1、 本科 毕业设计 （ 20 届） 水 +醇二元体系表面性质研究 所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 2 摘要 : 采用自动界面张力仪分别测定甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇与 水 成的四个二元体系在 298.15K， 303.15K， 308.15K三种温度 下的表面张力分析并计算了这四个二元体系在上述三个温度下的过量表面张力，进行了不同温度下的作图对比。 从分子相互作用角度讨论了这些二元体系表面性质的变化规律。 关键词 :二 元体系； 表面张力。 3 Abstract: The automatic determination of interfac
2、ial tension apparatus were methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol and water into the four binary systems 298.15K, 303.15K, 308.15K three temperatures, and calculated the surface tension of this Four binary systems over the three temperatures the surface tension, were compared under different
3、 temperature mapping. Discussed in terms of molecular interactions of these surface properties of binary systems were studied. Keywords: component system; surface tension. 4 目 录 摘要 . 2 绪论 . 5 1.1 表面张力的介绍 . 5 1.2 选题的背景与意义 . 5 2.1实验试剂与仪器 . 6 2.11实验试剂 . 6 2.1.2 仪器及玻璃器皿 . 6 2.2 溶液的配制 . 6 2.2.2 乙醇溶液 . 7
4、2.2.3 正丙醇溶液 . 8 2.3 实验内容 . 9 2.4 实验测定方法 . 9 2.4.1 实验仪器 -自动界面张力仪 . 9 2.4.2 实验步骤 . 9 3 结果与分析 . 10 3.1 实验数据 . 10 3.1.1 表面张力的测定 . 10 3.2 结果与讨论 . 14 结论 . 15 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 16 5 绪论 1.1 表面张力的介绍 液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一 界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为 0，但在表面的一个
5、水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力 。表面张力是液体重要的物理性质参数 ， 是影响各种化学反应和生物反应的关键因素之一 ， 也是化学工程计算中必不可少的基础物性参数。表面张力无法直接通过热力学微分关系式从状态方程导 出 ， 精确可靠的表面张力实验数据只能通过精密测量得到 3。 表面张力的测定方法分静态法和动态法。静态法主要有毛细管上升法、最大气泡压力法、DuNouy 吊环法、 Wilhelmy 吊片法、滴重法和滴体积法等；动态法有旋滴法、震
6、荡射流法和悬滴法等。 1.2 选题的背景与意义 表面张力是重要的热物性参数之一，与诸多工业领域密切相关，如矿物浮选、化工生产、食品药品加工、制冷工程等；目前已有多种计算表面张力的理论方法，其中密度梯度理论考虑了流体界面密度的梯度变化以及分子分布的不均匀性，概念清晰简洁、计算精度高，受到了广泛 关注。 醇类物质及其混合物有着广泛的应用，不仅被用于制造新型替代燃料，化纤生产等的重要原料，由于其对有机物的优良溶解性，也被应用于萃取、精馏等化工过程。而含醇混合体系由于氢键作用均为缔合体系，具有高度非理想性，因此对其热物性的描述具有相当难度。如何预测这类特殊体系的表面张力是学者们关注的重要学术问题之一，
7、将密度梯度理论的扩展到该类体系，对于完善理论方法有重要意义。 通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为零，但在表面的一个水分子却 不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功 表面功。显然这样的分散体系便储存着较多的表面能。 6 实验部分 2.1 实验试剂与仪器 2.11 实验试剂 甲醇，乙醇，正
8、丙醇，异丙醇均为分析纯，分别由中国杭州化学试剂有限公司，国药集团化学试剂有限公司，浙江临安青山化工试剂厂有限公司提供。 各纯物质 的部分物性见表2-1。 表 2-1 纯物质在 20 的物性 14 物质名称 相对分子质量 密度 /g.cm-3 表面张力 mN/m 甲醇 32.04 0.8048 22.07 乙醇 46.07 0.8089 24.11 正丙醇 60.10 0.8101 24.97 异丙醇 60.10 0.7955 21.32 2.1.2 仪器及玻璃器皿 FA1004型电子天平 ， 精确度为 0.0001g； S.C.101型鼓风电热恒温干燥箱 ； 76-1A型玻璃恒温水浴 ； ZL
9、-2100型自动界面张力仪，准确度为 0.3mN/m；烧杯；锥形 瓶； 移液管；洗耳球 ；酒精灯。 2.2 溶液的配制 先确定实验所需混合溶液的体积，再估算溶液大概的质量。计算出理论摩尔比情况下两混合组分各自的质量。用电子分析天平称出锥形瓶的质量，清零（带瓶），加入第一组分后称重（加入组分的质量要跟理论计算的数值相近），记录数据 A，清零（带瓶），加入第二组分后称重，记录数据 B。根据记录的数据 A、 B 及组分的摩尔质量，可以得出所配混合溶液的实际摩尔 分率 ，重复操作。 7 2.2.1 甲醇溶液 表 2-2 甲醇溶液的摩尔分率 甲醇质量（ g） 蒸馏水质量（ g） 摩尔分率 0.0000
10、50.0000 0.0000 8.2665 41.7385 0.1006 15.3879 34.6255 0.2011 21.6241 28.3764 0.2996 27.1356 22.8799 0.4021 32.0161 18.0056 0,4992 36.4012 13.6451 0.6021 40.2915 9.7465 0.7009 43.8843 6.1633 0.8032 47.0517 2.9561 0.9034 50 0000 0 1 2.2.2 乙醇溶液 表 2-3 乙醇溶液的摩尔分率 乙醇质量（ g） 蒸馏水质量（ g） 摩尔分率 0 0000 50.0000 0.00
11、00 11.0626 38.9366 0.1002 19.4976 30.5045 0.2018 26.1375 23.8643 0.3009 31.5222 18.4901 0.4023 35.9377 14.0517 0.5014 39.6675 10.3456 0.6005 42.8219 7.1710 0.7006 45.5581 4.4897 0.7998 47.9248 2.0940 0.9001 50.0000 0 1 8 2.2.3 正丙醇溶液 表 2-3丙醇溶液的摩尔分率 正丙醇质量（ g） 蒸馏水质量（ g） 摩尔分率 0.0000 50.0000 0.0000 13.52
12、66 36.5168 0.1011 22.7558 27.2884 0.2002 29.4170 20.5970 0.3020 34.5250 15.5280 0.3991 38.4677 11.5204 0.5008 41.6801 8.3396 0.6020 44.2864 5.7100 0.7005 46.5163 3.4870 0.8012 48.3862 1.6214 0.9003 50.0000 0.0000 1.0000 2.2.4 异丙醇溶液 表 2-4 异醇溶液的摩尔分率 异丙醇质量（ g） 蒸馏水质量（ g） 摩尔分率 0.0000 50.0000 0.0000 13.57
13、41 36.5188 0.1023 22.7568 27.2912 0.2009 29.4191 20.6001 0.2998 34.5251 15.5278 0.4002 38.4687 11.5421 0.5014 41.6798 8.3395 0.6012 44.2973 5.7121 0.6981 46.5170 3.4871 0.8032 48.3799 1.6198 0 9028 50.0000 0.0000 1.0000 9 2.3 实验内容 分别测定甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇与蒸馏水组成的二元体系在不同的组成和温度下的表面张力，分析并计算体系的表面性质和 过量性质及其它相关性质
14、，从分子相互作用角度讨论这些二元体系性质的变化规律。 2.4 实验测定方法 2.4.1 实验仪器 -自动界面张力仪 测量液体表面张力的方法有多种，如毛细管上升法、最大气泡压力法、吊环法 /吊片法、滴重法 /滴体积法、振荡射流法、悬滴法 4。吊环法具有操作简单 ,精度高的优点。本实验就采取吊环法。为了方便， 可以持续、自动的测量和记录数据 ，我们使用 ZL-2100 型 自动界面张力仪。该仪器采用了微处理机技术，大屏幕彩色 LCD中文显示及自动打印测试结果，自动化程度高，人机对话能力强。该仪器是石油、化工、电力等行业进行表面张力测量的一代新产品。 2.4.2 实验步骤 （ 1）配制不同组成的甲醇
15、、 乙醇、正丙醇、异丙醇与 水 组成的二元体系溶液。 （ 2）对自动界面张力仪进行仪器校正、参数设定，要保证铂环为圆形，并与其相连的丝保持垂直。 （ 3）将恒温水浴调整到规定的温度，把装好试样的锥形瓶浸在恒温水浴中恒温 15 分钟，试验的温度必须保持恒定到 0.1 。 （ 4）取出锥形瓶并将试样倒入样品杯 ， 根据自动界面张力仪的提示测量表面张力，并记录下来。 （ 5）重复上述测定至少 3 次。 10 结果与分析 3.1 实验数据 3.1.1 表面张力的测定 根据上述方法分别测定甲醇、乙醇、正丙醇、异丙 醇与 水 组成的 四 个二元混合溶液的表面张力。为了测定表面张力。测定数据列于表 3-13
16、-4 并作出相应的关系图：图 3-1图 3-4。 表 3-1 甲醇（ 1） +水 （ 2）二元体系的表面张力 表面张力 (mN/m) X 298.15K 303.15K 308.15K 0.0000 69.89 68.87 66.4 0.1006 58.1 59.0 59.6 0.2011 50.5 50.9 51.5 0.2996 42.3 42.7 43.5 0.4021 38.4 38.5 38.9 0,4992 35.8 34.9 35.6 0.6021 32.5 32.7 33.0 0.7009 30.9 31.0 32.1 0.8032 28.2 28.4 28.9 0.9034 27.1 27.2 27.4 1 26.9 27.1 27.2 20.0025.0030.0035.0040.0045.0050.0055.0060.0065.0070.0000.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1mN/mT=298.15KT=303.15KT=308.15K
