实验二 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T,p 不变的多组分体系中某组分i的偏摩尔体积定义为
⎛∂V⎫
Vi,m= （1） ⎪
∂n⎝i⎭T,p,nj(i≠j)若为二组分体系，则有
⎛∂V⎫⎛∂V⎫
V1,m= （2） V=⎪ ⎪2,m
⎝∂n1⎭T,p,n2⎝∂n2⎭T,p,n1则体系总体积
Ｖ＝ｎ1Ｖ1，m+ｎ2Ｖ2。m （3）
将(3)式两边同除以溶液质量
W
VW1V1,mW2=+
WM1WM2令
VVV
=α,1,m=α1,2,m=α2 （5） WWW
将（4）、（5）式代入（3）式可得 α＝Ｗ1%α1+Ｗ2%α2=(1-Ｗ2%)α1+Ｗ
2%α将（6）式对 Ｗ2%微分，则
∂α=-α1+α2,即α2=α1∂W2%2
（6）
将（7）式代回（6）式，整理得
α1=α-W2%
∂α
(8) ∂W1%
α2=α+W1%
∂α
（9） ∂W2%
三、仪器与药品
1.仪器： 恒温设备1套；分析天平；比重瓶(10mL)2个；工业天平(公用)；
磨口三角瓶(50mL)4个。
2.药品： 95％乙醇(分析纯)，纯水。
四、实验步骤
1. 调节恒温槽温度为(25.0±0.1)℃。
2. 以95％乙醇(E)及纯水(A)为原液，在磨口三角瓶中用分析天平称重，配制含Ａ质量百分数为0％，10%，20％，30%，40％，50%，60％，70%，80％，90%, 100％的乙醇水溶液，每份溶液的总质量为15g。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两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)，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。
3. 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、数据记录及处理
室温：22.56℃ 压强：101.100Kpa 纯水的密度：997kg/m3 1. 根据25 时水的密度和称量结果，求出比重瓶的容积。
表1 比重瓶容积的测定记录
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。
表2 不同组成溶液的密度测定记录
3、数据处理，以乙醇的百分含量为横坐标，比容为纵坐标作图如下:
1.251.20
1.151.10
溶液的比容
1.05
1.000.950.900.85
乙醇溶液的质量百分比浓度/%
先找出乙醇的质量分数为10%时所对应的溶液的比容 α=1.207，由镜面曲线法过
点（0.1 ，1.023）作曲线的切线。 由图可得出乙醇的质量分数为10%时，α水=1.000 α乙醇=1.023 V水=MH2O×αH2O=18×1.000=18.000ml V乙醇=MC2H5OH=46×1.023=47.08ml 100g该溶液的总体积V=M*α=102.32ml。
同理知 20%时: V水=17.58ml, V乙醇=47.69ml， V=103.67ml 30%时: V水=17.36ml, V乙醇=48.47ml， V=105.38ml
40%时: V水=17.08ml, V乙醇=49.27ml， V=107.11ml
50%时: V水=16.80ml, V乙醇=50.57ml， V=109.93ml
60%时: V水=16.37ml, V乙醇=51.45ml， V=111.85ml
70%时: V水=16.09ml, V乙醇=52.77ml， V=114.73ml
80%时: V水=15.69ml, V乙醇=54.02ml， V=117.43ml
90%时: V水=15.33ml, V乙醇=55.52ml， V=120.70ml
六、注意事项
1.实际仅需配制四份溶液，可用移液管加液，但乙醇含量根据称重算得。 2.为减少挥发误差，动作要敏捷。每份溶液用两比重瓶进行平行测定或每份样品重复测定二次，结果取其平均值。
3.拿比重瓶应手持其颈部。
七、思考题
1.使用比重瓶应注意哪些事项？ 答：(1)比重瓶使用前应预洗干净烘干。 (2)装待测液时应注意瓶内无汽包。
(3)装完待测液后应用纸擦干瓶外壁的水和毛细管膨胀出来的液体。 2.如何使用比重瓶测量粒状固体的度？ 答：(1)将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重Ｗ0。
(2)注入已知密度ρ1(t℃)的液体（注意该液体应不溶解待测固体，但能够 浸润它）。
(3)将比重瓶置于恒温槽中恒温10min，用滤纸吸去塞Ｂ毛细管口溢出的液 体。取出比重瓶擦干外壁，称重为Ｗ1。
(4)倒去液体将瓶吹干，装入一定量研细的待测固体（装入量视瓶大小而定）， 称重为 Ｗ2。
(5)先向瓶中注入部分已知密度为ρ(t℃)的液体，将瓶敞口放入真空干燥器内，用真空泵抽气约10min，将吸附在固体表面的空气全部除去。然后向瓶中注满液体，塞上塞Ｂ。同步(3)恒温10min后称重为Ｗ3。 (6)根据以下分式计算待测固体的密度ρS(t℃)。
ρs=
(m2-m0)⨯ρ1
(m1-m0)-(m3-m2)
3.为提高溶液密度测量的精度，可作哪些改进？ 答：(1)可多配置多一些质量分数的溶液。 (2)比重瓶称量前后都放在恒温水浴中10min。 (3)配置乙醇溶液的质量分数要精确。
实验二 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T,p 不变的多组分体系中某组分i的偏摩尔体积定义为
⎛∂V⎫
Vi,m= （1） ⎪
∂n⎝i⎭T,p,nj(i≠j)若为二组分体系，则有
⎛∂V⎫⎛∂V⎫
V1,m= （2） V=⎪ ⎪2,m
⎝∂n1⎭T,p,n2⎝∂n2⎭T,p,n1则体系总体积
Ｖ＝ｎ1Ｖ1，m+ｎ2Ｖ2。m （3）
将(3)式两边同除以溶液质量
W
VW1V1,mW2=+
WM1WM2令
VVV
=α,1,m=α1,2,m=α2 （5） WWW
将（4）、（5）式代入（3）式可得 α＝Ｗ1%α1+Ｗ2%α2=(1-Ｗ2%)α1+Ｗ
2%α将（6）式对 Ｗ2%微分，则
∂α=-α1+α2,即α2=α1∂W2%2
（6）
将（7）式代回（6）式，整理得
α1=α-W2%
∂α
(8) ∂W1%
α2=α+W1%
∂α
（9） ∂W2%
三、仪器与药品
1.仪器： 恒温设备1套；分析天平；比重瓶(10mL)2个；工业天平(公用)；
磨口三角瓶(50mL)4个。
2.药品： 95％乙醇(分析纯)，纯水。
四、实验步骤
1. 调节恒温槽温度为(25.0±0.1)℃。
2. 以95％乙醇(E)及纯水(A)为原液，在磨口三角瓶中用分析天平称重，配制含Ａ质量百分数为0％，10%，20％，30%，40％，50%，60％，70%，80％，90%, 100％的乙醇水溶液，每份溶液的总质量为15g。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两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)，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。
3. 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、数据记录及处理
室温：22.56℃ 压强：101.100Kpa 纯水的密度：997kg/m3 1. 根据25 时水的密度和称量结果，求出比重瓶的容积。
表1 比重瓶容积的测定记录
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。
表2 不同组成溶液的密度测定记录
3、数据处理，以乙醇的百分含量为横坐标，比容为纵坐标作图如下:
1.251.20
1.151.10
溶液的比容
1.05
1.000.950.900.85
乙醇溶液的质量百分比浓度/%
先找出乙醇的质量分数为10%时所对应的溶液的比容 α=1.207，由镜面曲线法过
点（0.1 ，1.023）作曲线的切线。 由图可得出乙醇的质量分数为10%时，α水=1.000 α乙醇=1.023 V水=MH2O×αH2O=18×1.000=18.000ml V乙醇=MC2H5OH=46×1.023=47.08ml 100g该溶液的总体积V=M*α=102.32ml。
同理知 20%时: V水=17.58ml, V乙醇=47.69ml， V=103.67ml 30%时: V水=17.36ml, V乙醇=48.47ml， V=105.38ml
40%时: V水=17.08ml, V乙醇=49.27ml， V=107.11ml
50%时: V水=16.80ml, V乙醇=50.57ml， V=109.93ml
60%时: V水=16.37ml, V乙醇=51.45ml， V=111.85ml
70%时: V水=16.09ml, V乙醇=52.77ml， V=114.73ml
80%时: V水=15.69ml, V乙醇=54.02ml， V=117.43ml
90%时: V水=15.33ml, V乙醇=55.52ml， V=120.70ml
六、注意事项
1.实际仅需配制四份溶液，可用移液管加液，但乙醇含量根据称重算得。 2.为减少挥发误差，动作要敏捷。每份溶液用两比重瓶进行平行测定或每份样品重复测定二次，结果取其平均值。
3.拿比重瓶应手持其颈部。
七、思考题
1.使用比重瓶应注意哪些事项？ 答：(1)比重瓶使用前应预洗干净烘干。 (2)装待测液时应注意瓶内无汽包。
(3)装完待测液后应用纸擦干瓶外壁的水和毛细管膨胀出来的液体。 2.如何使用比重瓶测量粒状固体的度？ 答：(1)将比重瓶洗净干燥，称量空瓶重Ｗ0。
(2)注入已知密度ρ1(t℃)的液体（注意该液体应不溶解待测固体，但能够 浸润它）。
(3)将比重瓶置于恒温槽中恒温10min，用滤纸吸去塞Ｂ毛细管口溢出的液 体。取出比重瓶擦干外壁，称重为Ｗ1。
(4)倒去液体将瓶吹干，装入一定量研细的待测固体（装入量视瓶大小而定）， 称重为 Ｗ2。
(5)先向瓶中注入部分已知密度为ρ(t℃)的液体，将瓶敞口放入真空干燥器内，用真空泵抽气约10min，将吸附在固体表面的空气全部除去。然后向瓶中注满液体，塞上塞Ｂ。同步(3)恒温10min后称重为Ｗ3。 (6)根据以下分式计算待测固体的密度ρS(t℃)。
ρs=
(m2-m0)⨯ρ1
(m1-m0)-(m3-m2)
3.为提高溶液密度测量的精度，可作哪些改进？ 答：(1)可多配置多一些质量分数的溶液。 (2)比重瓶称量前后都放在恒温水浴中10min。 (3)配置乙醇溶液的质量分数要精确。