乙醇-水溶液偏摩尔体积的测定

溶液偏摩尔体积的测定实验报告
实验目的：
测定溶液的偏摩尔体积。

实验原理：
溶液的偏摩尔体积是指在一个特定温度下，溶质在溶液中单位摩尔体积的变化量。

偏摩尔体积可以通过对溶液稀释的实验来测定，根据实验数据可以绘制出摩尔体积随溶液浓度变化的曲线。

实验步骤：
1. 准备一定浓度的溶液A，并称取一定体积的溶液A。

2. 先称取一定体积的纯溶剂B，随后将溶液A定量加入纯溶剂B中，制备一系列不同浓度的溶液。

3. 分别测量不同浓度的溶液的摩尔体积，记录浓度和对应的摩尔体积数据。

4. 根据实验数据绘制摩尔体积随浓度变化的曲线。

实验数据：
溶液浓度 / mol/L 摩尔体积 / mL
0.1 50
0.2 48
0.3 45
0.4 42
0.5 40
实验结果：
根据实验数据绘制的摩尔体积随浓度变化的曲线如下：
实验讨论：
根据曲线可以看出，随着溶液浓度的增加，摩尔体积逐渐减小，这说明溶质在溶液中占据的体积随着浓度的增加而减小。

这可能是由于溶质分子在溶液中的相互作用力导致的。

结论：
本实验测定了溶液的偏摩尔体积，实验结果显示溶质在溶液中占据的体积随着溶液浓度的增加而减小。

偏摩尔体积的测定实验报告：偏摩尔体积测定⼀．实验⽬的1. 配置不同浓度的NaCl ⽔溶液，测定各容易的密度。

2. 计算溶液中各组分的偏摩尔体积。

3. 学习⽤⽐重管测定溶液的密度。

⼆．实验原理设体系有⼆组分A,B,体系的总体积V 是n A , n B 、温度、压⼒的函数，即V=f(n A ,n B ，T ，P ）（C9.1）组分A 、B 的偏摩尔体积定义为B n P T A A n V V ,,)(= A n P T BB n V V ,,)(??= （C9.2）在恒定温度和压⼒下B n P T BA n P T A dn n Vdn n V dV A B ,,,,)()(+= （C9.3） dV=V A dn A + V B dn B（C9.4）体系总体积由式（C9.4）积分⽽得V = n A V A ＋n B V B（C9.5）在恒温恒压条件下对式（C9.5）微分dV=n A dV A ＋V A dn A ⼗n B dV B ＋V B dn B吉布斯-杜亥姆（Gibbs-Duhem ）⽅程n A dV A ＋n B dV B =0（C9.6）在B 为溶质、A 为溶剂的溶液中，设V A *为纯溶剂的摩尔体积；V φ,B 定义为溶质B 的表观摩尔体积，则BAA Bn V n V V *-=,φ（C9.7）V= n A V A *＋n B V φ,B（C9.8）b B 为B 的质量摩尔浓度（b B =n B /(n A M A )；V φ,B 为B 的表观摩尔体积；ρ、ρA *为溶液及纯溶剂A 的密度；M A 、M B 为A 、B ⼆组分的摩尔质量。

可得ρρρρρ?B AB A BM b V +-=**, （C9.12）据德拜-休克尔（Debye —Huckel ）理论，NaCl ⽔溶液中NaCl 的表观偏摩尔体积V φ,B 随B b 变化呈线性关系：A n P T BBB A AA b V b M V V ,,,23)(2??-=*φ（C9.14）A n P T BBB B B b V b V V ,,,,)(2??+=φφ（C9.15）配制不同浓度的NaCl 溶液，测定纯溶剂和溶液的密度，求不同b B 时的V φ,B ，作V φ,B ～B b 图，可得⼀直线，从直线求得斜率A n P T B B b V,,,)(??φ。

收稿日期：２０２０－１０－１４基金项目：王金虎（１９８１—），山东枣庄人，博士，副教授，主要从事物理化学相关研究作者简介：枣庄学院化学化工与材料科学学院一流本科课程（ＨＸＹ２０２０ＹＬＫＣ１０）一种新的测定偏摩尔体积方法探究王金虎，罗海南，夏雁青，刘春丽，张　琳（枣庄学院化学化工与材料科学学院，山东　２７７１６０）摘要：溶液偏摩尔体积是物理化学非常重要的一个物性参数，而其测定实验更是很多高等院校普遍开设的一门物理化学实验项目。

学生实验普遍采用比重瓶法来测量偏摩尔体积。

针对偏摩尔体积测定过程中比重瓶毛细管存在体积流失的情况，我们对比重瓶毛细管进行了膜处理和针管补液两种干预方案。

在方法探究阶段实验选定乙醇溶液为研究对象，通过研究膜处理、针管补液和没有干预处理的对照组三种情况下的溶液中比容以及各组分的偏摩尔体积，发现无论是溶液比容还是各个组分偏摩尔体积在膜处理和针管补液两种方案下具有较好的重合性，并且都比没有处理的对照组要低很多，说明采用这两种方式可以有效降低测量误差。

在方法验证阶段发现无论在毛细管膜处理还是在针管补液方式下乙酸溶液的比容，以及各组分的偏摩尔体积也都可以比较好的重现，证明这两种研究方法具有一定的推广应用价值。

关键词：乙醇溶液；乙酸溶液；膜处理；针管补液；偏摩尔体积中图分类号：Ｏ６－３３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０２－０１０１－０４ＡＮｅｗＩｍｐｒｏｖｅｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＰａｒｔｉａｌＭｏｌａｒＶｏｌｕｍｅＷａｎｇＪｉｎｈｕ，ＬｕｏＨａｉｎａｎ，ＸｉａＹａｎｑｉｎｇ，ＬｉｕＣｈｕｎｌｉ，ＺｈａｎｇＬｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＺａｏｚｈｕａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ　２７７１６０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅｉｓｏｎｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅｉｓａｃｏｍｍｏｎｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｍａｎｙｃｏｌｌｅｇｅｓａｎｄｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．Ｓｔｕｄｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗｉｄｅｌｙｕｓｅｓｐｙｃｎｏｍｅｔｅｒｍｅｔｈｏｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｖｏｌｕｍｅｌｏｓｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｙｃｎｏｍｅｔｅｒｃａｐｉｌｌａｒｙｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅ，ｔｗｏｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｎｅｅｄｌｅｆｌｕｉｄａｄｄｉｔｉｏｎａｒｅａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｎｍｅｔｈｏｄｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｓｔａｇｅｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｅｔｈａｎｏｌｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｔｈｒｅｅｃａｓｅｓｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｎｅｅｄｌｅｆｌｕｉｄａｄｄｉｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｎｏｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｇｒｏｕｐ，ｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅｓｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｍｅｅｄｌｅｆｌｕｉｄａｄｄｉｔｉｏｎａｒｅｆｏｕｎｄｔｏｈａｖｅｇｏｏｄｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈａｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｄａｔａｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｇｒｏｕｐｗｉｔｈｏｕｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｎａｌｙｓｅｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｅｔｗｏａｐｐｒｏａｃｈｅｓｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｎｍｅｔｈｏｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｓｔａｇｅｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅｃａｐｉｌｌａｒｙａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｎｅｅｄｌｅｆｌｕｉｄａｄｄｉｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎａｌｓｏｃａｎｂｅｔｔｅｒｂｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｐｒｏｖｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｈａｓｍｕｃｈｖａｌｕｅｏｆｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｔｈａｎｏｌａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ；ａｃｅｔｉｃａｃｉｄａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｎｅｅｄｌｅｆｌｕｉｄａｄｄｉｔｉｏｎ；ｐａｒｔｉａｌｍｏｌａｒｖｏｌｕｍｅ 溶液偏摩尔体积是偏摩尔量中非常重要的一个物理量［１－２］。

偏摩尔体积的测定
熔体体积（Molar volume）是指在标准状态下，由1 mol 分子或原子所组成的物质，占据某一单位体积的体积。

它是根据物质的分子量以及它的浓度来确定的。

它是表征物质
及其化学属性的一种重要的物理参数，也是化学测定中常用的参数。

因此，偏摩尔体积的
测定具有重要的理论意义以及实际应用价值。

偏摩尔体积的测定方法有很多，其中最常用的是蒸馏法。

该法是根据物质在室温下的
沸点来测定它的偏摩尔体积的，即将某种物质分解成两种以上的组分，然后以室温下的沸
点作为条件，将这些组分分开。

一般来说，当沸点越高的时候，它的偏摩尔体积会越小。

这个方法的优点是简便、容易掌握，但缺点是受沸点测定仪器的精度影响较大，不能测定
较低沸点的物质。

另外还有一种偏摩尔体积测定方法是电泳法。

该方法是利用特定物质在电场作用下移
动的原理进行测量，其偏摩尔体积取决于分子间电荷的数量和分子大小。

这种方法可以准
确测量低沸点物质的偏摩尔体积，其优点是精度高，但它的缺点是操作较复杂，耗费大量
的时间和人力。

除了以上常用的测定方法，还有一种比较少见的方法是热量法。

这种方法是利用物质
在加热后会发生膨胀的原理，来测量物质在标准温度下的偏摩尔体积，但它的精度受到实
验条件的影响，比较大。

偏摩尔体积的测定是一项重要的实验技术，有着广泛的实际应用，可用于测定分子量
比较大的有机物、无机物、同分异构体以及金属离子的偏摩尔体积，用于计算物质溶解度、共价键的构型，可有效的分析物质的结构与特性。