9 乙醇—水溶液偏摩尔体积的测定.doc

实验九乙醇—水溶液偏摩尔体积的测定
1 实验目的
掌握用比重瓶测定溶液密度的方法。
加深理解偏摩尔量的物理意义。
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
(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
(6)
(7)
(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:
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:
(10)
即(11)
将(11)代回(9),整理得
(12)
和          (13)
图1-1  比容-质量百分比浓度关系
所以,实验求出不同浓度溶液的比容α,作α—W2关系图,′(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V2,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(±)℃。
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。
 
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。
(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a=f(W乙醇)二项式函数。
6 根据a=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