物化实验——溶液偏摩尔体积的测定

溶液偏摩尔体积的测定

一、实验目的

1.掌握用比重瓶测定溶液密度的方法。

2.测定指定组成的乙醇—水溶液中各组分的偏摩尔体积。

二、实验原理

在多组分体系中，某组分i 的偏摩尔体积定义为

,,,()

j i m i T p n i j V V n ≠⎛⎫∂= ⎪

∂⎝⎭ (1) 若是二组分体系，则有

21,1,,m T p n V V n ⎛⎫∂= ⎪

∂⎝⎭ (2) 1

2,2,,m T p n V V n ⎛⎫

∂= ⎪

∂⎝⎭ (3) 体系总体积

Ｖ＝ｎ1Ｖ1，m +ｎ2Ｖ2。m (4)

将(4)式两边同除以溶液质量Ｗ

1,2,1212m m

V V W W V W M W M W

=+g g (5) 令 1,2,12,,m m V V V

W W W

ααα=== (6) 式中α是溶液的比容；α1，α2分别为组分1、2的偏质量体积。将(6)式代入(5)式可得：

α＝Ｗ1%α1+Ｗ2%α2=(1-Ｗ2%)α1+Ｗ2%α2 (7)

将(7)式对Ｗ2%微分：

122122,%%

W W αα

αααα∂∂=-+=+∂∂即 (8)

将(8)代回(7)，整理得

121%%

W W α

αα∂=-∂g

(9) 和 212%%

W W α

αα∂=+∂g (10)

所以，实验求出不同浓度溶液的比容α，作α—Ｗ2%关系图，得曲线ＣＣ′(见图。如欲求Ｍ浓度溶液中各

组分的偏摩尔体积，可在Ｍ点作切线，此切线在两边的截距ＡＢ和Ａ′Ｂ′即为α1和α2，再由关系式(6)就可求出Ｖ1,m 和Ｖ2,m 。

三、仪器与药品

1.仪器

恒温设备1套；分析天平(公用)；比重瓶(10mL)2个；工业天平(公用)；磨口三角瓶(50mL)4个。

2.药品

95％乙醇(分析纯)，纯水。

四、实验步骤

1.调节恒温槽温度为±℃。

2.以95％乙醇(Ａ)及纯水(Ｂ)为原液，在磨口三角瓶中用工业天平称重，配制含Ａ质量百分数为0％，20％，40％，60％，80％，100％的乙醇水溶液，每份溶液的总体积控制在40mL 左右。配好后盖紧塞子，以防挥发。

3.摇匀后测定每份溶液的密度，其方法如下:

用分析天平精确称量二个预先洗净烘干的比重瓶，然后盛满纯水(注意不得存留气泡)置于恒温槽中恒温10min 。用滤纸迅速擦去毛细管膨胀出来的水。取出比重瓶，擦干外壁，迅速称重。

同法测定每份乙醇—水溶液的密度。恒温过程应密切注意毛细管出口液面，如因挥发液滴消失，可滴加少许被测溶液以防挥发之误。

图 比容-质量百分比浓度关系

a A

C B M

A ′

B ′

C ′

W 2%

五、数据处理

1、根据（实验温度19℃）时水的密度和称重结果，计算比重瓶的体积。

干燥的比重瓶质量：；加入蒸馏水的比重瓶的质量：；

19℃时水的密度为mL; 计算出比重瓶的体积：。

2、计算各溶液中乙醇的准确质量分数。

原始数据：

3、计算实验条件下各溶液的比容。

4、以比容为纵坐标，乙醇的质量百分数为横坐标作曲线，并在30%乙醇处作切线于两侧纵轴相交，即可求得A α和B α。

根据图像中可知A α=，B α=。

5、求算含乙醇30%的溶液中各组分的偏摩尔体积及100g 该溶液的总体积。 根据

1,2,12,,m m V V V

W W W

ααα===， 可以计算出A V =,B V =. 100g 该溶液的总体积为：。

五、注意事项

1.实际仅需配制四份溶液，可用移液管加液，但乙醇含量根据称重算得。

2.为减少挥发误差，动作要敏捷。每份溶液用两比重瓶进行平行测定或每份样品重复测定二次，结果取其平均值。

六、思考题

1.影响实验结果精度的主要因素是什么

在试验中并没有严格控制其温度，可能使计算出的结果与标准值出现偏差；乙醇有挥 发性，在配制溶液过程中可能会挥发掉一部分乙醇，会对实验结果造成误差。

2.偏摩尔体积有可能小于零吗

有可能。在特定的体积、温度条件下，有可能出现体积减小的情况。但是在实际情况中很难出现这种情况。