G i bb s 函数值。
D.σ是恒温，恒压下增加单位表面所引起的系统Gi bb s 函数值。
2、均相反应aA+bB=lL+mM 以A ν及B ν分别表示A 和B 的消耗速率，L ν为产物L 的生成速率，今若A ν/B ν=0.5，B ν/L ν=0.5，则a: b ：l = ( D ) A 4:2:1 B 1:1:1 C 1:2:2 D 1:2:43、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。
（ B ） A.大泡变小，小泡变大 B.小泡变小，大泡变大 C.两泡大小保持不变 D.不能确定4、已知某气相反应 ，在25℃时的k 1和k -1分别是0.2S -1和3.938×10-3Pa/s,在35℃时正逆反应的速率常数k 1和k -1均增加为原来的2倍，则25℃时的平衡常数Kc 为（ B ），正反应的活化能为（ ）A 7.896610-⨯Pa 53kJ/mol -1B 5.066410⨯Pa 53kJ/mol -1C 7.896610-⨯Pa -53kJ/mol -1D 5.066410⨯Pa -53kJ/mol -1 5、若一球形液膜的直径为2×10-3m ，比表面自由能为0.7J·m -2，则其所受的附加压力是（ C ）A 5.6 kPaB 1.4 kPaC 2.8 kPaD 2.8 Pa6、环氧乙烷的分解是一级反应，380℃的半衰期为363 min ，反应的活化能为217.57 kJ·mol -1。
试求该反应在450℃条件下完成75%所需时间为（ B ） A 7.5min B 15min C 45 min D 80 min7、已知水的表面张力σ/N·m -1=0.1139-1.4410-⨯T/K ，试中T 为绝对温度，在恒温283K 及恒压θp 下，可逆地使水的表面积增加1210-⨯m 2时所必须做的功为（ C ）, 过程中系统的△S=( )A 7.428×210-J 1.4410-⨯ J/KB 7.428×210-J 1.4×610-J/KC 7.428×410-J 1.4×610-J/KD 7.428×210-J 1.4410-⨯ J/K8、反应222HI H I →+，在无催化剂存在时，其活化能E a (非催化) = 184.1 kJ·mol -1；在以Au 作催化剂时，反应的活化能E a (催化) = 104.6 kJ·mol -1。
溶液表面张力的测定实验报告
溶液表面张力的测定实验报告一、实验目的1、掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的原理和方法。
2、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和表面活性剂分子的横截面积。
3、了解表面张力与溶液浓度之间的关系，加深对表面化学基本概念的理解。
二、实验原理1、表面张力在液体内部，每个分子都受到周围分子的吸引力，合力为零。
但在液体表面，分子受到指向液体内部的合力，使得液体表面有自动收缩的趋势。
要增大液体的表面积，就需要克服这种内聚力而做功。
在温度、压力和组成恒定时，增加单位表面积所做的功即为表面张力，用γ表示，单位为 N·m⁻¹或 mN·m⁻¹。
2、最大气泡压力法将毛细管插入待测液体中，缓慢打开滴液漏斗的活塞，让体系缓慢减压。
当压力差在毛细管端产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就会从毛细管口逸出。
此时，气泡内外的压力差最大，这个最大压力差可以通过 U 型压力计测量得到。
根据拉普拉斯方程：＼（＼Delta p ＝＼frac{2\gamma}｛r}＼）其中，＼（＼Delta p\）为最大压力差，＼（r\）为毛细管半径，＼（＼gamma\）为液体的表面张力。
对于同一根毛细管，＼（r\）是定值。
只要测出\（＼Delta p\），就可以算出液体的表面张力\（＼gamma\）。
3、表面吸附与吉布斯吸附等温式在一定温度下，溶液的表面张力随溶液浓度的变化而变化。
当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部大，称为正吸附；反之，当溶质能升高溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部小，称为负吸附。
吉布斯吸附等温式为：＼（＼Gamma ＝＼frac{1}｛RT}＼frac{d\gamma}｛dC}＼）其中，＼（＼Gamma\）为表面吸附量（单位：mol·m⁻²），＼（R\）为气体常数（＼（8314 J·mol⁻¹·K⁻¹\）），＼（T\）为绝对温度，＼（C\）为溶液浓度，＼（＼frac{d\gamma}｛dC}＼）为表面张力随浓度的变化率。
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实验八溶液表面张力测定问答题答案
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，凹液面产生一个指向液面外的附加压力△P ，
K =ΔP r γ=ΔP 2
m 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: K =ΔP r γ=ΔP 2
m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面张力的标准物质测得。
∆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张力为:
K =ΔP r γ=ΔP 2
m ax m ax 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。
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T
c 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 T
c c γ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭， 即 T Z c c γ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭
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。