界面化学考题中滴数问题

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表面张力水滴尺寸滴数考题 |
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最近要出界面化学考题,发现网络上很多复习资料或试题集中常有关于滴数类型的问题。如:
1.
用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体:水、硫酸水溶液、丁醇水溶液,则它们的滴数为(
A.一样多
C.硫酸水溶液最多,丁醇水溶液最少 D.丁醇水溶液最多,硫酸水溶液最少
给出的答案是D
原因分析是:因为硫酸溶液表面张力最大,可以托住的液滴质量最大,所以滴数最少;丁醇表面张力最小,可以托住的液滴质量最小,所以滴数最多。
再如:
2. 用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多?
(
(A)
水的多
(C)
一样多
答案是B,苯的多。原因分析是:苯的表面张力小于水,在附加压力相同时,表面张力越小,曲率半径也越小,所以苯的液滴半径小,因此液滴数多。
http://s13/mw690/69e5ae9cgdd97f321e48c&690
但由于液滴滴落时并非完美的球形,而是会被拉长产生液柱,部分液柱残留于毛细管底部并不下落,因此,该式在应用时,需要进行校正。实际的方程应该是
http://s15/mw690/69e5ae9cg7c8f32191f0e&690
其中f是校正因子。于是,液滴半径可以写成:
http://s16/mw690/69e5ae9cgdd97fbf39a4f&690
对于不同的物质,每一滴的质量(重力)并不一样,它与体积和密度有关:
http://s14/mw690/69e5ae9cgdd984002ac2d&690
所以,
http://s10/mw690/69e5ae9cgdd984298cb69&690
接下来,我们看看密度和表面张力对液滴大小的影响究竟如何。
http://s10/mw690/69e5ae9cgdd98036776b9&690
NaCl溶液表面张力与浓度和温度的关系式为:
http://s10/mw690/69e5ae9cgdd980496d939&690
(原文中漏了c项,已补上)
这样,根据上述经验公式,可以得到NaCl溶液在20℃时的密度与表面张力数据如下表所示。假定校正因子不随液滴尺寸而变,则NaCl盐溶液的液滴半径与水滴半径之比可以由下式计算
http://s9/mw690/69e5ae9cgdd98441f7668&690
计算结果也列于表中:
浓度% |
0 |
0.01 |
0.1 |
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
20 |
表面张力mN/m |
72.52 |
72.52 |
72.56 |
72.89 |
73.25 |
74.36 |
76.19 |
78.03 |
79.86 |
密度g/cm3 |
0.9990 |
0.9991 |
0.9997 |
1.006 |
1.014 |
1.036 |
1.073 |
1.110 |
1.146 |
液滴半径之比 |
1 |
1.000 |
1.000 |
0.999 |
0.998 |
0.994 |
0.989 |
0.984 |
0.980 |
温度(℃) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
苯的表面张力mN/m |
30.09 |
28.80 |
27.52 |
26.25 |
24.99 |
苯的密度g/cm3 |
0.8873 |
0.8774 |
0.8675 |
0.8573 |
0.8470 |
水的表面张力mN/m |
74.22 |
72.75 |
71.18 |
69.56 |
67.91 |
水的密度g/cm3 |
0.9996 |
0.9982 |
0.9956 |
0.9922 |
0.9880 |
苯滴与水滴半径之比 |
0.6758 |
0.6711 |
0.6661 |
0.6609 |
0.6552 |
可见,各温度下,苯的液滴都比水滴小。比较可见,苯的表面张力比水小很多,尽管其密度也低,但二者竞争的结果是密度的作用占了下风,表面张力的影响占了上风。