부분 몰 볼륨 자금

중국 국립자연과학재단(보조금 번호: 20673080), 시안 폴리테크닉 대학교 과학 연구 창업 기금(보조금 번호: BS07047)

1. 물질의 양, 몰질량, 기체의 몰부피, 물질의 양과 농도의 개념 및 이들 사이의 관계.

2. 해당 물질의 양, 입자 수, 몰 질량, 가스 몰 부피 및 물질의 양 농도를 계산합니다.

3. 특정 물질 농축 용액의 준비.

우리는 실온과 압력의 2성분 솔루션만 고려합니다. 용액에 nA 몰의 성분 A와 nB 몰의 성분 B가 포함되어 있으면 용액의 광범위한 특성(Y)은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

(1)

그러면 ( 2)

(3)

겉보기 몰 부피 ΦV를 다음과 같이 정의합니다.

(4)

여기서 V에는 nA가 포함됩니다. 몰 A와 nB의 용액 몰 B는 주어진 T와 P에서 순수한 A의 몰 부피입니다. 방정식 (4)는 다음을 얻기 위해 재정렬됩니다.

(5)

방정식 (5)는 nB로 미분되어 다음을 얻습니다.

(6)

방정식 (3)의 , , ,Y를 , ,V로 바꾸고

(7)

결합된 방정식 (5), (6) 및 (7)을 찾으십시오.

(8)

ψV를 nA로 표현할 수 있다면 nB 항으로 실험용액의 분자량(MA, MB)과 밀도(ρ)를 알면, 그러면 식 (6)과 (8)은 용액 농도가 nA와 nB일 때 합을 계산하는 방법을 제공합니다.

고려

이 값을 방정식 (4)에 넣으세요

nB=m인 경우 몰 농도(m)를 사용하는 것이 더 편리합니다.

nA=1000/MA, 방정식 (9)는

(10)

MA/VAO= = T와 P가 일정할 때 순수 A의 밀도이므로

(11)

계산 프로그램에서 방정식 (11), (8) 및 (6)을 사용하여 필요한 수량을 계산합니다. 온도 조절 장치(수조 클램프가 장착되어 있고 강사가 적절하다고 판단하는 온도로 조정됨) 2개의 25ml 유리(또는 플라스틱) 마개가 있는 부피 플라스크(비중병으로 사용되며 데이터로 계산 프로그램에 전송됨) 의료용 점적기, 렌즈 티슈가 있는 모세관 피펫 2개. 온도 조절 욕조 외에도 각 학생은 고순도 염화나트륨과 증류수를 읽을 수 있는 분석 저울 또는 벤치 저울을 포함한 일련의 도구를 가지고 있어야 합니다.

실험 단계

학생들은 각 부피 플라스크와 마개를 세척하고 건조시킨 후 차이점을 표시해야 합니다. (실험 전에 병과 마개에 지워지지 않는 잉크로 표시하는 것이 좋습니다) 표시하고 오븐에서 건조시킵니다.) 건조하고 공기가 채워진 부피 플라스크의 무게를 측정합니다. 그런 다음 각 부피 플라스크에 증류수를 플라스크 표시 아래 약 1cm까지 채우고 그 중 하나를 항온조에 넣습니다. 수조에 3~5분 정도 담근 후 모세관 피펫을 이용하여 눈금에 정확하게 물을 채우고, 눈금 위에 붙어 있는 물방울은 렌즈지를 이용하여 흡수시켜 줍니다. 병을 꺼내어 겉면을 잘 말린 후 저울에 올려 놓습니다. 병을 항온조에서 꺼낸 후 두 번째 부피 플라스크에 넣습니다(항온조가 충분할 경우 두 개 이상의 부피 플라스크를 동시에 배치할 수 있음). 그런 다음 첫 번째 부피 플라스크의 단계에 따라 두 번째 부피 플라스크를 처리합니다.

이제 공기와 물로 채워진 각 부피 플라스크(비중병)의 무게를 알 수 있습니다. 공기 질량을 보정하고 빈 병의 무게를 구하기 위해 병의 부피가 25ml라고 가정합니다. 실온 및 대기압에서 설명서에 나온 공기 밀도에 25ml를 곱합니다. 이는 각 병에 들어 있는 공기의 질량입니다. 빈 병의 무게를 구하기 위해 공기로 채워진 병의 무게에서 공기의 질량을 뺍니다. 물이 채워진 병의 무게에서 빈 병의 무게를 빼고, 그 차이를 항온조 온도에서의 물의 밀도로 나누어 해당 온도에서의 병의 정확한 부피를 구합니다.

그런 다음 다른 부피 플라스크에 염화나트륨 용액 중 하나를 채우고 무게를 측정합니다(이 병은 전처리 및 충전 등 항온조에 있습니다). 주어진 염화나트륨 용액의 밀도는 용액을 채웠을 때 병의 무게와 빈 병의 무게 사이의 차이를 병의 정확한 부피로 나누어 구합니다.

데이터 처리

각 용액의 중량 백분율을 사용하여 각 용액의 몰 농도를 계산합니다. 방정식 (11)과 다양한 매개변수 값을 사용하여 각 용액의 ΦV 값을 계산합니다(용매가 물이 아닌 경우 수조 온도에서 순수 용매의 밀도여야 함). m1/2에 대한 ΦV를 플롯합니다. 최적의 직선을 그리고 선의 기울기와 절편을 결정합니다. m1/2로 나눈 이 그래프의 기울기는 방정식 (6)과 (8)의 편도함수를 제공합니다. 그래프에서 직선의 기울기는 다음과 같습니다.

그러나

가장 좋은 직선을 기준으로 무게 1몰당 ΦV 값을 보간하세요. 이 최적의 ΦV를 방정식 (6)에 대입하여 각 솔루션의 값(용질)을 계산합니다. 그런 다음 방정식 (8)을 사용하여 각 솔루션의 (용매) 값을 계산합니다. (이 계산에서 nB=m 및 nA= 임을 기억하십시오.)

부분 몰 부피를 결정하기 위한 그래픽 미분 방법에 대한 논의가 필요한 경우 Klotz, Chemical Thermodynamics, Pretice-Hall(1964) 또는 다른 고급 열역학 교과서.

강사 유의사항

학생들의 시간을 절약하기 위해 미리 용액을 만들어 마개가 있는 유리병에 담아 보관하는 것이 좋습니다(염화나트륨 용액은 소위 크롤링 현상이 발생하므로 솔루션을 3~4일 이상 보관하면 안 됩니다.)

체적 유리 기구는 일반적으로 20°C에서 교정되므로 용액은 가능한 한 20°C에 가깝게 준비해야 합니다. 항온조를 20°C로 조절할 수 없는 경우에는 증류수를 얼음을 넣어 20°C까지 식혀도 되며, 용액조제용 병은 얼음을 넣어 20°C로 식힌 탱크에 보관한다. 앞으로도 용액을 이 온도로 유지할 필요는 없습니다.