两种液体混合后体积效应的实验探究

两种液体混合后体积效应的实验探究

王墨炎1武瑞杨1张长笑1周广来1

指导教师：王立平1许明远2

1 河北省保定学院生化系 071000

2 河北省保定学院科研处 071000

摘要：采用相对密度法探究了两种极性溶剂、两种非极性溶剂、一种极性溶剂与一种非极性溶剂混合后体积变化情况，并探讨了两种液体混合后体积变化的原因。实验探究的成果说明“开放实验室，倡导自主学习、研究型学习”是培养高校理工科学生创新能力的有效途径。

关键词：混合液体；体积效应；实验探究；创新能力

在中学学习分子的基本性质“分子间有一定的间隔”之时[1-2]：，为了帮助我们理解这一知识点，教师演示了“酒精和水的混合”实验(见图1)，用“100毫升水和100毫升酒精混合总体积会小于200ml”，为了加深对该知识点的理解，安排了家庭实验（见图2）。

在分析讨论实验结果时，把酒精与水混合时体积缩小的原因明确为“分子本身的大小不同，分子相互填补间隙所致”。通过实验得到的这一结论使我们印象非常深刻，并且认为“液体混合时体积一定缩小”、“混合液体积减小的原因是由于不同大小的分子间填补间隙所致”。

因此在无机化学实验“溶液配制”课堂讨论环节，对于教师提出的“两种液体混合后体积如何变化？”这一问题，我们异口同声的表示“体积减小”。

两种液体混合后体积一定减小吗？引起混合液体积变化的根本原因是什么？为了探究这一问题的答案，在教师的指导下，利用开放实验室的机会进行了实验探究。

关于两种液体混合后体积变化的原因，前人也做过一些探讨，但是，实验内容不充分，给出的原因解释也不全面[3-6]。因此，通过实验探究不同性质的溶剂之间混合后的体积效应，并进一步探讨混合液体体积改变的根本原因，不仅使我们对“液体混合后的体积效应”有一个全面的理解，也为中学教师讲授“分子间存在空隙”有关知识提供了理论依据。同时还激发了我们的创新意识，提升了创新能力。

1实验部分

1.1主要仪器与试剂

1.1.1主要仪器

密度瓶，移液管，量筒，碘量瓶，电子天平

1.1.2主要试剂

乙醇、冰醋酸、甲苯、四氯化碳、苯

1.2实验原理

本实验采用密度法，用密度瓶测出乙醇、水及混合液的密度ρ。然后用电子天平分别称出乙醇、水和混合液的质量m，根据V = m/ρ，分别计算出乙醇、水及混合液的体积，用混合液的体积减去乙醇和水的体积，得到混合后液体的增容ΔV。

1.3实验内容

1.3.1探究乙醇和水混合前后体积变化

(1)用密度瓶分别测出乙醇与水的密度ρ(乙醇)和ρ(水)。

(2)用移液管准确量取一定体积的水，放入已称出质量的碘量瓶中，将瓶口塞紧，在电子天平上称其质量，得水的质量m(水)。

(3)再往上述碘量瓶中注入一定体积的乙醇，将瓶口塞紧，称量，得混合液质量m(混)、乙醇质量m(乙醇)。

(4)摇匀混合液，用密度瓶测出混合液的密度ρ(混)。

(5 )依据V = m/ρ，分别计算出V( 乙醇)、V(水)、V(混)及ΔV的数值。实验结果见表1和表2。

表1 固定水的体积为5.00mL，改变乙醇的体积

表2 固定乙醇的体积为5.00mL，改变水的体积

V水/mL m(乙

醇)/g

m(水)/g m(混)/g V(水)V( 乙醇)V(混)ΔV

5.00 10.00 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.03.928

3.972

3.896

3.920

3.910

3.952

3.960

3.904

3.932

5.018

9.887

14.171

18.704

23.423

28.176

32.9501

37.488

42.316

8.946

13.859

18.067

22.624

27.333

32.128

36.910

41.392

46.248

4.844

9.543

13.679

18.054

22.609

27.197

31.805

36.185

40.846

5.029

5.086

4.988

5.019

5.006

5.060

5.070

4.999

5.035

9.445

13.432

17.031

23.591

26.988

31.722

36.415

37.995

43.360

-0.428

-1.197

-1.636

-0.518

-0.617

-0.535

-0.460

-3.189

-2.521

实验结果及分析：

由表1和表2可知：当乙醇和水以不同比例，不同的加入顺序混合时，混合液体积均变小，当乙醇和水的比例为1:7～1:8时，混合液体积改变最明显。

1.3.2探究冰醋酸和甲苯混合前后体积变化

按上述实验步骤进行实验，实验结果见表3和表4。

表3固定冰醋酸的体积为5.00mL，改变甲苯的体积

V甲苯 /mL m(醋

酸)/g

m(甲苯)/g m(混)/g V(醋酸)V( 甲苯)V(混)ΔV

5.00 10.00 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.05.221

5.269

5.240

5.315

5.244

5.241

5.263

5.228

5.229

4.308

8.566

12.515

16.369

19.846

24.343

27.817

32.474

36.424

9.529

13.835

17.755

21.684

25.090

29.584

33.080

37.702

41.653

4.816

4.861

4.834

4.903

4.838

4.835

4.855

4.823

4.824

4.879

9.701

14.173

18.538

22.476

27.569

31.503

36.777

41.250

10.141

14.924

19.199

24.529

27.577

33.656

33.817

42.779

47.443

0.446

0.162

0.192

1.088

0.263

1.252

1.223

1.179

1.369