实验二--溶液偏摩尔体积的测定实验报告-思考题-绘图

实验二 溶液偏摩尔体积的测定
一、实验目的
偏摩尔量是溶液中一个重要参数，有许多性质都与偏摩尔数量有关。

本实验是测定溶液的偏摩尔体积。

1. 掌握用比重瓶测定溶液密度的方法；
2. 运用密度法测定指定组成的乙醇—水溶液中各组分的偏摩尔体积；
3. 学会恒温槽的使用。

4. 理解偏摩尔量的物理意义。

二、预习要求
1.复习课堂讲授内容，真正理解偏摩尔量的物理意义。

2.理解摩尔体积—摩尔分数图与比容—质量百分数图之间的关系。

三、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 ααα∂=-∂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15.1)。

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 。

四、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。

五、实验步骤
调节恒温槽温度为(25.0±0.1)℃。

以95％乙醇(Ａ)及纯水(Ｂ)为原液，在磨口锥形瓶瓶中用分析天平称重，配制含Ａ体积百分数为0％，20％，40％，60％，80％，100％的乙醇水溶液，每份溶液的总体积为20ml 。

配好后盖紧塞子，以防挥发。

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一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)，用滤纸迅速擦去毛细管膨胀出来的水。

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。

六、注意事项
图15.1 比容-质量百分比浓度关系
a A
C B M
A ′
B ′
C ′
W 2%
1. 比重瓶法可用于测定液体的密度。

用比重瓶测液体的密度时，先将比重瓶洗净干燥，称空瓶重，再注满液体。

在瓶塞塞好（按要求）并恒温后再称重，先用蒸馏水标定体积，在注入待测液称重后根据公式（11）计算待测液的密度。

2. 做好本实验的关键是取乙醇时，要减少挥发误差，动作要敏捷，每份溶液用两个比重瓶进行平行测定，结果取其平均值；拿比重瓶应手持其颈部。

3. 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。

4. 实验过程中毛细管里始终要充满液体，注意不得存留气泡。

5. 当使用比重瓶测量粒状固体物的密度时，应按测固体密度的步骤进行测定。

七、数据处理
1.根据16℃（在实验室做本次试验时并未使用恒温槽，所以应使用室温16℃时水的密度）时水的密度和称重结果，求出比重瓶的容积。

2.根据所得数据，计算所配溶液中乙醇的准确质量百分比。

B
A A
m +=
m m %W A
式中，m A 是乙醇的质量，m B 是水的质量
3.计算实验条件下各溶液的比容。

α=V 比重瓶/m
溶液
比重瓶质量=11.1834g 比重瓶+水 质量 =21.8589g 水的质量=10.6755 g
水的密度
0.9989Kg.m^(-3）
比重瓶的体积V=10.68726ml
乙醇体积分数 20% 40% 60% 80%
空锥形瓶质量（g) 59.3755 64.2903 67.7494 56.6439 水+瓶 质量（g)
74.9755 76.0703 75.6881 61.2178
水+乙醇+瓶 质量（g) 78.1089 82.2848 84.9875 73.7301 水的质量(g) 15.6000 11.7800 7.9387 4.5739 乙醇的质量（g) 3.1334 6.2145 9.2994 12.5123 溶液总质量（g) 18.7334 17.9945 17.2381 17.0862 乙醇的质量分数
16.73%
34.54%
53.95%
73.23%
4.以比容为纵轴、乙醇的质量百分浓度为横轴作曲线，并在30％乙醇处作切线与两侧纵轴相交，即可求得α1和α2。

乙醇的质量分数0 16.73% 34.54% 53.95% 73.23% 100%
比重瓶+溶液质量
（g)
21.8589 21.572 21.2857 20.8535 20.3548 19.6288 溶液的重量（g) 10.6755 10.3886 10.1023 9.6701 9.1714 8.4454 溶液的比容(ml/g) 1.0011 1.0287 1.0579 1.1052 1.1653 1.2655
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。

先找出乙醇的质量分数为30%时所对应的溶液的比容 α=1.05，由镜面曲线法过点（0.3 ，1.05）作曲线的切线。

由图可得出乙醇的质量分数为30%时， α水=0.990ml/g, α乙醇=1.180ml/g ml 82.17990.0182
2=⨯=•=O H O H M V α水
ml M V OH H C OH H C 28.54180.1465252=⨯=•=α乙醇
100g 该溶液的总体积V=M*α=105ml 。

八 思考题
1、使用比重瓶应注意哪些问题？
答：⑴要避免用手直接拿瓶操作；
⑵比重瓶加满溶液后，塞子上的毛细管要充满溶液不能有气泡产生；
⑶称量前必须用滤纸把比重瓶的外表面擦干净，然后再放到天平上称量；
⑷称量前后都要烘干。

2、如何使用比重瓶测量颗粒状固体物的密度？
答：⑴将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重m0。

⑵注入已知密度ρ1（t ℃）的液体（应注意该液体不溶解待测固体，但能够浸润它）。

⑶将比重瓶置于恒温槽 中恒温10min ，用滤纸吸去塞帽毛细管口溢出的液体。

取出比重瓶擦干外壁，称重m1。

⑷倒去液体将瓶吹干，装入一定量的研细的待测固体（装入量视瓶大小而定），称重m2。

⑸先向瓶中注入部分已知密度为ρ（t ℃）的液体，将瓶敞口放入真空干燥器内，用真空泵抽气约10min ，将吸附在固体表面的空气全部除去。

然后向瓶中注满液体，塞上塞子。

同步骤⑶恒温10min 后称重为m3。

⑹根据下述公式计算待测固体的密度ρs （t ℃）
ρs （t ℃）=（m2-m0)ρ1/【m1-m0)-(m3-m2）】
3、为提高溶液密度测量精度，可作哪些改进？ 答：（1）准确测量溶液的物质量浓度
（2）多次测量同一组成溶液的质量，结果取其平均值
（3）每次称量瓶都要烘干
（4）实验应在恒温槽中进行
（5）为减少挥发误差，动作要敏捷
九实验总结
本实验要注意每测一组数据前，要进行润洗，还有烘干。

测定要在电子天枰旁进行，以免挥发，影响准确度。

要进行多组测量去平均值，以保证准确度。

每一项由一个人操作，以免混淆，仪器必须配套，不可乱放乱盖。

在数据处理及画图时要准确画出切线，不可盲目而定。