实验九乙醇一水溶液偏摩尔体积的测定 1实验目的 (1)掌握用比重瓶测定溶液密度的方法 (2)加深理解偏摩尔量的物理意义 (3)测定乙醇一水溶液中各组分的偏摩尔体积。 2实验原理 在Tp不变的多组分体系中,某组分i的偏摩尔体积定义为 P,-) 若为二组分体系,则有 体系总体积 V≡nnV1,m+n2V2.m 其中n1和n2分别为溶液中组分1和2的摩尔数。将(4)式两边同除以溶液质量W w M w M n 式中m和m2分别为溶液中组分1和2的质量,M1和M2分别为溶液中组分1和2的摩尔 质 (6) W =a (7) M 式中a是溶液的比容,a1,a2分别为组分1、2的偏质量体积。将(6)、(7)、(8)式代入(5式 可得
实验九 乙醇—水溶液偏摩尔体积的测定 1 实验目的 (1) 掌握用比重瓶测定溶液密度的方法。 (2) 加深理解偏摩尔量的物理意义。 (3) 测定乙醇—水溶液中各组分的偏摩尔体积。 2 实验原理 在 T,p 不变的多组分体系中，某组分 i 的偏摩尔体积定义为 (1) 若为二组分体系，则有 (2) (3) 体系总体积 Ｖ＝ｎ1Ｖ1，m+ｎ2Ｖ2。m (4) 其中 n1 和 n2 分别为溶液中组分 1 和 2 的摩尔数。将(4)式两边同除以溶液质量Ｗ W V M m W V M m W V m 2,m 2 1, 2 1 1 = + (5) 式中 m1 和 m2 分别为溶液中组分 1 和 2 的质量，M1 和 M2 分别为溶液中组分 1 和 2 的摩尔 质量。令 = W V （6） 1 1 1, = M V m （7） 2 2 2, = M V m (8) 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)、(7)、(8)式代入(5)式 可得:
a=Wian+W2a2=(l-W2)an+W202=+(02a1)W2 式中W1和W2分别为溶液中组分1和2的质量分数。将(9)式对W2微分 a=o da 将(11代回(9),整理得 a an a n 所以,实验求出不同浓度溶液的比 作a一W关系图,得曲线CC′(见 1-1)。如欲求M浓度溶液中各组分的偏 尔体积,可在M点作切线,此切线在两 容图摩边再 的截距AB和A′B′即为a1和a2, B 由关系式(7)和(8)就可求出V1m和V 3仪器药品 恒温设备 1套 分析天平 (公用) 的2当 比重瓶(10mL) 2个 工业天平 (公用) 图1-1比容-质量百分比浓度关系 磨口三角瓶(50mL)4个 95%乙醇(分析纯) 纯水 4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)
α＝Ｗ1α1+Ｗ2α2 = (1-Ｗ2)α1+Ｗ2α2 =α1 +(α2-α1)W2 (9) 式中 W1 和 W2 分别为溶液中组分 1 和 2 的质量分数。将(9)式对Ｗ2 微分: 1 2 2 = − + W (10) 即 2 2 1 W = + (11) 将(11)代回(9)，整理得 2 1 2 W W = − (12) 和 2 2 1 W W = + (13) 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 1-1)。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(7)和（8）就可求出Ｖ1,m 和Ｖ 2,m。 3 仪器 药品 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 95％乙醇(分析纯) 纯水 4 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) 图 1-1 比容-质量百分比浓度关系
置于恒温槽中恒温Iωmin。用滤纸迅速擦去毛细管膨胀岀来的水。取岀比重瓶,擦干外壁, 迅速称重。 同法测定每份乙醇一水溶液的密度。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。 5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,由公式14计算所配溶液中乙醇的准确质量分数 WCH,CH2OH WcH,CH2OH+WHo (14) 式中,ν是根据测得的密度值,査附表得的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 5用计算机对上述曲线进行曲线拟合,求得α=f(Wan)二项式函数。 6根据α=(Wzn)二项式函数和公式(9)或公式(11)和(13),分别计算30%、50%、 70%乙醇溶液的α1和α2。然后计算含乙醇30%、50%、70%的溶液中各组分的偏摩尔体 积及100g该溶液的总体积。 溶液 50% 100溶液的总体积 6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 (3)拿比重瓶应手持其颈部 7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?
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。 5 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，由公式 14 计算所配溶液中乙醇的准确质量分数。 y W W W W CH CH OH H O CH CH OH CH CH OH + = 3 2 2 3 2 3 2 （14） 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。 5 用计算机对上述曲线进行曲线拟合，求得=f(W 乙醇)二项式函数。 6 根据=f(W 乙醇)二项式函数和公式（9）或公式（11）和（13），分别计算 30％、50%、 70%乙醇溶液的α1 和α2。然后计算含乙醇 30％、50%、70%的溶液中各组分的偏摩尔体 积及 100g 该溶液的总体积。 溶液 30% 50% 70% α水 α乙醇 V 水，m V 乙醇，m 100 溶液的总体积 6 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。 (3) 拿比重瓶应手持其颈部。 7 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 表125℃时乙醇密度与质量百分比浓度之间的关系 0.81094 0.80823 0.80549 0.80272 0.79991 0.79706 乙醇W%|91.00 92.00 93.00 96.00 注:也可用无水乙醇配制不同浓度的乙醇一水溶液,根据称量结果直接确定其浓度 比重瓶如图1-2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m。 (2)取下毛细管塞B,将已知密度p1t℃)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 (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 (5)根据公式15计算待测液的密度pt℃) 图1-2比重瓶 P(tC)=-20xP,(tC) 5 2)固体密度的测定 (1)将比重瓶洗净干燥,称量空瓶重mo (2)注入已知密度ρ(r℃)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l0min,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m1。 分、(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 (5)先向瓶中注入部分已知密度为p(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m3 (6)根据公式16计算待测固体的密度ps(r℃)
附: 表 1 25℃时乙醇密度与质量百分比浓度之间的关系 0.81094 0.80823 0.80549 0.80272 0.79991 0.79706 乙醇 W% 91.00 92.00 93.00 94.00 95.00 96.00 注: 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。 比重瓶如图 1-2 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 m0。 (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 m1。 (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 m2。 (5)根据公式 15 计算待测液的密度ρ(t℃) ( ) ( ) 0 1 1 0 0 2 0 t C m m m m t C − − = (15) 2) 固体密度的测定 (1) 将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重 m0。 (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 m1。 (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 m2。 (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 m3。 (6) 根据公式 16 计算待测固体的密度ρS(t℃)。 图 1-2 比重瓶
p,(C)= (m1-m)-(m-m)(°C) (16)
( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 1 0 3 2 0 2 0 t C m m m m m m s t C − − − − = （16）