1凝固點降低試驗報告

1、華南師范大學實驗報告學生姓名學 號專 業(yè) 化學(師范)年級、班級課程名稱物理化學實驗實驗項目凝固點降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量實驗類型 ：驗證設計綜合 實驗時間年月日實驗指導老師蔡躍鵬實驗評分【實驗目的】1 、明確溶液凝固點的定義及獲得凝固點的正確方法。2 、確定環(huán)己烷的凝固點降低值，計算萘的相對分子質(zhì)量。3、掌握凝固點將定分子量的原理，加深對稀溶液依數(shù)性的理解。4、掌握貝克曼溫度計的使用方法?！緦嶒炘怼课镔|(zhì)的相對分子質(zhì)量是了解物質(zhì)的一個最基本且重要的物理化學數(shù)據(jù)，其測定方法有許多種。凝固點降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量是一個簡單又比較準確的方法，在溶液理論研究和實際應用 方面都具有重要意義。

2、凝固點降低是稀溶液的一種依數(shù)性，這里的凝固點是指在一定壓力下，溶液中純?nèi)軇╅_始析出 的溫度。由于溶質(zhì)的加入，使固態(tài)純?nèi)軇娜芤褐形龀龅臏囟萒f比純?nèi)軇┑哪厅c Tf*下降，其降低值厶T=T*-Tf與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，即 Tf =Kf m(3-1)式中， Tf為凝固點降低值；m為溶液質(zhì)量摩爾濃度；Kf為凝固點降低常數(shù)，它與溶劑的特性有關。表3-1給出了部分溶劑的凝固點降低常數(shù)值。表3-1幾種溶劑的凝固點降低常數(shù)值溶劑水醋酸笨環(huán)己烷環(huán)己醇萘三溴甲烷Tf*/KKr/(K kg/mol)20若稱取一定量的溶質(zhì)WB(g)和溶劑W(g)，配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度m為m= W103 mol

3、/kg(3-2)MB式中，MB為溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量。將式(3-2)代入式(3-1)，整理得KW3MB= x 10 mol/kg(3-3) Tf若已知某溶劑的凝固點降低常數(shù)Kf值，通過實驗測定此溶液的凝固點降低值Tf，即可計算溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量 M。通常測定凝固點的方法有平衡法和貝克曼法(或步冷曲線法)。本實驗采用后者。其基本原理是將純?nèi)軇┗蛉芤壕徛齽蛩倮鋮s，記錄體系溫度隨時間的變化，繪出步冷曲線(溫度-時間曲線)，用外推法求得純?nèi)軇┗蛳∪芤褐腥軇┑哪厅c。首先，將純?nèi)軇┲鸩嚼鋮s時，體系溫度隨時間均勻下降，到某一溫度時有固體析出，由于結(jié)晶放出的凝固熱抵消了體系將溫室傳遞給環(huán)境的熱量，因而保持固液

4、兩相平衡，當放熱與散熱達到平 衡時，溫度不再改變。在步冷曲線上呈現(xiàn)出一個平臺；當全部凝固后，溫度又開始下降。從理論上 來講，對于純?nèi)軇?，只要固液兩相平衡共存，同時體系溫度均勻，那么每次測定的凝固點只應該不 變。但實際上由于過冷現(xiàn)象存在，往往每次測定值會有起伏。當過冷現(xiàn)象存在時，純?nèi)軇┑牟焕淝?線如圖3-1(a)所示。即先過冷后足夠量的晶體產(chǎn)生時，大量的凝固熱使體系溫度回升，回升后在某 一溫度維持不變，此不變的溫度作為純?nèi)軇┑哪厅c。稀溶液的凝固點測定也存在上述類似現(xiàn)象，如圖3-1(b)所示。沒有過冷現(xiàn)象存在時，溶液首先均勻降溫，當某一溫度有溶齊U開始析出時，凝固熱抵消了部分體系向環(huán)境的放熱，因

5、此降溫變緩慢， 在步冷曲線上表現(xiàn)為一個轉(zhuǎn)折點，此溫度即為該平衡濃度稀溶液的凝固點，隨著溶劑析出，溶液濃 度增加，凝固點逐漸降低。但溶液的過冷現(xiàn)象也是普遍存在的。當某一濃度的溶液逐漸冷卻成過冷 溶液(冷卻到凝固點，并不析出晶體)，通過攪拌或加入晶種促使溶劑結(jié)晶，凝固熱抵消了體系降溫時傳遞給環(huán)境的熱量，使體系溫度回升，當凝固放熱與體系散熱達到平衡時，溫度不再回升。此固 液兩相共存的平衡溫度即為溶液的凝固點。后又隨著溶劑析出，凝固點逐漸降低。但過冷太厲害或 寒劑溫度過低，則凝固熱抵償不了散熱，此時溫度不能回升到凝固點，在溫度低于凝固點時完全凝 固，就得不到正確的凝固點。上述也可從相律分析，溶劑與溶液

6、的冷卻曲線形狀不同。對純?nèi)軇﹥?相共存時，自由度f*=1-2+1=0，冷卻曲線出現(xiàn)水平線段，其形狀如圖3-1(a)所示。對溶液兩相共存時，自由度f*=2-2+1=1，溫度仍可下降，但由于溶劑凝固時放出凝固熱，使溫度回升，但回升到最 高點又開始下降，所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段，如圖3-1(b)所示。由于溶劑析出后，剩余溶液濃度變大，顯然回升的最高溫度不是原濃度溶液的凝固點，嚴格的做法應作冷卻曲線，并按圖3-1(b)中所示方法加以校正。但由于冷卻曲線不易測出，而真正的平衡濃度又難于直接測定，實驗總是用 稀溶液，并控制條件使其晶體析出量很少，所以用起始濃度代替平衡濃度，對測定結(jié)果不會產(chǎn)生顯 著影響。

7、圖 3-1 溶劑與溶液的冷卻曲線（a）純?nèi)軇?；（b）稀溶液本實驗測純?nèi)軇┡c溶液凝固點之差，由于差值較小，所以測溫需用較精密儀器，本實驗使用貝 克曼溫度計?！緝x器和試劑】凝固點測定儀（1套），貝克曼溫度計（1支），普通溫度計（050 C, 1支），移液管（50mL, 1支）， 燒杯（2個），環(huán)己烷（AR ,萘（AR，冰。【實驗步驟】1 、貝克曼溫度計的調(diào)整2、調(diào)節(jié)寒劑 （冷卻劑 ）的溫度取適量冰水，使測量環(huán)己烷溶劑凝固點時寒劑溫度為4C左右，測量溶液凝固點時寒劑溫度為 2 C左右，在實驗過程中不斷攪拌，使寒劑保持該溫度。3、溶劑凝固點的測定儀器裝置如圖3-2所示。用移液管向清潔、干燥的凝固點管內(nèi)

8、加入20mL純環(huán)己烷，并記下環(huán)己烷的溫度，插入貝克曼溫度計，不要碰壁與觸底。先將盛環(huán)己烷的凝固點管直接插入寒劑中，均勻攪拌，使環(huán)己烷的溫度逐漸降低，當冷到C以 后，要快速攪拌 （ 要求攪拌棒下端擦管底 ） ，幅度要盡可能的小，待溫度回升后，恢復原來的攪拌速 度，同時觀察貝克曼溫度計讀數(shù)，直到溫度回升穩(wěn)定為止，此溫度即為環(huán)己烷的近似凝固點。取出凝固點管，用手捂住管壁片刻，同時不斷攪拌，使管中固體全部融化，再將盛環(huán)己烷的凝 固點管直接插入寒劑中，均勻攪拌，使環(huán)己烷的溫度逐漸降低。當溫度比環(huán)己烷的近似凝固點高C 時，將凝固點管放在空氣套管中，快速攪拌，待溫度回升后，再改為緩慢攪拌。直到溫度回升到穩(wěn)

9、定為止，記下穩(wěn)定的溫度值，重復測定兩次次，每次之差不超過C,兩次平均值作為純環(huán)己烷的凝 固點。4、溶液凝固點的測定 取出凝固點管，如前將管中環(huán)己烷融化，用分析天平精確稱量萘的質(zhì)量，加入到凝固點管中，待全部溶解后，測定溶液的凝固點。測定方法與純環(huán)己烷的相同，先測近似的凝固點，再精確測定， 但溶液凝固點是取回升后所達到的最高溫度。重復兩次，取平均值?！緮?shù)據(jù)處理】1 、由環(huán)己烷的密度，計算所取環(huán)己烷的重量WA。所取環(huán)己烷的體積為根據(jù)附表U -15有機化合物的密度計算，知環(huán)己烷密度為：-3-62-93p t p °+ 10 a （ t t o） + 103 （ t t o） + 10 丫 （

10、 t t o）=+ 10-3 x x + 10-6 xx+ 10-9 xx3 0.77708g/cm3所以，所取環(huán)己烷的重量為：WA=X= 15.5416g2、實驗數(shù)據(jù)記錄在下表，再根據(jù)式（3-3），由所得數(shù)據(jù)計算萘的分子量，并計算與理論值的相對誤差。儀器型號：SWC-LG凝固點實驗裝置室溫： C濕度：_%_大氣壓： HPa表1環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c第一次測量數(shù)據(jù)記錄表時間/S153045607590510012513溫差/ C時間151618192122242527/S050505050溫差/ C時間283031333436373940/S505050505溫差/ C時間424345464849

11、/S050505溫差/ C根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:圖1環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 1由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點 1為:表2環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c第二次測量數(shù)據(jù)記錄表時間1346791111/S50505005203550溫差/ C時間1112222223/S65809510254055708500溫差/ C時間3333334444/S15304560759005203550溫差/ C時間444555555/S658095102540557085溫差7根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:圖2環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 2由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點 2為：時3，1、6791111間Is50505005

12、20355065溫差/ c時>2222233間Is80951025405570850015溫差/ c時3:33344444間Is3045607590052035506580溫差/ c時415!5555666間Is95102540557085001530溫差/ c表3環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c第三次測量數(shù)據(jù)記錄表1根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:7.300溫度/°C7.2007.1007.000的6.9006.8006.7006.600的時間/s圖3環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 3由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點 3為:表4萘-環(huán)己烷溶液凝固點第一次測量數(shù)據(jù)記錄表/s50

13、50500520355065溫差/ C時11222222333間/s8095102540557085001530溫差/ C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:圖4萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 1由圖可知，萘-環(huán)己烷溶液的凝固點 1為：表5萘-環(huán)己烷溶液凝固點第二次測量數(shù)據(jù)記錄表時間1346791111/S50505005203550溫差/ C時間1112222223/S65809510254055708500溫差/ C時間33333/S1530456075溫差/ C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:5.250時間圖5萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 2由圖可知，萘-環(huán)己烷溶液的凝固點 2為：表6萘-環(huán)己烷溶液凝

14、固點第三次測量數(shù)據(jù)記錄表時1346791111間/S50505005203550溫差/C時1112222223間/S65809510254055708500溫差/C時333333間/S153045607590溫差/C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:綜上，將純?nèi)軇┡c稀溶液凝固點整理如下:項目編號In出平均值純環(huán)己烷溶 劑的凝固點Tf*/ C萘-環(huán)己烷溶 液的凝固點Tf / C5.400溫度/°C6時間/s由圖可知,萘-環(huán)己烷溶液的凝固點萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 33為:所以， Tf = T-Tf =溶質(zhì)萘的相對分子質(zhì)量為：MB= xlo3 mol/kg =20x 103g/molW T

15、fx已知萘的理論相對分子質(zhì)量為mol所以，實驗值與理論值的相對誤差為：13【提問與思考】1、為什么要先測近似凝固點答：因為凝固點的確定比較困難，先測一個近似凝固點，然后在精確測量時，通過“在接近近 似凝固點時減慢降溫速度，至U凝固點時快速攪拌”的方法有效減小測量誤差。2、根據(jù)什么原則考慮加入溶質(zhì)的量太多或太少影響如何答：溶質(zhì)的加入量應該根據(jù)它在溶劑中的溶解度來確定，因為凝固點降低是稀溶液的依數(shù)性， 所以應當保證溶質(zhì)的量既能使溶液的凝固點降低值不是太小，容易測定，又要保證是稀溶液這個前 提。如果加入量過多，一方面會導致凝固點下降過多，不利于溶液凝固點的測定，另一方面有可能 超出了稀溶液的范圍而不

16、具有依數(shù)性。過少則會使凝固點下降不明顯，也不易測定并且實驗誤差增 大。3、測凝固點時，純?nèi)軇囟然厣笥幸缓愣A段，而溶液則沒有，為什么答：這是因為隨著固態(tài)純?nèi)軇娜芤褐胁粩辔龀?，剩余溶液的濃度逐漸增大，因而凝固點逐漸 降低，在步冷曲線上得不到溫度不變的水平段，只出現(xiàn)折點。4、溶液濃度太稀或太濃對實驗結(jié)果有什么影響為什么答：溶液濃度太稀會使凝固點下降不明顯，也不易測定并且實驗誤差增大。溶液濃度太高一方 面會導致凝固點下降過多，不利于溶液凝固點的測定，另一方面有可能超出了稀溶液的范圍而不具 有依數(shù)性。5、若溶質(zhì)在溶液中產(chǎn)生離解、締合等現(xiàn)象時，對實驗結(jié)果有何影響答：有離解時，測量出濃度 m偏大，m= g/M，測出的分子量偏