凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量

1、點(diǎn)降低測(cè)定摩爾質(zhì)量姓名:張健班級(jí):材02學(xué)號(hào)：38同組姓名：李根實(shí)驗(yàn)日期：2012-03-17帶實(shí)驗(yàn)老師：李琛1引言理想稀薄溶液具有依數(shù)性，其凝固點(diǎn)下降的數(shù)值只和所含溶質(zhì)的粒子數(shù)目有關(guān)，而與溶 質(zhì)的特性無關(guān)。因此，通過測(cè)定溶液凝固點(diǎn)下降的數(shù)值，可以求出未知化合物的摩爾質(zhì)量。 本實(shí)驗(yàn)以去離子水和尿素為例，通過繪出尿素的水溶液的過冷曲線，確泄出尿素的水 溶液凝固點(diǎn)的降低值，進(jìn)而求得尿素的摩爾質(zhì)量。同時(shí)通過本實(shí)驗(yàn)，掌握用凝固點(diǎn)降低測(cè)左 未知化合物摩爾質(zhì)量的方法。一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用凝固點(diǎn)降低法測(cè)立尿素的摩爾質(zhì)量。2、訓(xùn)練間接誤差計(jì)算方法。二實(shí)驗(yàn)原理在溶液濃度很稀時(shí)，如果溶質(zhì)與溶劑不生成固溶體，溶液的凝

2、固點(diǎn)降低值心緯與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度叫(mol - kg1)成正比即7二匕叫(4-1)(4-2)(4-3)式中陷-溶劑的質(zhì)量(kg)% -溶質(zhì)的質(zhì)量(kg)知-溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)(K-kg-moD溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量(kg moV)。若已知禺，測(cè)得A7/,便可用式(4-3)求得純?nèi)軇┖腿芤涸诶鋮s過程中，其溫度隨時(shí)間而變化的冷卻曲線見圖4-1所示。純?nèi)軇┑?冷卻曲線見圖4-1 (a),曲線中的低下部分表示發(fā)生了過冷現(xiàn)象，即溶劑冷至凝固點(diǎn)以下仍 無固相析出，這是由于開始結(jié)晶岀的微小晶粒的飽和蒸氣壓大于同溫度下普通晶體的飽和蒸氣壓，所以往往產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，即液體的溫度要降低到凝固點(diǎn)以下才能析出固體，隨后溫度

3、 再上升到凝固點(diǎn)。溶液的冷卻情況與此不同，當(dāng)溶液冷卻到凝固點(diǎn)時(shí)，開始析出固態(tài)純?nèi)軇?。隨著溶劑的 析出而不斷下降，在冷卻曲線上得不到溫度不變的水平線段，如圖4-1 （b）所示。因此， 在測(cè)左濃度一左的溶液的凝固點(diǎn)時(shí)，析岀的固體越少，測(cè)得的凝固點(diǎn)才越準(zhǔn)確。同時(shí)過冷程 度應(yīng)盡呈:減小，一般可采用在開始結(jié)晶時(shí)，加入少量溶劑的微小晶體作為晶種的方法，以促 使晶體生成，溶液的凝固點(diǎn)應(yīng)從冷卻曲線上待溫度回升后外推而得，見圖4-1 （b）o1圖4-1純?nèi)軇╝）和溶液（b）的冷卻曲線2實(shí)驗(yàn)部分儀器、藥品及實(shí)驗(yàn)條件儀器：SWC-IID 密數(shù)字溫度溫差儀：78-2型雙向磁力攪拌器；DC-2010肖能型智能恒溫槽;

4、 洗耳球；移液管（25ml）：（裝置示意圖見下）圖2-7-2凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)裝置圖藥品：尿素（分析純）去離子水三.實(shí)驗(yàn)步驟1儀器裝置將恒溫槽溫度調(diào)至-6 C左右，通入冷阱。用移液管移取25 mL去 離子水，加入大試管。調(diào)整數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)溫探頭，使探頭頂端處于液體的中下 部。調(diào)整磁力攪拌器轉(zhuǎn)速旋鈕至適當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度，保持恒定。2溶劑凝固點(diǎn)的測(cè)定 觀察數(shù)字溫度計(jì)，當(dāng)溫度降至1 C時(shí)，打開秒表，每半分 鐘記錄一次溫度值。當(dāng)溫度降低到最低點(diǎn)后，溫度開始回升，說明此時(shí)晶體已經(jīng) 在析出。直到升至最高，在一段時(shí)間內(nèi)恒定不變。此時(shí)溫度即為溶劑的凝固點(diǎn)。 取岀大試管，不要使溶劑濺到橡皮塞上，用手捂住試管下部片刻或用手

5、撫拭, 用手溫將晶體全部融化（注意不要使溫度升高過多，避免以后實(shí)驗(yàn)的降溫時(shí)間過 長(zhǎng)）。將大試管放回冷阱，重復(fù)上述操作。如此再重復(fù)數(shù)次，直到取得三個(gè)偏差不 超過土 C的值。取其平均值作為溶劑水的凝固點(diǎn)。3溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定取出大試管，在管中加入g左右（準(zhǔn)確到g）的尿素， 注意不要粘于管壁上（可先將尿素壓成片）。拿掉磁力攪拌器上的冷阱，將大試 管直接放在磁力攪拌器上攪拌至全部溶解，然后按裝置圖將儀器裝好。觀察數(shù)字 溫度計(jì)，當(dāng)溫度降至1 C時(shí)，打開秒表，每半分鐘記錄一次溫度值，當(dāng)溫度降 至最低開始回升后（晶體析出），注意觀察，將最高點(diǎn)溫度記錄下來。此后再記 錄67個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。四. 結(jié)果與討論L測(cè)量

6、溶劑水凝固點(diǎn)時(shí)間（S）溫度（C）時(shí)間（s）溫度（C）0420304506048090510120510150570180600210630240660270690300720330750360780390表1去離子水溫度表時(shí)間（s）溫度（C）時(shí)間（s）溫度（C）07203075060780908101208101508701809002109302409602709903001020330105036010803901110420114045011704801200510123054012605701290600132063013506601380時(shí)間（S）溫度（C）時(shí)間（s）溫度（C）060

7、03063060660906901207201507501807802108102408102708703009003309303609603909904201020450105048010805101110540570表2去離子水溫度表表3去離子水溫度表在進(jìn)行對(duì)去離子水凝固點(diǎn)測(cè)量的過程中，雖然在以一次操作過程中的部分操作（如防止 大試管與冷阱底部相接觸而包裹的衛(wèi)生紙過厚，造成最初數(shù)據(jù)不是很準(zhǔn)確）出了問題，但并 不影響對(duì)去離子水凝固點(diǎn)的判斷，通過三組數(shù)據(jù)可以得到水的凝固點(diǎn)依次為C, C, C, 所以通過取平均值可得去禽子水的凝固點(diǎn)為C 2.測(cè)量尿素水溶液的凝固曲線時(shí)間（S）溫度（C）時(shí)間（s）

8、溫度（C）時(shí)間（s）溫度（C）087017 10309001770609301800909601830120990186015010201890180105019202101080195024011101980270111020103001170201033012002070360123021003901260213042012902160450132021904801350222051013802250540111022805701440231060011702310630150023706601530210069015602130720159021607501620219078016502

9、52081016808401710表4尿素水溶液溫度表加入尿素的質(zhì)量：g去離子水體枳：mb水密度為g/mL,故溶劑質(zhì)量為:g/mL*25 mL=25g利用origin作尿素水溶液時(shí)間溫度曲線如下圖P/nddiu一-0.007030060090012001500180021002400Time/s圖1 尿素水溶液時(shí)間溫度曲線如圖，取2220225022802310進(jìn)行外推，由外推法得尿素水溶液的凝固點(diǎn)為C3數(shù)據(jù)處理分析1. 通過2中origin作圖，可以通過外推法得出尿素水溶液的凝固點(diǎn)為：2. 計(jì)算尿素的摩爾質(zhì)量，并與文獻(xiàn)值比較，求其百分誤差。ATf () = C=g/mol文獻(xiàn)值為g/mol相

10、對(duì)誤差為3. 考慮稱量、移液和溫度測(cè)星三項(xiàng)誤差來源，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差(分別用平均誤差和標(biāo) 準(zhǔn)誤差表示)。英中Y為間接測(cè)量值，丸為直接測(cè)量值，兩者之間關(guān)系為Y=/X)結(jié)果的相對(duì)不確左度公式=電子天平的誤差算作，移液管的不確左度為，溫度訃的不確泄度是,UST/ =(2U=、伍 X 0.005=xio-Ms= g/mol可見誤差的主要來源是溫度和質(zhì)量的測(cè)量，而移液造成的誤差要小得多。討論分析1）從文獻(xiàn)上查得尿素的原子疑為mol,而實(shí)測(cè)結(jié)果為mol,這與文獻(xiàn)值相差較大，精確 度與準(zhǔn)確度都不髙，個(gè)人認(rèn)為這可能與下面幾個(gè)方面有關(guān)：A. 溶質(zhì)在溶液中或多或少會(huì)發(fā)生締合與分解，而公式的推導(dǎo)過程是假設(shè)上述現(xiàn)象

11、不 會(huì)發(fā)生，因此由公式算岀來的值會(huì)岀現(xiàn)偏差。B. 在實(shí)驗(yàn)中冷卻水的溫度為-59,這樣的話會(huì)對(duì)在冷卻過程中，寒劑溫度過低，過冷 太厲害，則凝固熱抵償不了散熱，此時(shí)溫度不能回升到凝固點(diǎn)，在溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)完全凝 固，就得不到正確的凝固點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)值偏差較大。C. 在溫度回升過程中，由于析岀的晶體的量不同，回升溫度的最高點(diǎn)不易相同，這也 會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來偏差。D. 本組所使用的套管與浴槽規(guī)格存在偏差，有可能造成溶劑和溶液里溫度不均，同時(shí) 使數(shù)字溫度計(jì)示數(shù)有所波動(dòng)，給讀取數(shù)據(jù)時(shí)帶來誤差。E. 結(jié)晶所得的固體可能較大，而不是實(shí)驗(yàn)要求得到的小冰晶F. 攪拌時(shí)有樣品濺在器壁上，致使去去離子水量偏少，從而使加,偏大

12、偏小，而 由稀溶液依數(shù)性可知，尿素的添加量所引起的減少比例要小于的減小比例，故由公 式m=K,型生旳叫 所得的尿素的摩爾質(zhì)量偏大2)對(duì)實(shí)驗(yàn)的看法：由于本實(shí)驗(yàn)需測(cè)出溶液的過冷曲線，人工操作上存在偏差，若是能 將數(shù)字溫度汁與電腦終端相連，進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖，作岀的曲線會(huì)相對(duì)準(zhǔn)確?？偟膩碚f，該實(shí)驗(yàn) 操作較貝克曼法簡(jiǎn)單，可靠性較髙，能夠容易通過此法掌握用凝固點(diǎn)降低測(cè)泄化合物的摩爾 質(zhì)量。從實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以看出，這次實(shí)驗(yàn)在溫度測(cè)立上不是很精確。4.結(jié)論實(shí)驗(yàn)測(cè)得尿素的摩爾質(zhì)雖:為土 g/mol五. 參考文獻(xiàn)11清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)北京:淸華大學(xué)岀版社，1991六. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)

13、學(xué)會(huì)了用凝固點(diǎn)測(cè)定尿素摩爾質(zhì)量的方法，掌握了凝固點(diǎn)測(cè)定藥品摩爾質(zhì) 量的原理。本實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵為控制過冷程度以及攪拌速度。只有固相充分分散到液相中，也就是 固液兩相的接觸而相當(dāng)大時(shí)，平衡才能達(dá)到。在實(shí)驗(yàn)過程中要盡可能地控制攪拌速度，從而 控制溶液的過冷程度，保證小冰晶的形成，并使微小的冰晶與溶液兩相充分接觸，從而測(cè)得 固液兩相共存的平衡溫度。七. 思考題1. 實(shí)驗(yàn)中所配溶液濃度太濃或太稀都會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。為什么答：凝固點(diǎn)降低是稀溶液依數(shù)性質(zhì)的一種表現(xiàn)。當(dāng)確左了溶劑的種類和數(shù)疑后，溶劑凝 固點(diǎn)降低只和溶液中所含溶質(zhì)分子的數(shù)目有關(guān)。對(duì)于理想稀溶液，凝固點(diǎn)降低與溶液成分關(guān)系由范霍夫凝固點(diǎn)降

14、低公式給出：冋=W)2Azm(A) nB+nAR(T；y當(dāng)溶液很稀時(shí)，nBnA則二一-代Kf的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。而當(dāng)太濃時(shí)溶液便不會(huì)符合稀溶液這一條件，而當(dāng)太 稀時(shí)，其改變的凝固點(diǎn)的值過小，不利于測(cè)疑計(jì)算。所以說溶液濃度太濃或太稀都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。2. 測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，純?nèi)軇囟然厣竽苡幸幌鄬?duì)恒泄階段，而溶液則沒有。為什么答：對(duì)于純?nèi)軇﹣碚f，溶劑溫度回升后，隨著溶劑晶體的不斷析出，溶劑的濃度并不改 變，所以凝固點(diǎn)固左不變：而溶液則不同，當(dāng)溶液溫度回升后，隨著溶液中溶劑晶體的不斷 析出，溶液的濃度不斷增大，凝固點(diǎn)會(huì)逐漸降低。3. 為什么會(huì)產(chǎn)生過冷現(xiàn)象答：在一左壓力下，當(dāng)液體的溫度

15、已低于該壓力下液體的凝固點(diǎn)，而液體仍不凝固的現(xiàn)象 叫液體的過冷現(xiàn)象。其產(chǎn)生的原因是結(jié)晶。實(shí)際結(jié)晶溫度低于了理論的結(jié)晶溫度。關(guān)于結(jié)晶溫度的解釋：物體在無限緩慢的冷卻條件下(即平衡狀態(tài)下)的結(jié)晶溫度稱為理論結(jié)晶溫度。但是， 實(shí)際情況我們是不可能達(dá)到這種無限緩慢的速度的，實(shí)際情況下物體結(jié)晶的溫度就叫做實(shí)際 結(jié)晶溫度。4. 原理中計(jì)算公式的導(dǎo)出作了哪些近似處理，如何判斷本實(shí)驗(yàn)中這些假設(shè)的合理性答：一共有四個(gè)假設(shè)，分別為：假設(shè)1.析出的第一粒固體是純的；假設(shè)2.純A的摩爾熔化熱不隨T變化；假設(shè)3.溶液為理想稀薄溶液；TXT假設(shè)4仃仃S詳細(xì)如下：凝固點(diǎn)降低的泄義A7/=7/-7/，其中、乃分別為純?nèi)軇?、?/p>

16、液的凝固點(diǎn)。只討論固相為純?nèi)軇┕腆w時(shí)的情況。在一左壓力下，當(dāng)溶液溫度降低到凝固點(diǎn)時(shí)析出的 第一粒固體是純的A(s)0 (假設(shè)1)對(duì)于純?nèi)軇〢,在凝固點(diǎn)時(shí)有：A(s)二 A(l)則山(s,T；, p)=兒P)若加入溶質(zhì)B, A的化學(xué)勢(shì)將降低。即dCP)d(sln，7，P)。溶液凝固點(diǎn)降低。溶液凝固點(diǎn)時(shí)，含A為xA的溶液與純A固體平衡共存A (sin) = A 則業(yè)(T，”, ) = “： H)取微分得山“(了，卩,無)=($, 7；刃等壓下(通常 p =101325Pa), 上式變?yōu)閒(sln)dT + 竺単dxA=-SmA(s)dT.OXA J7p如果溶液是理想溶液或理想稀薄溶液，則“4 (s

17、in)=此 + M In 心 + J； VmAdp沁叫J紅+財(cái)(沁+匕嗣| =0+竺+0 =竺 L 尤 U I 說 h ir.P 兀心代入前式得RT-S4(sln)dT + dx,=-Sffl.Js)dT財(cái)dig = s.4 (sin) - s心(s) dr = -ASdr=-dr式中AS與AH分別表示凝固點(diǎn)時(shí)溶液中ImolA可逆地凝固為純A(s)的炳變和熔變。 乂AH = A； HmA = _ HmAZH心分別表示純?nèi)说哪柲虩岷湍柸刍療幔肭笆椒e分得：假設(shè)純A的摩爾熔化熱不隨T變化（假設(shè)2）,則上式為:此公式適用于理想稀薄溶液或任意濃度的理想溶液。只有當(dāng)心1時(shí)，溶液才是理想稀薄溶液（假設(shè)3力所以可以得到化簡(jiǎn)式:ln(l-xj =嘰(DRT；TfRTfTf*x左端忽略巾的髙次項(xiàng)，右端n（假設(shè)4）.化簡(jiǎn)得:R、.、RT； “_吋嘰“心&H心心 力心nAMA其中與心分別為B與A的物質(zhì)的咼：MA是A的摩爾質(zhì)量，單位kg/mol,則有勺 -b77. M.AAK _眄