粘度法测乙醇和水的相容性Word格式文档下载.docx

1、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，

2、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

3、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。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： =

4、4 t/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Pas，它与厘米克秒制单位泊的关系为1P=0.1Pas。对于乌式粘度计p=gh，式中为液体密度，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： 1/2 =1t1/2t2某温度下标准液体的和是已知的（例如纯水35时10.074Pas，1=994.1kg/m3），测得t1和t2并查得待测液体的密度2，就可

5、算出 2 = 1 2t2/ 1t1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/（g/ml）3035400.99710.99570.99410.992210%0.95700.97220.97000.966625%0.94200.93820.93400.930850%0.88600.88220.87450.87202.2.2 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 ln= lnA + Ea/RT其中Ea即是反应活化能。 根据Gamboa 等人的

6、工作 ，在溶液粘度与温度之间存在下列关系：/0 = Aexp（ EaRT） 5 其中， -T 温度下溶液粘度，Pas； 0 -T温度下溶剂粘度，PaEa - 活化能,kJmol-1；R普适常数,8314Jmol-1 K-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（/0） = lnA + G /RT在直角坐标纸上作 L n（/0 ） 1T关系曲线 ，从图中斜率可求出活化自由能 G。 根据Gibbs-Helmholz方程：（G /T） / （1 /T） = H5-6 作G /T1 /T关系曲线，图中斜率即为 H。 由G =

7、 H TS得 S = （H - G）/ T,计算得到S 、H、G。2.2.3 溶液的配制纯水溶液， 100ml无水乙醇的水溶液，乙醇 ：纯水 = 1 ：9（10%）无水乙醇的水溶液，乙醇 ：4（25%）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/（Pas）303540溶液0.89040.79750.71940.6529溶液1.20221.04910.92610.8280溶液1.

8、77181.48461.30281.1139溶液2.28081.92131.64151.3797根据表2作图，得到L n（/0 ）1T关系曲线，如图1所示，从图中可得斜率S = G/R,则G = S R。3.1.2 利用公式 （G/T） / （1 /T） = H 作G/T1 /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/（kJmol-1 ）H/（ kJmol-1）S/（Jmol-1 K-1）1.33860.9839-1.19032.10800.9678-7.18193.80970

9、.9523-9.5883图1.乙醇水溶液的（/0）1/T关系曲线 图2.G/T1 /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 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。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

10、由能逐渐增大，即表示相容的难度增大。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

11、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）:55-592 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）:78-813 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）:29-324 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）:465-4685 徐国财,张晓梅,石建军,等.物理

12、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

13、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。