溶液偏摩尔体积的测定

物理化学实验报告

实验名称：溶液偏摩尔体积的测定

实验日期：

院系：机械工程学院

专业：冶金工程（有色金属方向）学号：

姓名：

一、实验目的

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、实验原理

在多组分体系中，某组分i 的偏摩尔体积定义为

⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=i i n V V ni

P T ,, (1) 若是二组分体系，则有

()

A

B

n V V n P T A ∂∂=,, (

)

B

A

n

V V n P T B ∂∂=,,

体系总体积

=V A A V n ＋B B V n (2)

将(2)式两边同除以溶液质量

m V M m m V

A A A ⨯=＋m

V M m B B B ⨯ (3) 令

,α=m V

,αA M V A A = αB B

B M V = (4) 式中α是溶液的比容；αA ，αB 分别为组分A 、B 的偏质量体积。将(4)式代入(3)式可得：

α＝ＷA %αA+ＷB %αB=(1-ＷB %)αA+ＷB %αB

(5)

将(5)式对ＷB%微分：

αααB A B W +-=∂∂%

, 即 αα

αA B B W +∂∂=

% (6) 将(6)代回(5)，整理得 %

%W W B B A ∂∂⨯

+=ααα (7)

和 %%W W B

B A ∂∂=⨯-ααα

(8)

图16 比重瓶

所以，实验求出不同浓度溶液的比容α，作α—ＷB %关系图，得曲线ＣＣ′(见图15)。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αA 和αB ，再由关系式(4)就可求出ＶA 和ＶB 。 三、仪器药品

恒温槽1台；电子天平1台；50ml 磨口锥形瓶4只；10ml 比重瓶1只；无水乙醇（AR ）；蒸馏水。 四、实验步骤

1、调节恒温槽温度为(25.0±0.1)℃。

图15 比容-质量百分比浓度关系

a A

C B M

A ′

B ′

C ′

W B %

2、溶液配制

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。

3、比重瓶体积的标定

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。平衡测量两次根据水的密度值计算出比重瓶体积。

4、溶液比容的测定

同法测定每份乙醇—水溶液的比容。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。

五、注意事项

1.恒温时间一定不能小于30min，以保障系统能够达到恒温要求。

2.称量前一定要把比重瓶外擦干净，称量操作要迅速，且用手指抓住瓶颈处，不要抓瓶体，以免升温过高，液体外溢。

六、数据处理

1．根据14℃（在实验室做本次试验时并未使用恒温槽，所以应使用室温14℃时水的密度）时水的密度和称重结果，求出比重瓶的体积积。

实验温度℃

实验条件下大气压强

14

标准大气压

比重瓶

比重瓶质量（g ）

比重瓶+水(g) 水的质量(g) 水的密度Kg.m -3 比重瓶的体积(ml) 1 11.3764 22.5468 11.1704 0.9986 11.2063 2

10.8044

22.1350

11.3306

0.9986

11.3465

2．计算各溶液中乙醇的准确质量分数。 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

实验组号 1

2 3 4 5 6 加入乙醇的体积 (ml) 0

纯水

5 10 15 20 25

纯乙醇

加入水的体积 (ml) 25 20 15 10 5 0 乙醇的体积分数 % 0

20

40

60

80

100

锥形瓶质量 (g) 45.8138 50.5450 50.2571 43.4425 45.8138 50.5450 锥形瓶+乙醇的质量 (g)

54.5342 58.3032 56.3371 63.4214 71.3741

锥形瓶+乙醇+水的质量g 71.9961 74.6968 73.3340 66.4893 68.4223 71.3741 水的质量 (g)

20.1626 15.0308 10.1522 5.0009 0 乙醇的质量 (g)

3.9892 8.0461 12.8946 18.2376 20.8291

溶液的总质量(g) 26.1823 24.1518 23.0769 23.0468 23.2385 20.8291 乙醇的质量分数 %

16.5172 34.7160 55.9574 78.4801 100