偏摩尔体积测定

偏摩尔体积测定 09110901 20092006 吴东杰 一 实验目的及要求 1) 配制不同浓度的NaCl水溶液，测定各溶液的密度。 2) 计算溶液中各组分的偏摩尔体积。 3) 学习用比重管测定液体的密度。 二 原理 根据热力学概念，体系的体积V为广度性质，其偏摩尔量则为强度性质。设体系有二组分A,B,体系的总体积V是nA, nB、温度、压力的函数，即 V=f(nA ,nB，T，P） （C9.1） 组分A、B的偏摩尔体积定义为 (C9.2) 在恒定温度和压力下 (C9.3) dV=VAdnA + VBdnB （C9.4） 偏摩尔量是强度性质，与体系浓度有关，而与体系总量无关。体系总体积由式C9.4积分而得 V = nAVA＋nBVB （C9.5） 在恒温恒压条件下对式C9.5微分 dV=nAdVA＋VAdnA十nBdVB＋VBdnB 与式C9.4比较，可得吉布斯-杜亥姆（Gibbs-Duhem）方程 nAdVA＋nBdVB =0 （C9.6） 在B为溶质、A为溶剂的溶液中，设VA*为纯溶剂的摩尔体积；V(,B定义为溶质B的观摩尔体积，则 （C9.7） V= nAVA*＋nBV(,B （C9.8） 在恒定T、P及nA条件下，将式C9.8对nB偏微分，可得 （C9.9） 由式C9.5、C9.8得 （C9.10） 将式C9.9代入式C9.10 （C9.11） bB为B的质量摩尔浓度（bB =nB/(nAMA)；Vφ,B为B的表观摩尔体积；ρ、ρA*为溶液及纯溶剂A的密度；MA、MB为A、B二组分的摩尔质量。可得 (C9.12) 本实验测定NaCl水溶液中NaCl和水的偏摩尔体积，根据德拜-休克尔（Debye—Huckel）理论，NaCl水溶液中NaCl的表观偏摩尔体积V(,B 随 变化呈线性关系，因此作如下变换 (C9.13) 将式C9.13代入C9.11和C9.9，可得 (C9.14) (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bB时的V(,B，作V(,B～ 图，可得一直线，从直线求得斜率 。由式C9.14、C9.15计算VA、VB 。 三 仪器与试剂 天平 恒温槽 烘干器 比重管（或比重瓶） 磨口塞锥形瓶（50ml） 烧杯（50ml、250ml） 洗耳球 量筒50ml 药勺 滤纸 NaC1（A.R.） 无水乙醇（A.R.） 四 实验步骤 1) 调节恒温槽至设定温度，如25℃，恒温槽水温至少应比室温高5℃。 2) 配制不同组成的NaCl水溶液：用称量法配制质量百分比约为：1％、4％, 8％、12％和16%的NaCl水溶液，先称锥形瓶（注意带盖），然后小心地加入适量的NaCl再称量，用量筒加入所需蒸馏水（约40m1）后再称量；用减量法分别求出NaCl和水的质量，并求出它们的百分浓度。各溶液所需NaCl 和水的量，应在实验前估算好。 3) 参见本B8-1部分，了解用比重管测液体密度的方法。洗净、干燥比重管，将比重管先用自来水洗涤，再用去离子水洗涤，然后用无水乙醇涮洗，最后进行干燥。在分析天平上称量空比重管（注意带盖）。 4) 将比重管装满去离子水，放入恒温槽内恒温10min，然后调比重管内液体的量，使比重管内液面一端在刻度线上，一端与管口齐平，注意比重管内液体内不应有气泡，将比重管戴上盖子，注意在戴盖子时要小心，不能将管内液体挤出。擦干比重管外部，在分析天平上再称量。重复本步骤一次。 5) 将已进行步骤4操作的比重管用待装溶液涮洗3次（或干燥），再装满NaCl水溶液，放入恒温槽内恒温10min。为了节省时间，可以将盛NaCl水溶液的磨口塞锥形瓶放入恒温槽内恒温10min以上，将恒温后的溶液装入比重管后再放入恒温槽内恒温2min。然后调比重管内液体的量，使比重管内液面一端在刻度线上，一端与管口齐平，注意比重管内液体内不应有气泡，将比重管戴上盖子，注意在戴盖子时要小心，不能将管内液体挤出。擦干比重管外部，在分析天平上称量。重复本步骤操作一次。 6) 用上述步骤5的方法对其它浓度NaCl溶液进行操作。 五 数据记录与处理 1）从手册查得实验温度下纯水的密度，计算各浓度NaCl溶液的密度。 2）计算各浓度NaCl溶液的 ，计算各浓度NaCl溶液的V(,B，作V(,B～ 图，求直线的斜率 。 3）根据式C9.14、C9.15计算各浓度NaCl溶液的VA、VB。计算时应该从V(,B～ 图上求相应bB对应的V(,B 。 4）本实验记录的数据和计算步骤较多，应将数据和计算结果列表。可以通过计算机编程处理数据，或直接使用工具软件（例如Excel）处理数据。 表C9.1 实验数据 溶液序号 1 2 3 4 5 备注 溶液质量百分浓度 1.007% 3.920% 7.5069% 10.8517% 14.0210% 室温 28.5℃ 恒温槽温度 35.0℃ 水的密度 0.99406g/cm^3 NaCl摩尔质量 58.44 g/mol 水的摩尔质量 18 g/mol NaCl重量/g 0.4083 1.6370 3.2387 4.8760 6.4830 NaCl+水重量/g 40.5086 41.7608 43.1428 44.9329 46.2377 比重管重量/g 10.9748 8.6715 11.5977 9.0746 9.8263 比重管+水重量/g 20.8370 18.6016 21.5476 18.8689 19.8417 比重管+溶液重量/g 20.9028 18.8634 22.0380 19.6405 20.8499 溶液密度 g/cm^3 1.0067 1.0264 1.0493 1.0788 1.1007 溶液质量摩尔浓度*10^-4 1.7423 6.9839 13.888 20.829 27.905 *10^-2 1.3200 2.6427 3.7267 4.5639 5.2825 NaCl表观摩尔体积/cm^3 -14.4445 11.5518 17.5612 16.2340 18.1669 直线斜率 7.60273*10^2 作图 校正后NaCl表观摩尔体积/cm^3 -6.8144 3.2416 11.4784 17.8480 23.3113 水的偏摩尔体积/cm^3 40.3242 40.2373 39.7884 39.6458 38.9041 NaCl的偏摩尔体积/cm^3 -1.7966 13.2875 25.6449 35.1970 43.3113 由图表数据做V(,B～ 曲线 如图所示 则直线斜率 =7.60273*10^2 拟合直线方程 V(,B=760.273 -16.8501 代入各点 值，求得对应的校正后的 NaCl的偏摩尔体积 由式 可分别求出VA、VB。 6 注意事项 1) 掌握使用比重管测定液体密度的方法。 2) 应将水煮沸除气处理后再使用。 7 思考题 1) 偏摩尔体积有可能小于零吗？ 2) 在实验操作中如何减小称量误差？ 1.可以。在某温度下往溶剂中加入某种溶质，溶液体积减少，那么此时该溶质的偏摩尔体积为负值。 2.多次测量取平均值。把溶液装进密度瓶中，擦干后称量。重复此操作两次取平均值。此外称量NaCl重量 NaCl+水重量应用差量法。 PAGE _1048255606.unknown _1048256846.unknown _1085683967.unknown _1085684211.unknown _1368969312.bin _1368971738.unknown _1085684344.unknown _1085684039.unknown _1084944320.unknown _1048256257.unknown _1048256366.unknown _1048256753.unknown _1048256330.unknown _1048255737.unknown _1048255424.unknown _1048255570.unknown _1048255196.unknown