偏摩尔体积测定

实验四 偏摩尔体积测定 【实验目的】 1．掌握测定二组分溶液偏摩尔体积的方法； 2．加深对偏摩尔量概念的认识。 【实验原理】 恒温恒压下，由A、B两物质形成二组分溶液，其物质的量分别为 和 。该溶液的任何容量性质Y的全微分可示为： （4 .1） 如果定义 和 则 （4 .2） 和 分别为物质A和B的某种容量性质Y的偏摩尔量。 若溶液的容量性质为体积V，则VA、VB分别为A和B的偏摩尔体积，定义为： （4 .3） 有 （4.4） 溶液总体积V与 、 、T、p有关，即： （4.5） 当T、p一定时， （4.6） 对式（4.6）微分 （4 .7） 将式（4 .7）与式（4 .4）比较、整理后得到 （4 .8） （4.9） 式中 和 分别为组分A和B的摩尔分数。 式（4.8）为吉布斯-杜亥姆。由式（4.9）可见，VA和VB间存在着数关系。VA和VB彼此不是独立的。VA的变化将引起VB的变化，若VA不变，VB也保持不变，当xB为一定值，即溶液浓度一定时，dVA一定，dVB也就一定了。 偏摩尔体积的物理意义可从两个角度理解：一是在温度、压力及溶液浓度一定的情况下，在一定量的溶液中加入极少量的A（由于加入A的量极少，可以认为溶液浓度没有发生变化），此时，系统体积的改变量与所加入A的物质的量之比即为该温度、压力及溶液浓度下的A的偏摩尔体积。二是可以将A的偏摩尔体积理解为：在一定温度、压力及溶液浓度的情况下，将1 mol A加入到大量的溶液中（由于溶液量大，可以认为加入1 mol A，溶液浓度没有发生改变），此时，溶液体积改变量则为该温度、压力及溶液浓度下的A的偏摩尔体积。偏摩尔体积与纯组分的摩尔体积 不同。因为 只涉及A分子本身之间的作用力，而 则不仅涉及A分子本身之间的作用力，还有B分子之间以及A与B分子之间的作用力。而且这三种作用力对溶液总体积的影响将随溶液中A、B分子的比例而变，亦即随溶液浓度而变。定量的描述这些分子间的相互作用力是十分困难的，在大多数情况下，可简单的用 和 进行比较，以作定性的说明。 实验中，利用 和 与一些实验直接测定量的关系，经过数据处理，求算 和 。下面介绍用Q～ 图求测偏摩尔体积的方法。 由式（4.3）和（4.6）可得 （4.10） 式（4.10）可改写为 （4.11） 式中 Q定义为B的表观摩尔体积。 为纯A的摩尔体积。由式（4.11）可得： （4 .12） 由物质的量分别为 和 的物质A和B配成溶液，其体积质量为 ，则溶液的体积 式中 和 分别为物质A和B的摩尔质量（g·mol-1）。把此关系式代入式（4.12）得 （4.13） 当溶液组成用质量摩尔浓度 表示时，式中 ， 因为 ， 为纯A的体积质量。 所以 （4.14） 由式（4.14）可知，与Q有关的量 、 、 都可实验测得。所以Q可由这些测量值计算而得。进而只要找到 、 与Q的关系，则偏摩尔体积可求。为此，先把式（4.11）对 求导，得 （4.15） 而 （4.16） 式（4.16）中的 和 分别用式（4.11）和（4.15）的关系代入，得 （4.17） 从式（4.15）和（4.17）可以看出，已知 、 、Q、 ，便可求算 、 。上述计算方法，对于二组分溶液未加任何限制，所以原则上适用于所有的二组分溶液系统。 因为溶液组成用质量摩尔浓度表示，故 （4.18） 用式（4.18）代入得 （4.19） 因为 所以 （4.20） 对于强电解质稀薄水溶液，德拜-休克尔理论证明了其表观摩尔体积Q与 呈线性关系。如图4.1所示。对于Q～ 线上任一点P( 、Q)，有 则 （4.21） 综上所述，为求偏摩尔体积，在实验时要先配制一系列不同质量摩尔浓度的溶液，在恒温恒压下测定每一溶液及纯溶剂的体积质量，由式（4.14）计算每一溶液的Q值，作Q～ 图。若是强电解质稀薄水溶液，得一条直线，直线斜率为 ，由式（4.20）和（4.21）计算VA和VB 。对于其他二组分溶液，作Q～ 图，曲线上各点的斜率为 ，再由式（4.19）和（4.20）计算VA和VB 。 {Q} Q0 / 图II-4-1 Q～ 图 【仪器试剂】 天平1台（公用）；玻璃恒温水浴全套（公用）；密度瓶1个；100 mL烧杯5个；50 mL烧杯1个；50 mL称量瓶1个。 NaCl（分析纯）；蒸馏水。 【实验步骤】 1． 打开电子天平，预热30 min以上。调节恒温槽温度为30.00±0.10℃ 2．称取约5.0 g NaCl固体于称量瓶中，放入110℃~120℃的烘箱中烘约2 h，然后取出放入干燥器中，冷却后称重，计算出NaCl的水份含量。 3．将洗净烘干的密度瓶从干燥器中取出，放到电子天平上准确称量其质量为m1。 4．用称量法配制质量摩尔浓度为0.4 mol∙kg-1的NaCl水溶液100 mL。 5．用配好的溶液润洗密度瓶3次（注意同时润洗毛细管），然后装满，盖上带有毛细管的磨口塞，让瓶内的水从毛细管口溢出（瓶内及毛细管中均不能有气泡存在）。将密度瓶放入小烧杯中，向烧杯中加水至瓶颈以下，放入恒温槽恒温15 min。此时恒温槽中的水位要略高于烧杯中的水位，以保证烧杯中水的温度能与恒温槽中的水温相同。 6．将密度瓶从恒温槽中取出（只可拿瓶颈处），迅速用滤纸刮去毛细管口的液体并将密度瓶瓶壁擦干，再准精确称量得到m3。 7．配制质量摩尔浓度为0.6、0.8、1.0、1.2 mol∙kg-1的NaCl水溶液各100 mL，用步骤5、6所述方法获得各浓度溶液装满密度瓶并恒温后的质量。 8．用自来水洗净密度瓶，再用去离子水反复润洗至完全洁净，装满去离子水恒温后称取其质量得到m2。 【注意事项】 1． 拿密度瓶时不要拿瓶子的其它部位，当手的温度高时，会使瓶中的水溶液膨胀溢出。 2． 配制溶液时先将100 mL的空烧杯去皮，然后称量一定质量的NaCl固体，再将水加到烧杯的100 mL的刻度线上称重，然后计算出质量摩尔浓度。 3． 按下式计算溶液NaCl溶液在温度t时的体积质量 4． 恒温过程中毛细管里始终充满液体。 5． 在一种溶液恒温的过程中进其它溶液配制的工作，以节约实验时间。 【数据记录与处理】 1． 列出原始数据。 2． 计算出每一溶液的 、 、ρ、和Q值。 3．作Q- 图，由图求 及Q0值。 4．计算30℃及实验压力下， =0.500mol∙kg-1和 =1.000mol∙kg-1时水和NaCl的偏摩尔体积。 【思 考 题】 1． 在什么条件下，表观摩尔体积Q与 呈线性关系？ 为什么纯物质的摩尔体积与其在混合体系中的偏摩尔体积不同 0 _1226904501.unknown _1226904557.unknown _1226904955.unknown _1230041555.unknown _1238405437.unknown _1238406047.unknown _1238406169.unknown _1238406204.unknown _1238405751.unknown _1230041696.unknown _1230041843.unknown _1230042235.unknown _1230041665.unknown _1226905001.unknown _1226905037.unknown _1226905073.unknown _1226905076.unknown _1226905081.unknown _1226905043.unknown _1226905009.unknown _1226905028.unknown _1226905005.unknown _1226904964.unknown _1226904981.unknown _1226904959.unknown _1226904748.unknown _1226904814.unknown _1226904827.unknown _1226904770.unknown _1226904650.unknown _1226904703.unknown _1226904644.unknown _1226904531.unknown _1226904542.unknown _1226904550.unknown _1226904536.unknown _1226904514.unknown _1226904522.unknown _1226904508.unknown _1061986114.unknown _1061987619.unknown _1069421633.unknown _1213703077.unknown _1226904479.unknown _1226904485.unknown _1213703053.unknown _1061990394.unknown _1061992563.unknown _1064479104.unknown _1064569861.unknown _1066395643.unknown _1064569771.unknown _1062000128.unknown _1061994008.unknown _1061992304.unknown _1061992424.unknown _1061992264.unknown _1061988255.unknown _1061988781.unknown _1061989339.unknown _1061988401.unknown _1061987646.unknown _1061986299.unknown _1061986733.unknown _1061987436.unknown _1061986528.unknown _1061986246.unknown _1061986298.unknown _1061986234.unknown _1061974084.unknown _1061977766.unknown _1061977802.unknown _1061974218.unknown _1061973073.unknown _1061973907.unknown _1061973978.unknown _1061973117.unknown _1061972902.unknown