无机盐混合溶液黏度的测定.doc

不同无机盐溶液粘度的测定
一. 实验目的
①.了解无机化合物溶液浓度、温度对粘度的影响；
②.了解无机化合物本身的性质对粘度的影响。
二. 实验原理
粘度的定义：液体流动时，可以把流动度液体设想为无数个流动的液层。由于液体分子间内摩擦力的的存在，各液层的流速不同。如图所示，设二液层的面积都为A，相距ds，二者的流速之差为dv，令ξ＝dv／ds，称为流速梯度（或切变速度）。当内摩擦力与驱动液体流动的外加切应力相等时，即建立平稳的流动，称为层流。此时，液体对流动的阻力F与液层的面积A以及流速梯度成正比，即
（1）
如果用表示单位面积液体的粘滞阻力，＝F/A，是剪切应力。上式可以写为
（2）
这就是牛顿粘度定律的表达式。式中η为比例常数，其数值相当于流速梯度为1秒－1、面积为1厘米2时两层液体间的内摩擦力，称为粘度。单位为达因·秒·厘米－2或克·秒－1·厘米－1
影响无机化合物溶液粘度的因素比较复杂，宏观上讲，溶液的粘度与浓度、温度等有关，从微观上讲，粘度还与无机化合物本身的性质有关，如带电离子的半径大小、所带电荷的多少、溶液中反离子等等有关。本实验本实验以KCl、ZnCl2、FeCl3的水溶液为例，测定同一浓度不同离子价态溶液的粘度。
粘度的测定方法有毛细管法、落球法和旋转法。毛细管法测粘度，具有仪器设备简单操作便利，测定和数据处理方便等优点。
当液体在毛细管粘度计流动时，如果促使液体流动的力全部用于克服液体的内摩擦而没有别的能量损耗时，牛顿定律可以导出Poiseuille定律：
η= πPt／8ＬV （3）
P为外加力，R为毛细管的内径，L为毛细管的长度，V为毛细管上端的小球的体积，t为流经时间。
在温度恒定的条件下，用同一支粘度计测定已知的标准溶液和待测溶液的流出时间，假定已知的标准溶液和待测溶液的流出时间分别为t0和t，溶液的相对粘度可表示为：
（4）
其中，，分别为溶液与标准溶液的密度； 为实验温度下标准溶液的粘度值。实验中以溶剂水为的粘度标准物质，可由手册查得。
三. 仪器药品
① 仪器：超级恒温槽一套、乌氏粘度计一支、秒表一个、10ml移液管、50ml容量瓶若干、烧杯、玻璃棒、10ml的密度瓶、纸巾、分析天平；
② 药品：KCl 、ZnCl2 、FeCl3 丙酮或无水乙醇(洗粘度计及密度瓶)；
四. 实验步骤
①配制不同浓度的溶液
分别配制2mol/L 的KCl 、 ZnCl2 、 FeCl3溶液各50ml；
②洗涤粘度计
粘度计和待测液体是否清洁干净，是决定实验成功的关键之一。如果是新的粘度计,先用洗液洗，再用自来水洗三次，去离子水洗三次，烘干待用。
③测定溶剂流出时间及密度
将清洁干燥的粘度计垂直安装于恒温槽内，设定温度为25℃。使水面完全浸没小球。用移液管移入10ml已恒温的去离子水，恒温2分钟，封闭粘度计的支管口，用吸耳球经橡皮管由毛细管上口将水抽至最上一条红线的上方时，取下洗耳球，放开支管，使其中的水自由下流，用眼睛水平注视着正在下降的液面，用秒表准确记录流经下球上下两刻度之间的时间，重复3次，误差不得超过0.2秒。准确称量洗净烘干的50mL容量瓶质量m1，加水至刻度线，盖上塞子，擦干，准确称量质量m2。
④测定KCl溶液流出时间及密度
准确称量洗净烘干的50mL容量瓶质量m1，配置完溶液后，擦干，准确称量质量m2。将洗净干燥的粘度计安装于恒温槽内，移取10ml已经恒温好的KCl溶液于粘度计中（注意尽量不要将溶液粘在管壁上），恒温2分钟，按以上步骤测定溶液的流出时间t，洗净烘干粘度计后按上述方法分别测定ZnCl2、FeCl3溶液流出时间及密度
五. 原始数据记录
室温：10℃ 大气压：99.18Kpa 25℃下水的粘度：0.0008904pa.s

溶液的组成
KCl
ZnCl2
FeCl3
H2O
溶液的体积/mL
15
15
15
15
溶液的浓度/(mol/L)
2
2
2

流出时间t/s
1
84.25
123.4
247.65
89.18
2
84.10
123.37
246.95
89.24
3
84.18
123.17
248.07
89.75
平均值

密度瓶的质量/g
33.6235
39.3302
37.3302
39.3302
总的质量/g
87.7647
98.9322
99.2683
89.0964
溶液的质量/g

溶液的密度/(g/L)

溶液的黏度/(Pa.s)

六. 实验问题记录
① 本实验采用的恒温水浴为普通恒温槽，温度的稳定性不够；
② 溶液的配置不是在25℃进行，且密度的测量也不是在25℃下进行；
③ 本实验的乌氏粘度计毛细管不够细，流出时间较短，3组平行实验数据的差距较大；
④ 读流出时间时有一定的人为误差；
⑤ 从一种溶液到测量另一种溶液时，毛细管太细不能完全干燥。
七. 实验数据处理
根据公式密度 ρ=m/v 以及粘度计算公式η=ρtη0/ρ0t0
可以计算出溶液的密度和n粘度结果如下表：
数据处理表

溶液的组成
KCl
ZnCl2
FeCl3
H2O
溶液的体积/mL
15
15
15
15
溶液的浓度/（mol/L）
2
2
2

流出时间t/s
1
84.25
123.4
247.65
89.18
2
84.1
123.37
246.95
89.24
3
84.18
123.17
248.07
89.75
平均值
84.17666667
123.3133333
247.5566667
89.39
密度瓶的质量/g
33.6235
39.3302
37.3302
39.3302
总的质量/g
87.7647
98.9322
99.2683
89.0964
溶液的质量/g
54.1412
59.602
61.9381
49.7662
溶液的密度/（g/L）
1.082824
1.19204
1.238762
0.995324
溶液的黏度/(pa.s)
0.000907916
0.001471068
0.003068981
0.0008904
八.结果分析
由上表可知在相同温度，相同浓度下，随着离子所带电荷增加 ，其粘度也增加。本实验主要是探讨离子所带电荷对粘度的影响，但本实验有一个不足那就是温度、浓度均几乎相同对实验影响不太大，但离子半径对粘度也是有影响的，本实验的三种阳离子半径差别有点大，所以造成的误差可能会很大。还有本实验存在一些人为或仪器的误差，可能导致实验数据的不准确。主要有下面几个方面:①温度稳定性不够;②浓度的配置不够准确;③ZnCl2、FeCl3固体中有少量杂质；④溶液粘度本来很小，因选用毛细管细的的粘度计，但本实验粘度计毛细管有点大，导致一定的误差；⑤读流出时间时有一定的人为误差；⑥从一种溶液到测量另一种溶液时，毛细管太细不能完全干燥。
九．文献
[1] 韩兰英, 陈光定.无机盐对A ES 水溶液粘度的影响. 上饶师专学报. 1997, 18(6) : 53
[2] 谢小莉,孙启龙.相反电荷强聚电解质复合物盐溶液的粘度研究. 广东化工.2005,(8):16-19
[3]向虎,费小琛,卢清萍等.PLGA/TCP材料的浓度-粘度性能研究.材料导报。2004，18（7）：93-95