偏摩爾體積

【】甲苯-N,N-二甲基甲醯胺；表觀摩爾體積；超額摩爾體積；極限偏摩爾體積

；標準偏摩爾體積；超額偏摩爾體積；極限超額偏摩爾體積；

【or Key words】 Toluene-N,N-dimethylformamide； Apparent molar volume； Excess molar volume； Limiting partial molar volume； Standard partial molar volume； Excess partial molar volume； Limiting excess partial molar volume；

國家自然科學基金(批准號:20673080);西安工程大學科研啟動基金(批准號:BS07047)資助

化學常用計量及定律

1、物質的量、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度的概念及它們之間的關係。

2、有關物質的量、微粒數、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度的計算。

3、一定物質的量濃度溶液的配製。

實驗

偏摩爾體積 NaCl-H2O體系English version

目的

本實驗的目的是測定在一系列已知重量百分組成的NaCl-H2O溶液中，水和鹽的偏摩爾體積。

原理

我們只考慮常溫常壓下兩組分的溶液。如果溶液包含nA摩爾的組分A和nB摩爾的組分B，那麼，溶液的任何廣度性質(Y)可以表示為

(1)

那麼， （2）

（3）

把表觀摩爾體積φV定義為

（4）

式中V是包含nA摩爾A和nB摩爾B的溶液的體積，為在給定T，P時，摩爾純A的體積。方程（4）經重新整理得

(5)

方程（5）對nB微分得

(6)

以， ，V代替方程（3）中的， ， ，Y，並求

（7）

聯合方程（5），（6）和（7）給出

（8）

如果φV可以用nA,nB項表示，又已知分子量(MA,MB)和實驗溶液的密度(ρ)，則方程（6）和（8）提供了在溶液濃度為nA和nB時，計算 和 的方法。

考慮到

把這個值代入方程（4）

用重量摩爾濃度（m）更方便，式中nB=m，

nA=1000/MA，方程(9)變成

(10)

MA/VAO= =在T和P恆定時純A的密度，所以

（11）

在計算程序中，用方程(11)，(8)和(6)來計算所需的量。

儀器和藥品

恆溫槽(裝有水浴夾並調到指導教師認為適合的溫度)；兩隻25毫升玻璃(或塑料)帶塞容量瓶(用作比重瓶，並作為數據調入計算程序)；兩隻100毫升的燒杯，兩支裝有醫用滴管的毛細移液管，鏡頭紙。除恆溫槽以外，每個學生一套儀器，必須使用分析天平或讀到接近毫克的台秤；高純氯化鈉和蒸餾水。

實驗步驟

學生應洗凈和烘乾每個容量瓶和塞子並作記號以示區別(建議實驗前預先用不褪色墨水將瓶子和塞於作上記號，並在烘箱中烘乾)。稱量每個乾的、裝滿空氣的容量瓶。然後，每個容量瓶用蒸餾水裝到大約比瓶的刻度低1厘米處，將其中一個放在恆溫槽中。在槽中放3-5分鐘以後，用毛細移液管使水正好裝到刻度，用鏡頭紙吸去刻度以上粘附的液滴。取出瓶子，把外面徹底擦乾后，在天平上稱重。當該瓶從恆溫槽中取出放入第二個容量瓶(如果有足夠的恆溫槽，可以同時浸放兩個或兩個以上的容量瓶)。接著按第一個容量瓶的步驟處理第二個容量瓶。

現在已有每個容量瓶(比重瓶)裝滿空氣和裝滿水的重量。為了校正空氣的質量和得到"空"瓶重量，我們假設瓶的體積為25毫升。在室溫和大氣壓下，根據手冊查得的空氣密度乘25毫升，就是空氣在每個瓶中的質量。裝滿空氣的瓶重減去空氣的質量得到空瓶重。裝滿水的瓶重減去空瓶重，將其差值除以恆溫槽溫度下水的密度，得該溫度下瓶子的精確體積。

然後，依次取另一個容量瓶裝滿氯化鈉溶液中的一種溶液並稱重(這個瓶子在恆溫槽中，如前處理和裝滿)。給定的氯化鈉溶液的密度由裝滿溶液時瓶的重量與空瓶重量之差除以該瓶的精確體積來得到。

數據處理

用每種溶液的重量百分組成計算每種溶液的重量摩爾濃度。用方程(11)和各種參數值，計算每種溶液的φV值(如果溶劑不是水，必需是槽溫下純溶劑的密度)。以φV對m1/2作圖。畫出最佳直線並測定直線的斜率和截距。該圖中的斜率除以m1/2就得到方程(6)和(8)中的偏微商。圖上直線的斜率是

但

根據你的最佳直線，對每一重量摩爾內插求φV值。把這個"最佳"的φV代到方程(6)中，計算每種溶液的 值(溶質)。然後，用方程(8)來計算每種溶液的 值(溶劑)。(在這種計算中，應記住nB=m而nA= )

如果你需要有關圖解微分法測定偏摩爾體積的論述，可參看Klotz，Chemical Thermodynamics, Pretice-Hall(1964)或其他高等熱力學教科書。

對指導教師說明

為了節省學生的時間，建議溶液預先配製，並儲存在帶塞玻璃瓶中(因為氯化鈉溶液呈現出所謂"爬行"現象，溶液不應該儲存3-4天以上)。

因為容量玻璃儀器通常已在20℃校正，所以溶液應該儘可能在接近20℃配製。如果恆溫槽不能控制到20℃，蒸餾水可以用冰冷卻到20℃，配製溶液的瓶子保存在用冰冷卻到20℃的槽中。以後溶液就不需要保持在這個溫度了。