乙醇-水溶液偏摩尔体积的测定

乙醇-水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、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。 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

j

n p r i

n V V ,,m

i,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= (1)

若是二组分体系，则有

2,,1m

1,n p r n V V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= (2)

1

,,2m

2,n p r n V V ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= (3)

体系总体积

m m total V n V n V ,22,11+= (4)

将(4)式两边同除以溶液质量Ｗ

W

V M W W V M W W V

m m ,222,111⋅+⋅= (5) 令 2

,21,1,

,

ααα===W

V W

V W

V

m m (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:

2

12%

α

αα

+-=∂∂W (8) 将(8)代回(7)，整理得

%

%

121W W ∂∂-=ααα (9)

和

%

%

212W W ∂∂+=ααα (10)

图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，得曲线ＣＣ′(见图1)。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 。 三、仪器与试剂

仪器：分析天平(公用)；比重瓶(5mL)2个； 工业天平(公用)；磨口三角瓶(50mL)4个。

试剂：无水乙醇(95%)；纯水。

四、实验步骤

1、以95%无水乙醇(E)及纯水(A)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15g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。

2、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。

五、数据记录与处理

1.根据25℃时水的密度和称重结果，求出比重瓶的容积

表1 比重瓶容积的测定

温度25℃纯水密度ρ=0.99708g/ml

比重瓶编号空比重瓶

质量/g

水与比重

瓶总质量

/g

比重瓶的

容积/ml

110.494915.507 5.0268

29.426214.6478 5.2369

2.根据所测不同组成溶液的质量数据，用下述公式计算所配溶

液的密度，并计算实验条件下各溶液的比容。

10

21--ρωωωωρ⨯=

表2 不同组成溶液的密度和比容的测定

乙醇的质

量 分数

溶液和比

重瓶总质

量/g

溶液的质

量/g

密度ρ

g/ml

比容

ml/g

0% 15.5070 5.0121 0.9971 1.0029 20% 15.3450 4.8501 0.9649 1.0364 40% 15.1685 4.6736 0.9297 1.0756 60% 14.9142 4.4193 0.8792 1.1375 80% 14.6907 4.1958 0.8347 1.1980 100%

14.4511

3.9562

0.7870

1.2706

3.以比容为纵轴、乙醇的质量百分浓度为横轴作曲线，如图2所示。

4.用计算机对图2的曲线进行二项式拟合，求得）（2W f =α二项式函数，并求得切线方程。

α

图2 乙醇的水溶液比容—质量百分比浓度关系附运行记录：

Polynomial Regression for DATA1_B:

Y = A + B1*X + B2*X^2

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 1.00222 0.00305

B1 0.144 0.01436

B2 0.12531 0.01378

------------------------------------------------------------

R-Square(COD) SD N P

------------------------------------------------------------

0.99934 0.00337 6 <0.0001

------------------------------------------------------------

拟合结果为：00222.1144.012531.0y 2++=x x 即）（2W f =α00222.1144.012531.0222++=W W

因此切线方程的斜率为144.025062.0y +='x （用于求1β和2β） 切线方程为)(00x x y y y -'=-

5.根据）（2W f =α二项式函数和公式，分别计算不同组成乙醇溶液的1β和2β，然后计算20%、40%、60%、80%的溶液中各组分的偏摩尔体积及100g 该溶液的总体积，列出表3。

表3 乙醇、水的偏质量体积、偏摩尔体积 乙醇的质量分数

α

1β

2β

水的偏

摩尔体

积/ml

乙醇的偏摩尔

体积

/ml

100g 该

溶液的

总体积/ ml 0% 1.0029

—

—

—

—

— 20% 1.0364 0.9976 1.1917 17.96 54.82 103.6 40% 1.0756 0.9779 1.2221 17.60 56.22 107.6 60%

1.1375 0.9608 1.2552 17.30 57.74

113.7