實驗二 四氯化碳法測定孔性固體比孔容【實驗目的】1. 了解毛細凝結理論的基本原理；2. 掌握孔容積測定的實驗技術；3. 用四氯化碳凝聚法測定活性碳的比孔容。【基本原理】對于氣體和蒸汽在多孔物質上的吸附，在相對壓力較高時，會在孔中出現毛細凝聚現象。根據kelvin公式，在一定溫度下發生毛細凝結的孔半徑與氣體或蒸汽的相對壓力p/p0、凝聚態吸附質的表面張力，凝聚態吸附質與固體表面的接觸角及凝聚態吸附質的摩爾體積有關：式中：r可被凝聚的最大孔半徑（）； 凝聚液的表面張力（10-5N/cm）; 聚態吸附質的摩爾體積（ml/mol）; 凝聚液與多孔物質的接觸角；R氣體常數；T測定時的溫度（K）；氣體或蒸汽的相對壓力由上式可知，p/p0越大，可發生毛細凝結的孔半徑越大。當p/p0為0.95時可使半徑小于40nm的孔發生毛細凝結。顯然，凝結在孔中的四氯化碳體積即為小于40nm的孔的總容積。實驗表明，當p/p00.95時，在吸附劑顆粒之間的空隙也將發生凝聚，這樣就會使測定的v值偏高而不真實，所以，通常實驗即確定在p/p0=0.95的條件下進行。考慮到當以四氯化碳的p/p0為0.95時已能填充絕大多數孔性固體的孔（特別是活性炭，因為活性炭大多數孔為微孔），而當p/p0大于0.95時固體顆粒間可能會發生四氯化碳的凝結，故通常選定在p/p0=0.95時測定比孔容（比孔容指單位質量孔性固體所含的總體積。）。當吸附劑的孔完全被四氯化碳充滿后，根據填充的四氯化碳的量WCCl4、四氯化碳在試驗溫度時的密度d及吸附劑總量W即可求出比孔容Vp 式中：樣品和容量瓶共同吸附的CCl4量（g）； 空瓶吸附的CCl4量（g）； W樣樣品的重量（g）; d實驗條件下四氯化碳的密度（g/ml）。為控制四氯化碳的相對壓力p/p0，可使四氯化碳與室溫下蒸汽壓極低的正十六烷構成混合體系使用。【實驗流程與說明】吸附法測定孔容積的實驗系統圖如下。1234576899圖1 實驗裝置示意圖1真空泵；2旋塞；2緩沖瓶；3水銀壓力計；4干燥管；5冷阱；6干燥器；7活性炭；8四氯化碳和l正十六烷混合液；10旋塞為了減少空氣及其它氣體的影響，實驗要在真空下進行，由于真空度要求不高，采用旋轉真空泵即可達到要求。為了避免四氯化碳蒸汽破壞真空泵油，設置冰鹽冷阱，即在冷阱中加入冰塊與食鹽，將四氯化碳蒸汽在此冷凝下來。設置硅膠和活性炭吸附器是為了除去少量的水蒸氣及微量的有機蒸汽。【儀器及試劑 】 1. 儀器油泵、天平、真空干燥箱、水銀壓力計、緩沖瓶、冷阱、杜瓦瓶、干燥箱、稱量瓶2. 試劑四氯化碳、正十六烷、活性炭、冰鹽冷凍劑【實驗步驟】1. 將待測活性炭在200溫度下烘烤4h，冷卻后備用。在三個稱量瓶中準確稱入1-2g活性炭樣品。將稱量瓶放入真空干燥器中，打開稱量瓶蓋。2. 配置四氯化碳正十六烷的混合液。取174ml四氯化碳和26.2ml正十六烷混合，混合液的折射率在1.457-1.458之間。此混合液的四氯化碳的相對壓力p/p0約為0.95.3. 在上述溶液中補加10ml四氯化碳，用以補償實驗時冷阱中冷凝出的10ml四氯化碳。將混合液放入真空干燥器底部的大培養皿中，并加入幾粒沸石。4. 在冷阱外的杜瓦瓶中放入冰鹽冷卻劑，使溫度約在-5-10之間。5. 用油泵使裝置系統抽真空，待保干器中混合液沸騰，并在冷阱中凝出約10ml冷凝液時關閉干燥器頂部的活塞，停止抽氣。室溫下放置4-16h，使活性炭與四氯化碳達到吸附平衡。記錄室溫。6. 打開干燥器上的活塞，并開啟干燥器，迅速蓋緊稱量瓶蓋子，準確稱重。【結果處理】表1 不同溫度時四氯化碳的密度值T/1012141618202122dt/(gcm-3)1.6131.6091.6051.6021.5981.5941.5921.590T/2324252627282930dt/(gcm-3)1.5881.5861.5851.5831.5811.5791.5771.575根據活性炭量及四氯化碳凝結而引起的活性炭增量，依式（3）計算活性炭的比孔容。【思考題】1. 要求所用的稱量瓶要嚴密，稱量動作要迅速，為什么？2. 為什么要預先烘烤樣品，并且不能放置過久？實驗三 黏土水系統的電泳實驗【實驗目的】1、 鞏固電泳和電位的基本概念2、 了解粘土粒子的荷電性，觀察粘土膠粒的電泳現象。3、 掌握通過測定電泳速率的方法測定帶電膠粒電位的方法。【實驗原理】在膠體分散體系中，膠粒的大小約在1100nm之間，由于其本身的電離或選擇性地吸附一定量的離子以及其他原因，致使膠粒表面具有一定量的電荷，膠粒周圍分布著反離子。反離子所帶電荷與膠粒表面電荷符號相反、數量相等，整個溶膠體系保持電中性。膠粒周圍的反離子由于靜電引力和熱擴散運動而形成了兩部分緊密層和擴散層。圖1 z - 電位和膠團結構示意圖在外電場的作用下，緊密層中的反離子和膠粒作為一個整體移動，而擴散層中的反離子則向相反的電極方向移動，這種在電場作用下分散相粒子相對于分散介質的運動稱為電泳。發生相對移動的界面稱為滑動面，滑動面和液體內部的電位差稱為電動電位或電位。不同的帶電顆粒在同一電場中的運動狀態和速度是不同的，運動速度與本身所帶凈電荷的數量，顆粒的大小和形狀有關。一般說，所帶的電荷數量越多，顆粒越小越接近球形，則在電場中的電泳動速度越快。在硅酸鹽工業中經常遇到泥漿或泥料系統，泥漿與泥料均屬于粘土 水系統，是一種多相分散物系，其中粘土為分散相，水為分散介質。由于粘土顆粒表面帶有電荷，在適量電解質作用下，泥漿具有膠體溶液的穩定特性。本實驗是在一定的外加電場強度下通過測定黏土顆粒的電泳速度然后計算出電位。在電泳儀的兩極間加上電位差E（V）后，在t（s）時間內溶膠界面移動的距離為D（m），即膠粒的電泳速度U（ms-1）為：相距為l（m）的兩極間的電位梯度平均值H（Vm-1）為：從實驗求得膠粒電泳速度后，可按照下式求出（V）電位：式中D為介質的介電常數，為介質的粘度，300為將伏特表示的電位改成靜電單位的轉換系數。【實驗儀器與試劑】天平，BDL-B表面電位粒徑儀、pH試紙、燒杯若干、50ml注射器1支；黏土（1100nm）、鹽酸溶液（0.01N）、氫氧化鈉溶液（0.01N）。【實驗步驟】（1） 稱取0.2 g粘土試樣放入玻璃燒杯內，加入蒸餾水至250 ml，再加入鹽酸或氫氧化鈉溶液調節pH值至8。（2） 將電泳槽前的活塞旋至水平，使活塞處于打開位置，用50ml注射器向電泳槽毛細管內緩慢輸入待測膠體溶液，然后將活塞旋至豎直，使活塞處于關閉位置。（3） 將黑色電極夾頭夾在電泳槽左端電極上，紅色電極夾頭夾在右端電極上。（4） 通過電子控制箱面板上的電壓調節旋紐，調節至所需電壓（電壓一般調節至50伏左右）。（5） 溫度調整，按下93鍵，顯示C后輸入預定溫度，再按下M鍵。（6） 觀察監視器上的膠粒有無水平漂移，無漂移時，進行定距計時測定。（7） 通過左右調節旋紐，將一個膠粒對準某一網格垂直線上，同時按下面板上“正向”和“左計”鍵，直至該膠粒移至下一網格垂直線（即水平移動一格）。然后用相同方法，按下 “反向”和“右計”鍵，使該顆粒向相反方向移動一格。共選擇10個膠粒，進行20次正反向操作。 圖2 膠粒在投影屏上往返運動示意圖（8） 操作結束后，按下M1鍵，打印結果。（9） 用