粘度法测乙醇和水的相容性Word格式文档下载.docx

粘度法测乙醇和水的相容性Word格式文档下载.docx

《粘度法测乙醇和水的相容性Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粘度法测乙醇和水的相容性Word格式文档下载.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

4、实验；

5、对产物的典型特性进行表征和分析；

6、撰写科研训练报告。

指导教师评语：

成绩评定指导教师签字

年月日

张艳

应化08-1班

指导老师:

邢宏龙

1绪论

乙醇作为一种试剂被广泛的应用于化工、医药、农药、化妆品等各个领域。

由于其与水、醚、氯仿等溶剂混溶，在化学中经常作为一种溶剂使用。

相容性是两种或两种以上物质混合时，不产生相斥分离现象的能力。

平常人们只研究高分子聚合物之间的相容性问题,采取很多方法来确定，如动力学测定，热分析，电子显微镜，光散射等[1]。

但是与这些方法相比，液体的粘度是液体中大分子问微观作用的宏观表现，测此通过测定液体粘度以反映大分子问作用力的相关信息[2],而且粘度法操作简单方便，仪器简单，于是我们也采用同样的方法研究乙醇与水的相容性问题。

但是乙醇与水的相容性如何，它随温度、配比不同如何变化仍需要进一步进行探讨。

本次科研训练就是通过粘度法对乙醇水溶液粘度的测定，从化学热力学的角度探讨乙醇与水相容性的问题[3-4]。

通过本次科研训练，目的是让我们能初步了解并亲历科研工作的基本过程，在训练中培养独立思考，自主学习，理论联系实际，分析问题解决问题的能力，从而提高实践能力和综合素质。

不仅要求我们对过去所做过的实验谂熟，更要学会融会贯通，利用已学知识解决可能遇到的问题。

2实验部分

2.1仪器与试剂

仪器：

乌氏粘度计置于热电偶控制的恒温水浴槽内（0.05℃）、吸耳球1支、秒表1块、容量瓶、移液管、刻度滴管、胶头滴管

试剂：

无水乙醇（0.7852,25℃）、蒸馏水（0.99707,25℃）。

2.2实验原理

2.2.1液体粘度的测定

任何液体都有粘滞性，其量值可用粘滞系数（简称粘度）表示。

η与组成该液体的分子的大小、形状、分子间作用力等有关。

测定粘度的方法主要有3种：

（1）用毛细管粘度计测定液体经毛细管的流出时间；

（2）用落球式粘度计测定圆球在液体中的下落速率；

（3）用旋转粘度计测定液体对同心轴圆柱体相向转动的影响。

本实验用毛细管流出法测定粘度。

毛细管粘度计有多种型式，如乌式粘度计、奥式粘度计等。

本实验使用乌式粘度计。

在某温度下，令液体在毛细管内流动，可根据泊素叶公式计算粘度：

η=πγ4ρt/8Vl[5]

式中，V是t时间内流过毛细管的液体体积，r是毛细管半径，p是毛细管两端的压力差，l是毛细管长度。

粘度的国际制单位为Pa·

s，它与厘米克秒制单位泊的关系为1P=0.1Pa·

s。

对于乌式粘度计p=ρgh，式中ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液面与毛细管末端的距离。

在t时间内液面是逐渐下降的，因此h应为在t时间内液面与毛细管末端的“平均”距离（此处“平均”，确切地说是微积分所述之“中值”），对于不同的液体h大体相同。

则上式变成：

η1/η2=ρ1t1/ρ2t2

某温度下标准液体的η和ρ是已知的（例如纯水35℃时η1＝0.074Pa·

s，ρ1=994.1kg/m3），测得t1和t2并查得待测液体的密度ρ2，就可算出

η2=η1ρ2t2/ρ1t1

从表1中可以查得不同温度个体积分数时乙醇水溶液的密度（g/ml）

表1.个温度下乙醇水溶液的密度（g/ml）

体积分数

25℃

ρ/（g/ml）

30℃

35℃

40℃

0.9971

0.9957

0.9941

0.9922

10%

0.9570

0.9722

0.9700

0.9666

25%

0.9420

0.9382

0.9340

0.9308

50%

0.8860

0.8822

0.8745

0.8720

2.2.2温度与粘度的关系[6]

温度变化使分子间作用力发生改变，粘度也有变化，粘度与温度的关系为：

E=Aexp（Ea/RT）或lnη=lnA+Ea/RT

其中Ea即是反应活化能。

根据Gamboa等人的工作，在溶液粘度与温度之间存在下列关系：

η/η0=A·

exp（Ea／RT）[5]

其中，η----T温度下溶液粘度，Pa·

s；

η0---T温度下溶剂粘度，Pa·

Ea----活化能,kJ·

mol-1；

R——普适常数,8314J·

mol-1K-1；

T——绝对温度，K；

A——实验确定常数。

研究认为上式中粘性流体的活化能Ea相当于活化自由能∆G，于是上式可改写为ln（η/η0）=lnA+∆G/RT

在直角坐标纸上作Ln（η/η0）～1／T关系曲线，从图中斜率可求出活化自由能∆G。

根据Gibbs-Helmholz方程：

ә（∆G/T）/ә（1/T）=∆H[5-6]

作∆G/T～1/T关系曲线，图中斜率即为∆H。

由∆G=∆H–T∆S得∆S=（∆H-∆G）/T,计算得到∆S、∆H、∆G。

2.2.3溶液的配制

①纯水溶液，100ml

②无水乙醇的水溶液，乙醇：

纯水=1：

9（10%）

③无水乙醇的水溶液，乙醇：

4（25%）

④无水乙醇的水溶液，乙醇：

1（50%）

调节温度分别为25℃、30℃、35℃、40℃，测定流出时间t,根据公式计算出各溶液粘度，填入表2。

3结果与讨论

3.1实验结果处理

3.1.1测定不同温度下四种溶液的粘度列于表2。

表2.不同温度下各溶液粘度

温度（℃）

25

η/（Pa·

s）

30

35

40

①溶液

0.8904

0.7975

0.7194

0.6529

②溶液

1.2022

1.0491

0.9261

0.8280

③溶液

1.7718

1.4846

1.3028

1.1139

④溶液

2.2808

1.9213

1.6415

1.3797

根据表2作图，得到Ln（η/η0）～1／T关系曲线，如图1所示，从图中可得斜率S=∆G/R,则∆G=SR。

3.1.2利用公式ә（∆G/T）/ә（1/T）=∆H作∆G/T～1/T关系曲线（图2），图中斜率即为∆H.

3.1.3利用公式∆S=（∆H-∆G）/T可求的∆S。

将∆G、∆H、∆S列于表3。

表3各溶液的自由能、焓、熵值

溶液

∆G/（kJ·

mol-1）

∆H/（kJ·

mol-1）

∆S/（J·

mol-1K-1）

1.3386

0.9839

-1.1903

2.1080

0.9678

-7.1819

3.8097

0.9523

-9.5883

图1.乙醇水溶液的㏑（η/η0）～1/T关系曲线

图2.∆G/T～1/T关系曲线

3.2讨论

3.2.1液体粘度

液体的粘度与它的分子大小、形状、分子间作用力和液体分子的结构有关。

通过粘度的测定可以溶液的有关热力学参数，由热力学参数可以评价溶液中各物质的相互溶解行为。

图1表明：

与多数溶液相似，乙醇水溶液的粘度随着温度的升高而降低。

3.2.2乙醇与水相容性

①从图1可以看出，乙醇水溶液粘度随着温度升高而降低，可能是由于温度升高使得分子运动速度加快，从而增加液体流动性；

也可能是由于温度升高使分子间氢键部分断裂，是溶液粘度降低。

②实验中的∆G是活化自由能，表3表明随着乙醇体积分数的增加，活化自由能逐渐增大，即表示相容的难度增大。

③从表3可以看出，∆S基本上都小于零，且随着乙醇含量增加，∆S愈小。

说明乙醇水溶液是混乱度降低体系，这可能是由于乙醇分子中的羟基与水分子形成氢键，增加了分子间作用力，从而相对降低了混乱度，导致∆S小于零。

4结论

通常认为乙醇与水的混溶体系，研究却发现这种体系的熵变小于零，即两者相容性不是很好，但这与人们的普遍认知相违背，所以具体两者何种观点正确，有待进一步进行实验确认。

实验是从热力学的角度分析，热力学的判据只是只是一种可能性，即定性进行分析，对于具体情况要结合具体条件进行计算。

研究乙醇与水的相容性问题有利于我们对乙醇的有效利用，实验用热力学方法研究，可以用同样的方法测定乙醇与其它试剂之间的相容性问题，所以这种处理方法在理论上对研究相容性问题有一定帮助。

参考文献：

[1]高素莲,陈均,张秀真.聚氯乙烯与醋酸纤维素共混体系相容性研究[J].安徽大学学报（自然科学版）.2004,28（3）:

55-59

[2]朱平,张传杰.羧甲基纤维素与海藻酸钠的相容性研究[J].武汉科技学院学报.2008,21（8）:

78-81

[3]徐国财,邢宏龙,赵永文.乳化炸药乳化剂相容性的研究[J].淮南矿业学院学报,1998,18（4）:

29-32

[4]朱思君,王庆瑞.聚醚砜/酚酞基聚醚砜共混相容性及凝胶特性研究[J].功能高分子学报.2005,18（3）:

465-468

[5]徐国财,张晓梅,石建军,等.物理化学实验指导丛书[M].安徽科学技术出版社,2005：

120-122

[6]傅献彩,沈文霞,姚天扬编.物理化学[M].第四版.北京：

高等教育出版社，1990：

79-173

科研训练心得

本次科研训练是我们初步了解并亲历科研工作的基本过程，是我们在未来学习和工作中必须具备的素质和能力，是理论联系实际的桥梁，是对我们学习能力和解决问题能力的一次锻炼。

本次科研训练的主题是“粘度法测乙醇与水的相容性”，通过查阅文献资料，拟定实验方案到具体实施。

虽然看似简单，但中间频频出现问题，通过不断发现问题到解决问题，提高了自己独立思考和自足学习的能力。

训练以小组为单位，通过互相讨论怎加了我们的团队协助精神。

在处理实验数据的过程中，严谨、认真是至关重要的，细节决定成败，每一个环节都不容忽视。

通过本次科研训练，一方面让我认识到理论联系实际的重要性，学会用已学的知识融会贯通解决新问题。

这就要求我们对所学知识谂熟的基础上，学会拓展和用创新的思维去运用，这对我们来说是一项挑战。

另一方面，这也是对我们能力的锻炼，虽然课题不是很复杂，但是整个过程都需要自己独立完成，必须亲历亲为，对每个步骤，每个环节都必须把握好。

从纸上谈兵到真正的置身沙场不是这一次训练能够做到的，但是这次训练确实给了我们一次实战演练的机会。

这次科研训练我认为注重的不是结果，而是在过程中收获了什么。

在本次科研训练我最大的收获就是学会提出问题并不断地解决问题，并培养了自己严谨认真的学习态度以及团队协助的精神，我相信这是未来工作和学习必须具备的条件。