基础化学实验Ⅲ （物理化学实验） 黏度法测定水溶性 高聚物相对分子质量

知识点及实验技能训练要点 知识点： 黏度及影响因素、Mark-Houwink方程、泊肃叶定律、高聚物的黏均相对分子质量。 实验技能训练要点： 　超级恒温槽的调节、乌氏黏度计的洗涤和使用（均为首次训练）

一、实验目的 二、实验原理 三、实验步骤 四、注意事项 五、实验总结 六、实验延伸 七、思考题

一、实验目的 1. 了解黏度法测定高聚物分子量的基本原理和公式； 2. 掌握用乌贝路德(Ubbelohde)黏度计测定黏度的原理和方法； 3. 测定线性高聚物聚乙二醇的平均摩尔质量。

二、实验原理 （一）黏度及其与相关物理量的关系 (IV) 根据(IV)式计算 (III) (II) 计算增比黏度 特性黏度[] 增比黏度sp 相对黏度r 测量溶液和蒸馏水的流出时间 t，t0 (IV) 根据(IV)式计算 以sp/c和lnr/c分别 对c作图外推特性黏度 (III) (II) 计算增比黏度 (IV)式中K、 可从有关手册中查到。 (I) 计算相对黏度

（二）液体黏度的测量方法 液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶定律： 　液体在毛细管黏度计内因重力作用而流出时遵守泊肃叶定律： 式中β＜１，当t > 100 s时，等式右边第二项可以忽略。假设如果是无限稀释，则溶液的密度ρ与溶剂的密度ρ０近似相等，这样，通过分别测定溶液和溶剂的流出时间ｔ和ｔ０就可求算ηr

（二）液体黏度的测量方法 【注】为液体密度，l 是毛细管长度，r是毛细管半径，t 是流出时间，h是流经毛细管液体的平均液柱高度，g 为重力加速度，V 是流经毛细管液体的体积，q 是与仪器几何形状有关的常数。当r/l远小于1时，q=1。 乌（贝洛德）氏黏度计

三、实验步骤 恒温。 溶聚乙二醇2 g(称准至0.001 g)/50 mL水溶液的配制。 黏度计的安装。固定于铁架台。 溶液流出时间 t 的测量。将溶液吸入 G 球，松开 C 管，测定液体自由流经 a、b 线所需的时间 t。测量三次，要求相差不超过 0.2~0.3 s。 在原始溶液中，分别加入5 mL、5 mL、10 mL、10 mL的蒸馏水稀释并测量其时间 t。 同法测定蒸馏水的流出时间。

流出时间 t 的具体测定方法 加液 或稀释 润洗 测量 用移液管吸取溶液或蒸馏水，由 A 管注入黏度计的 F 球中(移液管尽量伸入 A 管底部，为什么？)。在稀释时，应通过吹气鼓泡使溶液混合均匀。 用夹子加住 C 管，借助吸耳球由 B 管管口向上将溶液吸入 G 小球中，再吹入 F 球，如此重复两遍(此操作的作用是什么？)。恒温 5 min。 用吸耳球将液体吸入 G 小球，松开 C 管夹子，让液体自由下落，测定流经 a、b 线所需的时间 t。测量三次，要求偏差不超过 0.2~0.3 s，并记录数据。 【注】：测蒸馏水前应充分洗涤黏度计。实验结束后，应将黏度计取出，卸掉上面的乳胶软管，甩干放入烘箱中，以备下组使用。

四、注意事项 配制溶液时必须保证高聚物完全溶解。 黏度计必须洗干净，特别是毛细管和小球处。（如何操作？） 黏度计前后两次的固定均要竖直，G 球必须处于恒温水浴液面以下。 用蒸馏水稀释溶液后，需用洗耳球从 B 管不断鼓气（作用？）。 测量时 C 管的夹子要松开。

五、实验总结 （一）数据处理 温度： ± ℃ 聚乙二醇溶液浓度： g·cm-3 参数： K= cm3·g -1  = . t1/s 温度： ± ℃ 聚乙二醇溶液浓度： g·cm-3 参数： K= cm3·g -1  = . t1/s t2/s t3/s r sp sp/c lnr/c 溶 液 c’=1 c’= 2/3 c’= 1/2 c’= 1/3 c’= 1/4 溶剂——水 【注】： c’ 为相对浓度。

以sp/c’和lnr/c’分别对c’作图，可得到两条直线，截距除以原始浓度c0即得[] 。 根据实验温度时的参数K、 值（见下表）和 []值，计算聚乙二醇相对分子质量 。 聚乙二醇不同温度时的K、 值（溶剂为纯水） T / ℃ K/ cm3·g-1  25 30 35 0.1560 0.0125 0.0064 0.50 0.78 0.82

（二）讨论 高聚物分子链在溶液中所表现出的一些行为会影响测定 （1）聚电解质行为：可加入少量小分子电解质作为抑制剂 （2）高聚物在溶液中若降解，会使结果偏低：可加入少量的抗氧剂加以抑制 2. 关于sp/c-c及lnr/c-c图异常的影响因素 （1）温度的波动：恒温水浴 （2）溶液浓度的变化：选 r = 1.2 ~ 2.0

图中的 (a)、(b)、(c) 三种情况均应以sp/c 线与纵坐标相交的截矩求[]： 3. 黏度测定中异常现象的近似处理 　　　图中的 (a)、(b)、(c) 三种情况均应以sp/c 线与纵坐标相交的截矩求[]： (c) (a) (b)

六、实验延伸 测定黏度的方法主要有三类： (1) 毛细管黏度计测定液体在毛细管里的流出时间； (2) 落球式黏度计测定圆球在液体里的下落速率； (3) 旋转式黏度计测定液体与同心轴圆柱体相对转动的情况。 　　　测定高分子的[]时，用毛细管黏度计最为方便。

2. 乌氏黏度计的一个优点 溶液体积对测量无影响。可在黏度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。 以下两种情况是否影响黏度的测量？ 　　　溶液体积对测量无影响。可在黏度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。 　　以下两种情况是否影响黏度的测量？ 　(1) 实验时忘记松开C管的夹子； 　(2) 夹住C管，但每次测量都取同样体积的待测液。 　　试设计一个合理的实验步骤，完成这两种做法和本 实验做法的比较。

3. 奥氏黏度计 奥斯瓦尔德, W.Ostwald

乌氏黏度计和奥氏黏度计的比较 乌氏黏度计：液体下落过程中只受到重力和黏滞 阻力的作用，呈自由下落状态； 　　　乌氏黏度计：液体下落过程中只受到重力和黏滞 阻力的作用，呈自由下落状态； 　　奥氏黏度计：除了重力和黏滞阻力外，还要受到 两管液面高度差 h 的推力作用。 　　　奥氏黏度计：测量时液体体积必须一致； 　　　乌氏黏度计：无此限制。 　乌氏黏度计 C 管封起来，就变成了奥氏黏度计。

参考文献 陈六平，邹世春，现代化学实验与技术，北京，科学出 版社，2007年，255页 复旦大学等编，庄继华等修订，物理化学实验，第三版，北京，高等教育出版社，2004年，140页 傅献彩等，物理化学（下册），第五版，北京，高等教育出版社，2006年，459页

七、思考题 乌氏黏度计的支管 C 有什么作用？除去 C 管是否仍可以测黏度？ 分析sp/c-c及lnr/c-c作图缺乏线性的原因。数据处理中若sp/c与lnr/c两条直线在c=0处没有交于一点，如何选取特性黏度？