滴重法測(cè)定表面張力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

滴重法測(cè)定表面張力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

目前，江南高等應(yīng)用化學(xué)與材料工程系承擔(dān)著30多個(gè)課程的物理和化學(xué)實(shí)踐課程，包括應(yīng)用化學(xué)、機(jī)械工程、高等材料、食品科學(xué)、生物工程、輕化工程、機(jī)械工程、制藥工程等。他們一直重視實(shí)驗(yàn)課程的教育和改革。在教學(xué)過(guò)程中,一方面努力培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力,另一方面也鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、對(duì)實(shí)驗(yàn)提出自己的想法,既培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識(shí)又可為教學(xué)改革發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提供借鑒。實(shí)驗(yàn)的思想也是在學(xué)生們提出許多意見的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)教研室諸位老師集思廣益、積極探索的結(jié)果。滴重法測(cè)定液體表面張力實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容如下。1重力-表面張力法在垂直安置的毛細(xì)管中液體,當(dāng)它受重力作用下流時(shí),同時(shí)受管端向上的表面張力,因而液滴不致于很快地脫離管口,液滴慢慢增大,其重量也逐漸增加,當(dāng)液滴增大到不能被其表面張力所抗衡時(shí),它就脫離管口而下落,液體的表面張力愈大,則每一滴的重量也愈大,當(dāng)液滴達(dá)最大而落下時(shí),可認(rèn)為這時(shí)重力與表面張力相等。式中:m-液滴質(zhì)量;g-重力加速度;r-管端半徑;γ-表面張力。如果用同一毛細(xì)管測(cè)兩種液體;兩種液體的表面張力,液滴質(zhì)量各不相同,則:若用同一毛細(xì)管,讓兩種流經(jīng)同一體積,則由于表面張力的不同,其同一體積內(nèi)滴數(shù)也不同。故:式中:n1、n2分別表示兩液體滴數(shù);d1、d2分別表示兩液體的比重。對(duì)比上列兩組公式,則得:若已知兩液體的密度和一種液體的表面張力,則通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得n1、n2后,可求算另一液體的表面張力。2儀器和藥品滴重計(jì);鐵架;小燒杯;蒸餾水;無(wú)水乙醇(分析醇)。3u3000定形(1)按圖2所示將滴重計(jì)垂直裝好,用被測(cè)液淋洗滴重計(jì)三次。(2)將水吸入滴重計(jì)至刻度以上,先觀察每一滴液體落下后,液面在毛細(xì)管中移動(dòng)了多少刻度,即為X。(3)重新將水吸至刻度以上,當(dāng)液面流經(jīng)A刻度時(shí)開始讀滴數(shù),記錄液面經(jīng)刻度A、B間隔內(nèi)的滴數(shù)(注意:第一滴和最后一滴不可能正好是完整的一滴,因此當(dāng)液面流經(jīng)A刻度到第一滴落下,要記下所走過(guò)的刻度,當(dāng)液面經(jīng)過(guò)B刻度最后一滴落下,也要記下所走過(guò)的刻度),最后準(zhǔn)確算出A、B間內(nèi)的滴數(shù)。(4)重復(fù)測(cè)三次,各次相差不應(yīng)超過(guò)一滴。(5)照上法再測(cè)定無(wú)水乙醇溶液的滴數(shù)(滴重計(jì)應(yīng)先用乙醇淋洗三次)。4數(shù)據(jù)記錄和處理4.1改革方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果假定一滴水為X格,一滴乙醇為Y格,液體流經(jīng)A刻度到第一滴落下經(jīng)過(guò)a格,從B格刻度最后一滴落下經(jīng)過(guò)b格,總共C滴。則如表1。查室溫下:γ水、d水、d乙醇的數(shù)據(jù)。通過(guò)上面的描述,可以看出,在滴重法測(cè)定表面張力的實(shí)驗(yàn)中,一方面要密切注意滴重計(jì)中液面的變化,另一方面則需要精確的數(shù)滴數(shù)。上述兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程都需要目不轉(zhuǎn)睛、全神貫注,所以至少需要兩個(gè)人密切配合、共同協(xié)作才能完成。因?yàn)橐好娼?jīng)過(guò)初始刻度和終點(diǎn)刻度時(shí),很可能不是恰好一滴,所以還要經(jīng)過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確滴數(shù)。同學(xué)們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候,因?yàn)榕浜夏醭潭炔粔?往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差較大。根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,滴重計(jì)預(yù)定體積的乙醇滴數(shù)約為90~110滴,水的滴數(shù)約為30~40滴,即便是按照我們要求的3次滴數(shù)相差在一滴以內(nèi),最大相對(duì)偏差仍可達(dá)0.5%~1.5%。實(shí)際操作中,因?yàn)椴僮魇炀毶系膯?wèn)題,往往需要重復(fù)多次后才能得到組內(nèi)相差復(fù)合要求的數(shù)據(jù)。為此,許多同學(xué)和老師提出可否進(jìn)行改革。經(jīng)過(guò)教研室多位老師集思廣益,在基本測(cè)定原理的基礎(chǔ)上提出了如下改革方案:既然:m1g=2πrγ1,m2g=2πrγ2;可得m1/m2=γ1/γ2。如果我們能夠測(cè)得從同一根毛細(xì)管中滴下的每一滴液體的質(zhì)量,利用已知表面張力的液體即可獲得待測(cè)液體的表面張力。在該方案中,先用分析天平準(zhǔn)確稱量容器的質(zhì)量,用一根毛細(xì)管吸取液體后,可以不用具體看刻度是多少,將液體滴落到容器中,滴落多少滴可以自行設(shè)定(因?yàn)槭侨∑骄?數(shù)值越大統(tǒng)計(jì)結(jié)果越準(zhǔn)確),然后稱量容器連同滴落液體的總質(zhì)量,算得滴落液體的總質(zhì)量以及每滴液體的平均質(zhì)量。將上述設(shè)想在物化實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了實(shí)踐,委托一批平時(shí)比較認(rèn)真的同學(xué)進(jìn)行。設(shè)定取水的滴數(shù)為30,乙醇的滴數(shù)為60,三組同學(xué)在室溫20℃下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:第一組:30滴水的質(zhì)量為:3.0601g,3.0637g。3.0654g,平均值3.0631g。最大偏差為0.098%。60滴乙醇的質(zhì)量為:1.8827g,1.8781g,1.8793g,平均值1.8867g。最大偏差為0.212%。根據(jù)每滴平均質(zhì)量和水在該溫度下的表面張力數(shù)據(jù)72.75mN/m可得乙醇的表面張力為22.40mN/m。第二組:30滴水的質(zhì)量為:2.6279g,2.6239g,2.6216g,平均值2.6245g。最大偏差為0.130%。60滴乙醇的質(zhì)量為:1.6003g,1.6037g,1.6022g,平均值1.6021g。最大偏差為0.112%。根據(jù)每滴平均質(zhì)量和水在該溫度下的表面張力數(shù)據(jù)72.75mN/m可得乙醇的表面張力為22.20mN/m。第三組:30滴水的質(zhì)量為:3.3511g,3.3539g,3.3516g,平均值:3.3522g。最大偏差為0.003%60滴乙醇的質(zhì)量為:2.0573g,2.0554g,2.0547g,平均值:2.0558g。最大偏差為0.073%。根據(jù)每滴平均質(zhì)量和水在該溫度下的表面張力數(shù)據(jù)72.75mN/m可得乙醇的表面張力為22.31mN/m。通過(guò)上面結(jié)果可以看出,采用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案,相對(duì)最大偏差為0.212%,明顯小于原來(lái)方案的相對(duì)偏差。因?yàn)榉治鎏炱降木雀?提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,教研室老師和實(shí)驗(yàn)同學(xué)進(jìn)一步進(jìn)行了總結(jié)交流,一致認(rèn)為改革方案可以一個(gè)人單獨(dú)完成,對(duì)實(shí)驗(yàn)操作熟練程度要求不高,簡(jiǎn)便快捷,數(shù)據(jù)偏差小、精度高,在分析天平已經(jīng)不再稀缺的實(shí)驗(yàn)條件下,具有很好的推廣價(jià)值。與此同時(shí),大家對(duì)可能