物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)思考題及參考答案

1、實(shí)驗(yàn)八十三 最大泡壓法測定溶液的表面張力1、簡述最大泡壓法測定溶液的表面張力的實(shí)驗(yàn)原理。答：實(shí)驗(yàn)裝置如圖83-4所示。將被測液體裝于測定管中，打開滴液瓶活塞緩緩放水抽氣，系統(tǒng)不斷減壓，毛細(xì)管出口將出現(xiàn)一小氣泡，且不斷增大。若毛細(xì)管足夠細(xì)，管下端氣泡將呈球缺形，液面可視為球面的一部分。隨著小氣泡的變大，氣泡的曲率半徑將變小。當(dāng)氣泡的半徑等于毛細(xì)管的半徑時，氣泡的曲率半徑最小，液面對氣體的附加壓力達(dá)到最大，如圖5所示。在氣泡的半徑等于毛細(xì)管半徑時：p內(nèi)p外氣泡內(nèi)的壓力： p內(nèi)=p大氣-2/r氣泡外的壓力： p外=p系統(tǒng)+gh實(shí)驗(yàn)控制讓毛細(xì)管端口與液面相切，即使h=0，p外= p系統(tǒng)根據(jù)附加壓力的定

2、義及拉普拉斯方程，半徑為r的凹面對小氣泡的附加壓力為pmax = p大氣- p系統(tǒng)= p最大=2/r （6）于是求得所測液體的表面張力為 （7）此后進(jìn)一步抽氣，氣泡若再增大，氣泡半徑也將增大，此時氣泡表面承受的壓力差必然減小，而測定管中的壓力差卻在進(jìn)一步加大，所以導(dǎo)致氣泡破裂從液體內(nèi)部逸出。最大壓力差可用數(shù)字式壓力差儀直接讀出，K稱為毛細(xì)管常數(shù)，可用已知表面張力的物質(zhì)來確定。2、簡述測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計(jì)算表面吸附量和正丁醇分子橫截面積的實(shí)驗(yàn)原理。答：根據(jù)能量最低原則，當(dāng)溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時，溶質(zhì)表面層中的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時，溶質(zhì)表面層中的

3、濃度比內(nèi)部的濃度低。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。表面吸附的多少常用表面吸附量表示，其定義為：單位面積表面層所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量比與同量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值。顯然，在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關(guān)，從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯（Gibbs）吸附等溫方程： 用吉布斯吸附等溫式計(jì)算某溶質(zhì)的吸附量時，可由實(shí)驗(yàn)測定一組恒溫下不同濃度c時的表面張力，以對c作圖，可得到-c曲線，將曲線上某指定濃度下的斜率d/dc代人（2）式，即可求得該濃度下溶質(zhì)在溶液表面的吸附量。當(dāng)濃度足夠大時，則呈現(xiàn)一個吸附量的極限值，即。此時

4、若再增加濃度，吸附量不再改變。所以 稱為飽和吸附量。可以近似的看做是在單位表面上定向排列呈單分子層吸附時溶質(zhì)的物質(zhì)的量。求出值，即可算出每個被吸附的表面活性物質(zhì)分子的橫截面積As。每個分子的截面積為： ，式中L為阿伏加德羅常數(shù)。因此，如測得不同濃度溶液的表面張力，從-c曲線可求得不同濃度的斜率d/dc，即可求出不同濃度的吸附量，再從-c曲線上求出，便可計(jì)算出溶質(zhì)分子的橫截面積As。3、的大小與那些因素有關(guān)？答：表面張力表示了液體表面自動縮小趨勢的大小，其大小與液體的成分、溶質(zhì)的濃度、溫度及表面氣氛等因素有關(guān)。4、純液體如何降低其表面自由能？答：對于純液體，純液體表面層的組成與內(nèi)部的組成相同，等

5、溫等壓下，為定值，要使dG下降，只有降低A。因此，純液體降低表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。因此液滴通常成球形。5、溶液如何降低其表面自由能？答：對于溶液，等溫等壓下，要使dG下降，除了降低表面積外，因溶液的與溶液表面層的組成密切相關(guān)，還可由溶液自動調(diào)節(jié)不同組分在表面層中的數(shù)量使降低。6、什么是溶液的表面吸附？答：根據(jù)能量最低原則，當(dāng)溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時，溶質(zhì)表面層中的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時，溶質(zhì)表面層中的濃度比內(nèi)部的濃度低。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。7、水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變，根據(jù)變化情況可將溶質(zhì)分為幾類

6、？答 ：水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變，根據(jù)變化情況可將溶質(zhì)分為兩類：1）非表面活性物質(zhì) 能使水的表面張力明顯升高的溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。如無機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。這些物質(zhì)的離子有較強(qiáng)的水合作用，趨向于把水分子拖入水中，非表面活性物質(zhì)在表面的濃度低于在本體的濃度。如果要增加單位表面積，所作的功中還必須包括克服靜電引力所消耗的功，所以表面張力升高。2）表面活性物質(zhì) 加入后能使水的表面張力明顯降低的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。這種物質(zhì)通常含有親水的極性基團(tuán)和憎水的非極性碳鏈或碳環(huán)有機(jī)化合物。親水基團(tuán)進(jìn)入水中，憎水基團(tuán)企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。表面活性物質(zhì)的表面濃度大于本體濃度，增加

7、單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大，表面活性也愈大。但習(xí)慣上，只把那些溶入少量就能顯著降低溶液表面張力的物質(zhì)，稱為表面活性劑。 8、表面活性物質(zhì)在水溶液的表面是如何排列的？答：表面活性物質(zhì)分子都是由親水性的極性基團(tuán)和親油性的非極性基團(tuán)所構(gòu)成，它們在水中的排列情況隨其濃度不同而異，濃度小時，分子可以平躺在表面上；濃度增大時，表面活性物質(zhì)分子在溶液表面定向排列，分子的極性基團(tuán)取向溶液內(nèi)部，而非極性基團(tuán)取向空間；當(dāng)濃度增至一定程度，溶質(zhì)分子占據(jù)所有表面積，就形成了飽和吸附層。再增大就會形成膠束。9、溶液的表面吸附量是什么？它與哪些因素有關(guān)？答：其定義為：單位面積表面層所含有溶質(zhì)的物質(zhì)的量比同量

8、溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量的超出值。它與溫度，壓力，溶液的表面張力及溶液的濃度有關(guān)。10、如何求溶液的表面吸附量？答：用吉布斯吸附等溫式計(jì)算：，由實(shí)驗(yàn)測定一組恒溫下不同濃度c的表面張力，以對c作圖，可得到-c曲線，將曲線上某指定濃度下的斜率d/dc帶入吉布斯吸附等溫式，即可求得該濃度下溶質(zhì)在溶液表面的吸附量。11、什么是溶液的飽和吸附量？如何求？答：當(dāng)濃度足夠大時，則呈現(xiàn)一個吸附量的極限值，即。此時若再增加濃度，吸附量不再改變。所以 稱為飽和吸附量?？梢越频目醋鍪窃趩挝槐砻嫔隙ㄏ蚺帕谐蕟畏肿訉游綍r溶質(zhì)的物質(zhì)的量。12、溶液的飽和吸附量與溶質(zhì)分子的橫截面積有何關(guān)系？如何求溶質(zhì)分子的橫

9、截面積？答：可以近似的看做是在單位表面上定向排列呈單分子層吸附時溶質(zhì)的物質(zhì)的量。求出值，即可算出每個被吸附的表面活性物質(zhì)分子的橫截面積As。則每個分子的截面積為： 式中L為阿伏加德羅常數(shù)。13、測溶液的表面張力有哪些方法？答：測定表面張力方法很多，如毛細(xì)管上升法、滴重法、吊環(huán)法、最大壓力氣泡法、吊片法和靜液法等。14. 在最大泡壓法測定溶液的表面張力的實(shí)驗(yàn)中，玻璃毛細(xì)管下端液面是高于、低于還是與溶液液面相切？答：毛細(xì)管中下端液面應(yīng)與溶液液面應(yīng)相切。15、液體表面層分子與液體內(nèi)部的分子所處的環(huán)境是否一樣？答：界面兩側(cè)的環(huán)境不同；液體內(nèi)部分子的吸引力是對稱的，各個方向的引力彼此抵銷，總的受力效果是

10、合力為零；處在表面層的分子受周圍分子的引力是不均勻的，不對稱的。16、什么是表面張力？什么是表面自由能？兩者有何區(qū)別和聯(lián)系？答：（1）在液氣兩相的界面上，液體分子所受液體內(nèi)部分子的引力大于氣體分子對它的引力，由此造成的使液體表面縮小的力叫表面張力。（2）在液體的內(nèi)部任何分子周圍的吸引力是平衡的。可是在液體表面層的分子卻不相同。因?yàn)楸砻鎸拥姆肿樱环矫媸艿揭后w內(nèi)層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體表面層中，每個分子都受到垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力（如圖83-l所示）。這種吸引力使表面上的分子向內(nèi)擠，促成液體的最小面積。要使液體的表面

11、積增大就必須要反抗分子的內(nèi)向力而作功，增加分子的位能。所以說分子在表面層比在液體內(nèi)部有較大的位能，這位能就是表面自由能。(3) 它們的共同點(diǎn)是：都反映了表面分子受力不均勻的情況；兩者的數(shù)值相同，量綱相同通常用同一符號表示。它們的不同點(diǎn)是：兩者的物理意義不同，表面自由能是指等溫、等壓、保持組成不變的條件下，可逆地增加單位表面積時，體系吉布斯自由能的增值。表面張力是指表面層分子垂直作用于單位長度的邊界上且與表面相切的收縮力。兩者的單位不同，表面自由能的單位是Jm-2，而表面張力的單位是Nm-1。17、要做好最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟有哪些？答：要做好這個實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵因素有：正丁醇溶液濃

12、度要準(zhǔn)確配制，測定正丁醇溶液表面張力時按從稀到濃依次進(jìn)行，玻璃器皿必須洗滌清潔，毛細(xì)管及測定管一定要用待測液潤洗；測定時毛細(xì)管一定要與液面保持垂直，端面剛好與液面相切；控制好滴液瓶的放液速度，水的流速每次均應(yīng)保持一致，盡可能使氣泡呈單泡逸出，以利于pmax讀數(shù)的準(zhǔn)確性；溫度應(yīng)保持恒定，否則對的測定影響較大。18、用最大泡壓法準(zhǔn)確測定溶液的表面張力需注意哪些問題？ 答：用最大泡壓法準(zhǔn)確測定溶液的表面張力需注意以下問題：（1）在測定有效數(shù)據(jù)之前一定要檢查系統(tǒng)的氣密性，否則數(shù)據(jù)不真實(shí)。（2）連接壓力計(jì)與毛細(xì)管及滴液瓶用的乳膠管中不應(yīng)有水等阻塞物，否則壓力無法傳遞至毛細(xì)管，將沒有氣泡自毛細(xì)管口逸出。（

13、3）測定時毛細(xì)管及測定管應(yīng)洗滌干凈，以玻璃不掛水珠為好，否則，氣泡可能不呈單泡逸出，而使壓力計(jì)讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。（4）測定時毛細(xì)管一定要與液面保持垂直，端面剛好與液面相切，若毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部，則氣泡外的壓力：p外= p系統(tǒng)+gh，此時因?yàn)閔不等于0，在氣泡的半徑等于毛細(xì)管半徑時：p內(nèi)=p大氣-2/rp外= p系統(tǒng)+ghpmax = p大氣- p系統(tǒng)=gh +2/r計(jì)算公式將只能采用（5）控制好滴液瓶的放液速度，水的流速每次均應(yīng)保持一致，盡可能使氣泡呈單泡逸出，以利于讀數(shù)的準(zhǔn)確性。（6）數(shù)字微壓差儀上顯示的數(shù)字為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間的壓差值。要讀取最大壓力差數(shù)值，

14、因?yàn)閜max與毛細(xì)管的半徑r 是對應(yīng)的，只有這樣才能獲得一致的數(shù)據(jù)。（7）正丁醇溶液要準(zhǔn)確配制，使用過程中防止揮發(fā)損失。測定正丁醇溶液表面張力時按從稀到濃依次進(jìn)行，毛細(xì)管及測定管一定要用待測液潤洗，否則測定的數(shù)據(jù)不真實(shí)。毛細(xì)管的清洗方法：將毛細(xì)管在下次被測溶液中沾一下，溶液在毛細(xì)管中上升一液柱，然后用洗耳球?qū)⑷芤捍党?，重?fù)34次。（8）溫度應(yīng)保持恒定，否則對的測定影響較大。19、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，測量液體表面張力時為什么要讀取最大壓力差？答：因?yàn)? r/2pmax，只有氣泡的半徑等于毛細(xì)管的半徑時，氣泡的曲率半徑最小，液面對氣體的附加壓力達(dá)到最大，所以讀取最大壓差。 20、

15、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，測量液體表面張力時滴水過快，對測量結(jié)果有何影響？答：有影響，若測量液體表面張力時滴水過快就會使測定管中出氣泡不是呈單個冒出，出泡速率快將使表面活性物質(zhì)來不及在氣泡表面達(dá)到吸附平衡，也將使氣體分子間摩擦力和流體管壁間的摩擦力增大，這將造成壓力差增大，使表面張力測定值偏高。21、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，測量表面張力時毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部進(jìn)行測量行嗎？為什么？答：不行！如果將毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部進(jìn)行測量，則氣泡外地壓力：p外= p系統(tǒng)+gh，此時因?yàn)閔不等于0，在氣泡的半徑等于毛細(xì)管半徑時：p內(nèi)=p大氣-2/rp外= p系統(tǒng)+gh pmax

16、 = p大氣- p系統(tǒng)=gh +2/r計(jì)算公式將只能采用公公式公式,那么在實(shí)驗(yàn)操作時，就需要測量h，使實(shí)驗(yàn)變繁瑣，不可取。22、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，表面張力儀的清潔與否和溫度的不恒定對測量數(shù)據(jù)有何影響？答：若表面張力儀不干凈，則氣泡可能不成單泡冒出，使壓力計(jì)讀數(shù)不穩(wěn)定，給實(shí)驗(yàn)帶來較大的誤差，同時表面張力儀不干凈會影響溶液的表面張力。因?yàn)楸砻鎻埩εc溫度有很大的關(guān)系，如溫度不恒定則對表面張力的測量會帶來較大的誤差。23、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，為什么要求從毛細(xì)管中逸出的氣泡必須均勻而間斷？答：因?yàn)槊?xì)管中逸出的氣泡必須均勻而間斷，使得所測最大壓差準(zhǔn)確。如抽氣太快，氣

17、泡的形成與逸出快而不穩(wěn)定，將會使最大壓差的讀數(shù)不穩(wěn)定，給實(shí)驗(yàn)帶來較大的誤差，可以通過控制滴液的速度快慢來控制出泡速度。24、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，如何控制出泡速度？若出泡速度太快對表面張力測定值有何影響？答：本實(shí)驗(yàn)控制出泡速率是通過控制滴定管中液體滴定速度來實(shí)現(xiàn)。若出泡速率快太將使表面活性物質(zhì)來不及在氣泡表面達(dá)到吸附平衡，也將使氣體分子間摩擦力和流體管壁間的摩擦力增大，這將造成壓力差增大，使表面張力測定值偏高。25、在最大泡壓法測定溶液的表面張力實(shí)驗(yàn)中，哪些因素影響表面張力的測定？應(yīng)當(dāng)如何減小或消除這些因素的影響？答：影響因素有：（1）系統(tǒng)的氣密性；（2）毛細(xì)管及測定管是否清洗

18、干凈；（3) 滴液瓶的放液速度；（4)讀取數(shù)字微壓差儀上壓差值； (5)正丁醇溶液濃度是否準(zhǔn)確配置。減小或消除這些因素的方法有：（1）在測定有效數(shù)據(jù)之前一定要檢查系統(tǒng)的氣密性，否則數(shù)據(jù)不真實(shí)。（2）連接壓力計(jì)與毛細(xì)管及滴液瓶用的乳膠管中不應(yīng)有水等阻塞物，否則壓力無法傳遞至毛細(xì)管，將沒有氣泡自毛細(xì)管口逸出。（3）測定時毛細(xì)管及測定管應(yīng)洗滌干凈，以玻璃不掛水珠為好，否則，氣泡可能不呈單泡逸出，而使壓力計(jì)讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。（4）測定時毛細(xì)管一定要與液面保持垂直，端面剛好與液面相切，若毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部，則氣泡外的壓力：p外= p系統(tǒng)+gh，此時因?yàn)閔不等于0，在氣泡的半

19、徑等于毛細(xì)管半徑時：p內(nèi)=p大氣-2/rp外= p系統(tǒng)+ghpmax = p大氣- p系統(tǒng)=gh +2/r計(jì)算公式將只能采用（5）控制好滴液瓶的放液速度，水的流速每次均應(yīng)保持一致，盡可能使氣泡呈單泡逸出，以利于讀數(shù)的準(zhǔn)確性。（6）數(shù)字微壓差儀上顯示的數(shù)字為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間的壓差值。要讀取最大壓力差數(shù)值，因?yàn)閜max與毛細(xì)管的半徑r 是對應(yīng)的，只有這樣才能獲得一致的數(shù)據(jù)。（7）正丁醇溶液要準(zhǔn)確配制，使用過程中防止揮發(fā)損失。測定正丁醇溶液表面張力時按從稀到濃依次進(jìn)行，毛細(xì)管及測定管一定要用待測液潤洗，否則測定的數(shù)據(jù)不真實(shí)。毛細(xì)管的清洗方法：將毛細(xì)管在下次被測溶液中沾一下，溶液在毛細(xì)管中上升一液

20、柱，然后用洗耳球?qū)⑷芤捍党?，重?fù)34次。26. 玻璃毛細(xì)管插入不同的溶液中，毛細(xì)管中的液面高于、低于還是與溶液液面相平？答：實(shí)際上，這里既涉及到潤濕的問題，又涉及彎曲表面附加壓力的問題，而這兩個問題都與表面張力有關(guān)。能潤濕，則形成凹面，產(chǎn)生一指向溶液外部的附加壓力，使毛細(xì)管中的液面高于溶液液面；如果接觸角為90，則形成平面，不產(chǎn)生附加壓力，毛細(xì)管中的液面與溶液液面相平；不能潤濕，則形成凸面，產(chǎn)生一指向溶液內(nèi)部的附加壓力，使毛細(xì)管中的液面低于溶液液面，如玻璃毛細(xì)管插入汞中。實(shí)驗(yàn)八十五 粘度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量1、簡述黏度法測定水溶性高聚物相對分子量的實(shí)驗(yàn)原理。答：相對分子質(zhì)量是聚合物的

21、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但高聚物相對分子質(zhì)量大小不一，參差不齊，一般在103-107之間，所以平常所測高聚物的相對分子質(zhì)量是平均相對分子質(zhì)量。粘度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，設(shè)備簡單，操作方便，有相當(dāng)好的實(shí)驗(yàn)精度，其適用的相對分子質(zhì)量范圍為104-107。高聚物溶液的粘度，主要反映了液體在流動時存在的內(nèi)摩擦。溶液粘度的命名名稱符號和定義溶劑的黏度0溶液的黏度相對粘度r增比粘度sp比濃粘度 比濃對數(shù)粘度 特性粘度測定液體粘度的方法，主要有毛細(xì)管法（測定液體通過毛細(xì)管的流出時間）；落球法（測定圓球在液體里的下落速度）及轉(zhuǎn)筒法（測定液體在同心軸圓柱體間相對轉(zhuǎn)動的影響）。在測定高分子溶液的特性粘度時，以毛細(xì)管法最為方

22、便。當(dāng)液體在毛細(xì)管粘度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出時，遵守泊肅葉定律： 式中1，當(dāng)t100s時，等式右邊第二項(xiàng)可以忽略進(jìn)而可分別計(jì)算得到sp、sp/c和lnr/c值。配置一系列不同濃度的溶液分別進(jìn)行測定，以sp/c和lnr/c為同一縱坐標(biāo)，c為橫坐標(biāo)作圖，得兩條直線，分別外推到c0處，其截距即為，K，已知，即可得到。粘度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，最基礎(chǔ)的是測定t0、t、c，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵和準(zhǔn)確度在于測量液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間、溶液濃度的準(zhǔn)確度和恒溫程度等因素2、高聚物相對分子質(zhì)量具有什么特點(diǎn)？答：高聚物相對分子質(zhì)量大小不一，參差不齊，一般在103-107之間，所以平常所測高聚物的相對分子質(zhì)量是平均相對分子質(zhì)

23、量。3、什么是液體的黏度？答：液體的黏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。4、溶液的黏度包括哪些內(nèi)摩擦？答：溶液的黏度包括以下三種內(nèi)摩擦：1）溶劑分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦，2）高聚物分子間的內(nèi)摩擦，3）高聚物分子與溶劑分子之間的內(nèi)摩擦。5、溶液的黏度與哪些因素有關(guān)？答：溶液的黏度與溶質(zhì)的結(jié)構(gòu)、溶液濃度、溶劑性質(zhì)、溫度以及壓力等因素有關(guān)。6、什么是相對黏度r、增比黏度sp、比濃黏度sp/c、比濃對數(shù)黏度lnr/c、特性黏度？答：在同一溫度下，高聚物溶液的黏度一般都比純?nèi)軇┑酿ざ?大，即0。因?yàn)橐后w黏度的絕對值測定很困難，所以一般都是測定溶液

24、與溶劑的相對黏度r： （1）相對于溶劑，溶液黏度增加的分?jǐn)?shù)稱為增比黏度，記為sp，即： （2）相對黏度r反映的是溶液的黏度行為，增比黏度sp則反映的是扣除了溶劑分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)，僅留下純?nèi)軇┡c高聚物分子之間，以及高聚物分子之間的內(nèi)摩擦效應(yīng)。顯然，溶液的濃度越大，黏度也越大，為了便于比較，引入比濃黏度sp/c及比濃對數(shù)黏度lnr/c。當(dāng)溶液無限稀釋時，每個高聚物分子彼此相隔極遠(yuǎn)，其相互間的內(nèi)摩擦可忽略不計(jì)，此時溶液所表現(xiàn)出的黏度主要反映了高聚物分子與溶劑分子間的內(nèi)摩擦，定義為特性黏度，其值與濃度無關(guān)，僅取決于溶劑的性質(zhì)及高聚物分子的形態(tài)與大小。計(jì)算公式如下： （3）在足夠稀的高聚物溶液中，s

25、p/c和lnr/c與c之間的關(guān)系可由經(jīng)驗(yàn)公式表示： （4） （5）式中，系數(shù)與分別稱為赫金斯（Huggins）常數(shù)和克拉默（Kramler）常數(shù)。表示溶液中聚合物之間和聚合物與溶劑分子之間的相互作用，K值一般來說對摩爾質(zhì)量并不敏感。 因此，通過sp/c與c和lnr/c與c作圖將得到兩條直線，外推至c0時所得截距即為，外推法求如圖85-1所示。7、特性黏度 與高聚物平均相對分子質(zhì)量有何關(guān)系？答：高聚物分子的相對分子質(zhì)量越大，則它與溶劑分子間的接觸表面也越大，因此摩擦就大，表現(xiàn)出的特性黏度也大。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)聚合物、溶劑和溫度確定以后，特性黏度的數(shù)值只與高聚物平均相對分子質(zhì)量有關(guān)，它們之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)

26、系可用馬克-豪威克（Mark-Houwink）方程式表示： （6）式中K為比例常數(shù) ，是與分子形狀有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。K和值與溫度、聚合物和溶劑性質(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值受溫度的影響較明顯，而值主要取決于高分子線團(tuán)在某溫度下，某溶劑中舒展的程度，其數(shù)值介于0.5-1之間。K和的數(shù)值只能通過其他方法確定，例如滲透壓法、光散射法等。黏度法只能測得，通過已經(jīng)確實(shí)的公式來計(jì)算聚合物的相對分子質(zhì)量。8、測定液體黏度主要有哪些方法？答：測定液體黏度主要有毛細(xì)管法（測定液體通過毛細(xì)管的流出時間）；落球法（測定圓球在液體里的下落速度）及轉(zhuǎn)筒法或旋轉(zhuǎn)法（測定液體在同心軸圓柱體間相對

27、轉(zhuǎn)動的影響）。9、在什么情況下，相對黏度r等于溶液和溶劑的流出時間t和t0之比？答：當(dāng)液體在毛細(xì)管黏度計(jì)內(nèi)因重力作用而流出時，遵守泊肅葉（Poiseuille）定律： （7）式中為液體的密度；l是毛細(xì)管長度；r是毛細(xì)管半徑；t是流出時間；h是流經(jīng)毛細(xì)管液體的平均液柱高度；g為重力加速度；V是流經(jīng)毛細(xì)管液體的體積；m是與儀器的幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，在r/ll時，可取ml 。 對某一支指定的黏度計(jì)而言，令（7）式可改寫為： （8）式中1，當(dāng)t100s時，等式右邊第二項(xiàng)可以忽略。又因通常測定是在稀溶液（小于10 kgm-3）中進(jìn)行，所以溶液的密度與溶劑密度0近似相等。這樣，通過分別測定溶液和溶劑的流出

28、時間t和t0，就可求算r： （9）10、如何測定特性黏度？答：通過分別測定溶液和溶劑的流出時間t和t0，就可求算r： （9）進(jìn)而可分別計(jì)算得到sp、sp/c和lnr/c值。配置一系列不同濃度的溶液分別進(jìn)行測定t，以sp/c和lnr/c為同一縱坐標(biāo)，c為橫坐標(biāo)作圖，得兩條直線，分別外推到c0處(如圖1所示)，其截距即為，代入(6)式(K，已知)，即可得到。11、黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量的影響因素有哪些？答：黏度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，最基礎(chǔ)的是測定t0、t、c，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵和準(zhǔn)確度在于測量液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間、溶液濃度的準(zhǔn)確度和恒溫程度等因素。12、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，如何保證

29、溶液濃度的準(zhǔn)確度？答：1）高聚物在溶劑中溶解緩慢，配制溶液時必須保證其完全溶解，否則，會影響溶液起始濃度，而導(dǎo)致結(jié)果偏低。2) 本實(shí)驗(yàn)溶液的稀釋是直接在粘度計(jì)中進(jìn)行的，因此，每加入一次溶劑進(jìn)行稀釋時必須混合均勻，并抽洗E球和G球，要注意多次(不少于三次)用稀釋液抽洗毛細(xì)管，保持年度計(jì)內(nèi)各處濃度相等。13、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，如何準(zhǔn)確測定液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間？答：要準(zhǔn)確測定液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間，必須注意以下幾點(diǎn)：1）所用粘度計(jì)必須洗凈，因?yàn)槲⒘康幕覊m油污等會導(dǎo)致局部的堵塞現(xiàn)象，影響溶液在毛細(xì)管中流動，引起較大的誤差，所以在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)徹底洗凈烘干。先用熱洗液（經(jīng)砂芯漏斗過濾）浸泡，再用

30、自來水、蒸餾水分別沖洗幾次。每次都要注意反復(fù)流洗毛細(xì)管部分，洗好后烘干備用。其他容量瓶移液管等都要徹底洗凈，做到無塵。2) 測定時黏度計(jì)要垂直放入恒溫水浴中，使水面超過G球lcm左右，放置位置要適于觀察液體流動情況，恒溫水浴攪拌器的攪拌速度應(yīng)調(diào)節(jié)合適，如產(chǎn)生劇烈震動，將會影響測定的結(jié)果。3）安裝好后，用移液管吸取已知濃度的聚乙二醇溶液10.00mL，由A管注入粘度計(jì)中，在C管處用洗耳球打氣，使溶液混合均勻，濃度記為c1，恒溫10min，進(jìn)行測定。測定方法如下：將C管上端的乳膠管用夾子夾緊，使之不通氣，在B管的乳膠管口用洗耳球慢慢抽吸，將溶液從F球經(jīng)D球、毛細(xì)管、E球抽至G球2/3處，先拿走洗耳

31、球后，再松開C管上夾子，讓其通大氣，此時D球內(nèi)的溶液即回入F球，使毛細(xì)管以上的液體懸空。毛細(xì)管以上的液體下落，當(dāng)液面流經(jīng)a刻度時，立即按表開始記時，當(dāng)液面降至b刻度時，停止計(jì)時，測得液體流經(jīng)a、b線所需時間，即刻度a、b之間的液體流經(jīng)毛細(xì)管所需時間。重復(fù)三次，偏差應(yīng)小于0.2s，取其平均值，即為t1值。4) 液體粘度的溫度系數(shù)較大，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)嚴(yán)格控制溫度恒定，溶液每次稀釋恒溫后才能測量，否則難以獲得重現(xiàn)性結(jié)果。5) 用洗耳球抽提液體時，要避免氣泡進(jìn)人毛細(xì)管以及G、E球內(nèi)進(jìn)入，若有氣泡則要讓液體流回F球后，重新抽提。14、烏氏粘度計(jì)和奧氏粘度計(jì)有何區(qū)別？各有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：烏氏粘度計(jì)測定粘度，由于

32、烏氏粘度計(jì)有一支C管，測定時B管中的液體在毛細(xì)管下端出口處與A管中的液體斷開，由于C管與大氣相通，B管中的液體下流時所受壓力差與A管中液面高度無關(guān)，即與所加的待測液的體積無關(guān)，所以可以在粘度計(jì)中稀釋液體。它最大的優(yōu)點(diǎn)是樣品溶液的體積不影響測定結(jié)果，因而可以在粘度計(jì)中逐漸稀釋溶液從而節(jié)省許多操作手續(xù)。除了烏氏粘度計(jì)，生產(chǎn)實(shí)際中經(jīng)常使用奧氏粘度計(jì)測定高聚物的平均摩爾質(zhì)量。奧氏粘度計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，其操作方法與烏氏粘度計(jì)類似，但是，而奧氏粘度計(jì)測定時，標(biāo)準(zhǔn)液體和待測液體的體積必須相同，因?yàn)橐后w下流時所受的壓力差與A管中液面高度有關(guān)。奧氏粘度計(jì)制作容易，操作簡便，具有較高的測量精度，特別適用于粘滯系數(shù)

33、小的液體，如水、汽油、酒精、血漿或血清等的研究。15、 用烏氏黏度計(jì)測黏度時，流經(jīng)毛細(xì)管的時間與液體加入的總量的多少有無關(guān)系？為什么？答：無關(guān)，與毛細(xì)管上方的小球容積有關(guān)，也與溶液的粘度有關(guān)。16、 用烏氏黏度計(jì)測黏度時，在同一溫度下，不同純液體流經(jīng)同一毛細(xì)管的時間越長，粘度就越大，是否正確？答：對17、 在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，其溶劑和溶液的粘度的測定為什么在同一毛細(xì)管中進(jìn)行？可否在兩支同型號的粘度計(jì)中分別進(jìn)行？答：測定必須在同一毛細(xì)管進(jìn)行，因?yàn)閷ν蝗芤翰煌?xì)管的直徑不同，流出時間也不同，所謂增比粘度是用同一毛細(xì)管中溶液和溶劑的粘度比值，在一定條件下，該比例等于溶液和溶劑的流出

34、時間比。18、用粘度法測高聚物的分子量時，為什么要配制一系列不同濃度的高聚物進(jìn)行相對粘度的測定？答：是為了測定出不同濃度下的比濃粘度，然后將濃度外推到濃度為0時，求出的比濃粘度即為特性粘度，可以用于計(jì)算分子量。19、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，影響粘度準(zhǔn)確測定的因素有哪些？答：（1）毛細(xì)管的粗細(xì)，要保證流出時間在100秒以上；（2）適宜的溶液濃度，比較好的溶液濃度是保證增比粘度在0.2以上；（3）溫度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，越穩(wěn)定越好。20、 用烏氏黏度計(jì)測黏度時，烏氏黏度計(jì)C管起什么作用，無C管對實(shí)驗(yàn)有什么影響？如何消除？答：支管C的作用是與大氣相通，使得B管中的液體完全是靠重力落下而不受其

35、它因素影響。除去支管C仍可測定粘度，只不過此時標(biāo)準(zhǔn)液體和待測液體體積必須相同，因?yàn)榇藭r的液體下流時所受的壓力差與A管中液面高度有關(guān)。21、 用烏氏黏度計(jì)測黏度時，烏氏黏度計(jì)的毛細(xì)管太粗或太細(xì)，對實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果有何影響?如何選擇合適的毛細(xì)管?答：粘度計(jì)毛細(xì)管太粗，流出時間太短，溶液與溶劑流出時間之比不是準(zhǔn)確地等于兩者粘度之比，由此計(jì)算出的分子量將有較大誤差，需要做動力學(xué)校正。毛細(xì)管較細(xì)對測定結(jié)果無影響，但測定所需時間較長。一般要求溶劑的流出時間大于100s.22、特性粘度就是溶液無限稀釋時的比濃粘度，它和純?nèi)軇┑恼扯扔袩o區(qū)別?為什么要用來求算高聚物的相對分子質(zhì)量? 答：特性粘數(shù)的量綱與粘度的不一樣

36、，特性粘數(shù)不是粘度這種物理概念。能利用它求分子量是因?yàn)榉肿恿亢吞匦哉硵?shù)存在如下關(guān)系：。23、評價粘度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)，適用的相對分子質(zhì)量范圍是多少?并指出影響準(zhǔn)確測定結(jié)果的因素。答：粘度法測定高聚物相對分子質(zhì)量，優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便，有相當(dāng)好的實(shí)驗(yàn)精度，缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)操作要求嚴(yán)格，粘度計(jì)的干凈干燥度、垂直程度，恒溫程度等均會帶來實(shí)驗(yàn)誤差；其適用的相對分子質(zhì)量范圍為104-107。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵和準(zhǔn)確度在于測量液體流經(jīng)毛細(xì)管的時間、溶液濃度的準(zhǔn)確度和恒溫程度。24、粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，用烏氏黏度計(jì)測黏度時，粘度計(jì)為什么要洗凈并干燥？答：對于粘度計(jì)，有時微量的塵土、油

37、污等都會產(chǎn)生局部的堵塞現(xiàn)象，從而影響溶液在毛細(xì)管中的流速，所以要洗干凈，若不干燥則會稀釋溶液濃度則會使測定的時間比實(shí)際的變短，從而引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差，所以要洗凈干燥。25、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，每加入一次溶劑，為什么要恒溫？答：因?yàn)橐后w粘度的溫度系數(shù)較大，溫度對其影響大，所以要嚴(yán)格恒溫，否則難以獲得重現(xiàn)性結(jié)果。26、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，每加入一次溶劑稀釋時，為什么要用洗耳球抽吸？答：為使?jié)舛然旌暇鶆?，以免產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。27、在粘度法測定高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，測定粘度時，粘度計(jì)為什么要垂直放置？答：因?yàn)闇y定時粘度計(jì)中的液體完全是靠重力落下，若不垂直的話會減慢液體流速，從

38、而測定的時間比實(shí)際的要長，產(chǎn)生較大的實(shí)驗(yàn)誤差。28、用粘度法測高聚物的分子量實(shí)驗(yàn)中，為什么不晃動粘度計(jì)？ 答：晃動粘度計(jì)會影響時間的測定，從而產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。 實(shí)驗(yàn)八十六 Fe(OH)3溶膠的制備及其電勢的測定1、溶膠是什么？其具有什么特征？答：溶膠是一種半徑為10-9-10-7m(1-100nm)固體粒子(稱分散相)在液體介質(zhì)(稱分散介質(zhì))中形成的多相高分散系統(tǒng)。由于分散粒子的顆粒小，表面積大，其表面能高，使得溶膠處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，這是溶膠系統(tǒng)的主要特征。2、溶膠的制備方法有哪些？本實(shí)驗(yàn)用什么方法制備Fe(OH)3溶膠？ 答：溶膠的制備方法可分為分散法和凝聚法。分散法是用適當(dāng)方法把較大的物

39、質(zhì)顆粒變?yōu)槟z體大小的質(zhì)點(diǎn)；凝聚法是先制成難溶物的分子(或離子)的過飽和溶液，再使之相互結(jié)合成膠體粒子而得到溶膠。本實(shí)驗(yàn)是采用化學(xué)凝聚法制備Fe(OH)3溶膠，即用FeCl3溶液在沸水中進(jìn)行水解反應(yīng)制備成Fe(OH)3溶膠，反應(yīng)式如下：Fe(OH)3溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式可表示為： Fe(OH)3m n Fe3+ ，(3n-x)Cl x+ x Cl。 3、水解反應(yīng)制備成的Fe(OH)3溶膠為何需要純化？如何純化？答：用上述方法制得的Fe(OH)3溶膠中，除Fe3+與C1-外，還有許多雜質(zhì)離子，對溶膠的穩(wěn)定性有不良的影響，故必須除去，稱為溶膠純化。實(shí)驗(yàn)室對溶膠純化，大多采用滲析法。滲析法是利用離子能穿過

40、半透膜進(jìn)入到溶劑中，而膠粒卻不能穿過半透膜。所以，將溶膠裝入半透膜制成的袋內(nèi)，將該袋浸入溶劑中，離子及小分子便透過半透膜進(jìn)入溶劑，若不斷更換溶劑，則可將溶膠中的雜質(zhì)除去。4、電泳是什么？ 答：在溶膠中，由于膠體本身的電離或膠粒對某些離子的選擇性吸附，使膠粒的表面帶有一定的電荷。在外電場作用下，膠粒向異性電極定向移動，這種現(xiàn)象稱為電泳。5、電勢是什么？ 答：發(fā)生相對移動的界面稱為切動面，切動面與溶液本體之間的電勢差稱為電動電勢或電勢。電勢的數(shù)值與膠粒性質(zhì)、介質(zhì)成分及溶膠濃度有關(guān)。電勢是表征膠粒特性的重要物理量之一，在研究溶膠性質(zhì)及實(shí)際應(yīng)用中起著重要的作用。溶膠的穩(wěn)定性與電勢有著直接的關(guān)系，電勢的

41、絕對值越大，表明膠粒所帶電荷量越多，這樣膠粒間排斥力也就越大，溶膠越穩(wěn)定；反之則表明溶膠越不穩(wěn)定。當(dāng)電勢為零時，溶膠的穩(wěn)定性最差，此時可觀察到溶膠的聚沉。6、本實(shí)驗(yàn)如何測定Fe(OH)3溶膠的電勢？答：原則上，溶膠的電動現(xiàn)象電泳、電滲、流動電勢、沉降電勢)都可以用來測定電勢，但電泳是最常用的測定方法。電泳法可分為宏觀法和微觀法。宏觀法的原理是觀察溶膠與另一種不含膠粒的電解質(zhì)溶液的界面在電場中的遷移速度，也稱界面電泳法。微觀法則是直接觀察單個膠粒在電場中的遷移速度。對于高分散的溶膠(如As2S3溶膠、Fe(OH)3溶膠)或過濃的溶膠，不易觀察個別膠粒的運(yùn)動，只能采用宏觀法。對于顏色太淡或過稀的溶

42、膠則適宜用微觀法。本實(shí)驗(yàn)采用宏觀法。本實(shí)驗(yàn)采用U形管電泳儀在一定的外加電場強(qiáng)度下測定Fe(OH)3膠粒的電泳速率計(jì)算其電勢。原理圖如圖86-1所示。在電泳儀兩極間接上電位差U(V)后，在t(s)時間內(nèi)溶膠界面移動的距離為d (m)，即溶膠電泳速度v(ms-1)為： （1）當(dāng)輔助液的電導(dǎo)率與溶膠的電導(dǎo)率相差很小時，相距為L（m）的兩極間的電位梯度平均值H(Vm-1)為： （2）如果輔助液的電導(dǎo)率0與溶膠的電導(dǎo)率相差較大，則在整個電泳管內(nèi)的電位降是不均勻的，這時需用下式求H： （3）式中LK為溶膠兩界面距離。為了簡便，電泳實(shí)驗(yàn)中通常使用與溶膠電導(dǎo)率相同的輔助液。從實(shí)驗(yàn)中求得即溶膠電泳速度v后，可根

43、據(jù)下式計(jì)算(V)電勢： （4）式中：K為與膠粒形狀有關(guān)的常數(shù)（對于球形粒子K5.41010V2s2kg-1m-1；對于棒形粒子K3.61010V2s2kg-1m-1，本實(shí)驗(yàn)中Fe(OH)3膠粒為棒形粒子）；為粘度(kgm-1s-1)，介質(zhì)的介電常數(shù)（）。7、本實(shí)驗(yàn)為了計(jì)算出Fe(OH)3溶膠的電勢需記錄和測量哪些數(shù)據(jù)？ 答：電泳儀兩極間接上電位差U(V)； t(s)時間內(nèi)溶膠界面移動的距離為d (m)；兩極間相距L（m）實(shí)驗(yàn)溫度下水的粘度(kgm-1s-1)和介質(zhì)的介電常數(shù)（）。8、制備半透膜時需要注意什么？ 答：在一個內(nèi)壁潔凈、干燥的250mL錐形瓶中，加入約20mL火棉膠液，小心轉(zhuǎn)動錐形瓶

44、，使火棉膠液黏附在錐形瓶內(nèi)壁上形成均勻薄層，傾出多余的火棉膠。此時錐形瓶仍需倒置，并不斷旋轉(zhuǎn)，待剩余的火棉膠流盡，使瓶中的乙醚蒸發(fā)至已聞不出氣味為止(此時用手輕觸火棉膠膜，已不黏手)。然后再往瓶中注滿水(若乙醚末蒸發(fā)完全，加水過早，則半透膜發(fā)白)，浸泡5min。倒出瓶中的水，小心用手分開膜與瓶壁之間隙。慢慢注水于夾層中，使膜脫離瓶壁，輕輕取出，在膜袋中注入蒸餾水檢查是否漏水，若不漏，將其浸入蒸餾水中待用。（1）火棉膠液是硝化纖維的乙醇乙醚混合溶液，制備半透膜袋時，要遠(yuǎn)離火焰，注意回收殘液。（2）在制備半透膜時加水的時間應(yīng)適中。如加水過早，因膠膜中的溶劑尚未完全揮發(fā)掉，膠膜呈乳白色，強(qiáng)度差而不能使用；如加水過遲，則膠膜變干、脆，不易取出且易破裂。9、為何可以用熱滲析法純化Fe(OH)3溶膠？如何判斷Fe(OH)3溶膠