溶液偏摩尔体积的测定.

实验十五 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、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

=+

(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∂=-∂

(9) 和 212%%

W W α

αα∂=+∂ (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。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。

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.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。

3.拿比重瓶应手持其颈部。

七、数据处理

1.根据25℃时水的密度和称重结果，求出比重瓶的容积。

2.根据附表数据，计算所配溶液中乙醇的准确质量百分比。

A

A B

W W %y%W W =

⋅+乙醇

式中，y ％是根据测得的密度值，查附表得的95％乙醇(即Ａ)中纯乙醇的准确百分比含量。

3.计算实验条件下各溶液的比容。

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。

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。

八、思考题

1.使用比重瓶应注意哪些问题？

2.如何使用比重瓶测量粒状固体物的密度？

3.为提高溶液密度测量的精度，可作哪些改进？

附:

一、25度时乙醇密度与质量百分比浓度之间的关系

注:1.也可用无水乙醇配制不同浓度的乙醇—水溶液，根据称量结果直接确定其浓度。 2.本表查自苏联化学手册，Ⅲ：419

二、比重瓶法测定密度

比重瓶如图15.2所示，可用于测定液体和固体的密度。 1.液体密度的测定

(1)将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重Ｗ0。

(2)取下毛细管塞Ｂ，将已知密度ρ1(t℃)的液体注满比重瓶。轻轻塞上

塞B，让瓶内液体经由塞B毛细管溢出，注意瓶内不得留有气泡，将比重

瓶置于t℃的恒温槽中，使水面浸没瓶颈。

(3)恒温10min后，用滤纸迅速吸去塞Ｂ毛细管口上溢出的液体。将

比重瓶从恒温槽中取出(注意只可用手拿瓶颈处)。用吸水纸擦干瓶外壁后称其总重量为Ｗ1。

(4)用待测液冲洗净比重瓶后（如果待测液与水不互溶时，则用乙醇洗两次后，再用乙醚洗一次后吹干），注满待测液。重复步骤(2)和(3)的操作，称得总重为Ｗ2。

(5)根据以下公式计算待测液的密度ρ(t℃)

（t℃）=20

1

10

W W

W W

ρ

-

-

（t℃）

2.固体密度的测定

(1)将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重Ｗ0。

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

(3)将比重瓶置于恒温槽中恒温10min，用滤纸吸去塞Ｂ毛细管口溢出的液体。取出比重瓶擦干外壁，称重为Ｗ1。

(4)倒去液体将瓶吹干，装入一定量研细的待测固体（装入量视瓶大小而定），称重为Ｗ2。

(5)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Ｂ。同步骤(3)恒温10min后称重为Ｗ3。

(6)根据以下分式计算待测固体的密度ρS(t℃)。

(t℃)=

()()

20

1

1032

W W

W W W W

ρ

-

---

(t℃)

图15.2 比重瓶

B