Question

帮忙解下这道化学题，高分！

常温下，将体积大致相等的水和酒精（密度0.789g/cm^3)依次缓缓注入容量瓶中（细颈容器）中，注满后立即塞紧塞子振荡，静置片刻，瓶颈上部有空柱形成。实验发现，若水和酒精的先后注入顺序不同，形成的空柱长短也不同。何种加液顺序形成的空柱长？为什么？
请各位说明原因，好的回答还有加分！

Answer 1

先加水后加酒精的空柱长些。
因为水的密度比酒精大，当你先加水后加酒精时，酒精由于密度小所以在上面，不能与水充分混合，即水和酒精的分子之间的空隙没有相互占领；当你颠倒混合时，2者互相侵占对方的空隙，所以体积会减少。
当你先加酒精再加水时，由于水的密度比较大，水会慢慢往下沉，在下沉的时候，水其实已经侵占了酒精分子间的空隙，所以你再怎么颠倒，形成的空柱也不会很长。
这个要从微粒间的空隙来解释的。

Answer 2

应是先加酒精再加水空柱长
因为酒精比水密度小,先加水再加酒精的话酒精会处在水的上层,不能充分互溶
而先加酒精再加水由于密度差异,能使它们充分互溶,形成较长的空柱.

Answer 3

先加水后加酒精的空柱长些。
因为水的密度比酒精大，当你先加水后加酒精时，酒精由于密度小所以在上面，不能与水充分混合，即水和酒精的分子之间的空隙没有相互占领；当你颠倒混合时，2者互相侵占对方的空隙，所以体积会减少。
当你先加酒精再加水时，由于水的密度比较大，水会慢慢往下沉，在下沉的时候，水其实已经侵占了酒精分子间的空隙，所以你再怎么颠倒，形成的空柱也不会很长。
这个要从微粒间的空隙来解释的。
回答者： 丸风の山造 - 魔导师 十级 3-8 17:58

”先加水后加酒精的空柱长些。
因为水的密度比酒精大，当你先加水后加酒精时，酒精由于密度小所以在上面，不能与水充分混合，即水和酒精的分子之间的空隙没有相互占领；当你颠倒混合时，2者互相侵占对方的空隙，所以体积会减少。
当你先加酒精再加水时，由于水的密度比较大，水会慢慢往下沉，在下沉的时候，水其实已经侵占了酒精分子间的空隙，所以你再怎么颠倒，形成的空柱也不会很长”

说的很有道理，但是这样的话，先倒水后倒酒精倒入的水会更多些，跟楼主将体积大致相等的水和酒精的前提有些矛盾．
如果前提为先倒入细颈瓶的一半，再将瓶子加满的话，就对了．
回答者： 370116 - 武林盟主 十六级 3-8 17:59

Answer 4

空柱是由于水和酒精(乙醇)互相混合以后,总体积减少形成的,我想这个没有疑义了吧?我觉得1楼的想法没有错,但是解释却偏离了"与微粒间的间隙有关"这个说法,而且与事实正好相反.大家知道水的分子式是H2O,乙醇的分子式是CH3CH2OH,明显乙醇的分子是要大过水的分子的.试想一下,在一个筐子里,先装满排球,可以再装入乒乓球,但是先装满乒乓球,可能再装入排球吗?这个例子是夸张了点,但是这道题的原理跟此相仿.如果先倒入酒精,再倒入水,一方面水的密度比较大,会下沉,另一方面乙醇中的分子间隙比较大,水分子易于占领这些空间;相反,如果先倒入酒精,再倒入水,就不会出现这种情况,这就使得“先倒入水,再倒入酒精”混合后的体积比“先倒入酒精,再倒入水”要大，空柱相应就要短(因为两种情况下,倒入的水和酒精的体积是一样的).所以说先加酒精后加水的空柱长些。

Answer 5

我是化学专业人士,我来回答这个问题:
我们知道分子间都有间隙这个常识,在这里无论是多少ml的酒精分子进入水分子间隙,还是多少ml的水分子进入了酒精分子间隙暂不做微观的讨论,因为无论是哪种情况都表现为宏观上体积的减少.
我们试图寻找一种使问题简单化,理想化的科学方法.
学过化学的人都使用过容量瓶这种容器,有50ml,100ml,150ml,250ml等几种规格.我们假设采用250ml容量瓶(因为体积越大,使得"1+1<2"现象越明显).
为了更好的解决好这个问题,我做了以下几种理想化假设:
假设1,加入酒精和水的过程中完全不互溶.那么加入125ml水和125ml酒精恰好注满容量瓶.然后在震荡,这时形成体积比50%的酒精溶液,根据密度可求出溶液体积,进而可求得空拄长度,设为 acm.可问题是假设1在现实中不可能.
假设2,在加入酒精和水的过程中发生一定量的互溶,且先加125ml酒精.根据假设可知,当我们再加入125ml水后并没有注满容量瓶,假设仍需V1ml水才是容量瓶注满.注满后震荡,设空拄长为b cm.则,形成的酒精溶液体积比为:125/(125+V1)<50% .此情况在现实中完全可能.
假设3,在加入酒精和水的过程中发生一定量的互溶,且先加125ml水.根据假设可知,当我们再加入125ml酒精后并没有注满容量瓶,假设仍需V2ml酒精才是容量瓶注满.注满后震荡,设空拄长为c cm.则,形成的酒精溶液体积比为:(125+V2)/125>50% .此情况在现实中完全可能.
假设4,假设V1=V2,因为酒精能和水瞬间已任意比混溶,所以做此假设.(不信者可以实验验证)这个假设是解决问题的关键.
因为V1,V2(小于10ml),相比较250ml而言可忽略其相混溶(非震荡).且配成的溶液(震荡后)体积比都非常接近50%,密度接近相等(相同温度下体积比相同的同种溶液密度相等);所以根据V=m/密度 而假设2的m>假设3的m 所以 假设2的溶液体积大于假设3的溶液体积,因此他们上面的空拄长度b<c,即先加水空拄长.
这个问题我们不能从密度大小和混溶程度等微观去考虑,因为酒精和水的混溶性很好,在加入的过程中就形成均一稳定的溶液了.
空拄的形成除了和分子间隙有关还和酒精的挥发及容量瓶塞和壁上沾有溶液的多少有关.总之 先后顺序会影响空拄的长度,但差别很小.

Answer 6

我看了大家的回答，都是从逻辑上来推论的，个人觉得应该是先加水后加酒精的方式留下的空注长度大。理由是充分混合之前的2者混合的程度小。
不过我不知道有没有人动手做一做这个实验呢？我手头没有工具，我想有人有，谁把实验的结果告诉大家。（最好留出一段空注，不要加满，否则塞子就取不出来了）