偏摩尔体积测定

1、偏摩尔体积测定1 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。2 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, n B、温度、压力的函数，即V=f(nA,n，T，P）（C9.1 ）B组分 A、 B的偏摩尔体积定义为VA(VVB(V) T ,P ,n B)T, P,n A(C9.2)nAnB在恒定温度和压力下dV(V )T ,P ,n B dn A(V )T ,P ,nA dnB(C9.3)nAnBAABB（C9.4

2、）dV=Vdn + V dn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 = n AVAnBVB（C9.5 ）在恒温恒压条件下对式C9.5 微分dV=ndV V dn 十 n dVV dnAAAABBBB与式 C9.4 比较，可得吉布斯- 杜亥姆（ Gibbs-Duhem）方程n dV n dV =0（C9.6 ）AABB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 的表观摩尔体积，则V , BV nAVA（C9.7 ）nB*（ C9.8 ）V= nAVA nBV ,B在恒定 T、P 及 nA条件下，将

3、式C9.8 对 nB偏微分，可得VBV)T ,P ,nAV ,BV, B)T ,P ,nA(nB (（C9.9 ）nBnB由式 C9.5、 C9.8 得VA1nAVAnBV ,BnBVB（C9.10 ）nA将式 C9.9 代入式 C9.10VAVAnB2(V ,B )T ,P ,nA（C9.11 ）nAnBbB 为 B 的质量摩尔浓度（bB =n B/(n AMA) ； V ,B 为*B 的表观摩尔体积； 、 A 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V ,B1 (1 bB M B1 )bBA(C9.12)V ,BAM BbBA本实验测定 NaCl 水溶

4、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bB变化呈线性关系，因此作如下变换V,B)T , P ,nA1(V ,B)T , P ,nA(nAM AbBnB1V , Bb(B) T, P,n A(C9.13)nAM AbBbB1(V ,B2)T ,P ,nAbB nA M AbB将式 C9.13 代入 C9.11 和 C9.9，可得3VVAVAM AbB 2, B) T, P ,n A(C9.14)2(bBVBV , BbB(V , B) T, P ,n A(C9.15)2bB配制不同浓度的

5、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 bB图，可得一直线，从直线求得斜率(V ,B )T , P,n A 。由式C9.14 、 C9.15 计算 VA、VB 。bB3 仪器与试剂分析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. ）4 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

6、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) 参见本书 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，

7、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

8、操作。5 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bB ，计算 各浓度 NaCl 溶液的 V ,B ，作 V ,B bB 图，求直线的斜率 (V ,B )T , P, nA。bB3）根据式 C9.14、C9.15 计算各浓度 NaCl 溶液的 V 、V 。计算时应该从 V,BbB 图上AB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12345备注溶液质量百分浓度室温恒温槽温度水的密度NaCl摩尔质量水的摩尔质量NaCl 重量NaCl+ 水重量比重管重量比重管 +水重量比重管 +溶液重量溶液密度溶液质量摩尔浓度bBNaC