凝固點降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量純萘、環(huán)己烷

1、無華南師范大學(xué)實驗報告華南師范大學(xué)實驗報告課程名稱課程名稱物理化學(xué)實驗實驗項目實驗項目 凝固點降低法測相對分子質(zhì)量【實驗?zāi)康摹俊緦嶒災(zāi)康摹?明確溶液凝固點的定義及獲得凝固點的正確方法。2測定環(huán)己烷的凝固點降低值，計算萘的相對分子質(zhì)量。3掌握凝固點降低法測分子量的原理，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怼俊緦嶒炘怼?、凝固點降低法測分子量的原理化合物的分子量是一個重要的物理化學(xué)參數(shù)。用凝固點降低法測定物質(zhì)的分子量是一種簡單而又比較準確的方法。稀溶液有依數(shù)性，凝固點降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)。稀溶液的凝固點降低（對析出物是純?nèi)軇┑捏w系）與溶液中物質(zhì)的摩爾分數(shù)的關(guān)系式為

2、：Tf= Tf*Tf= Kfm(1)式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c，Tf為溶液的凝固點，m 為溶液的質(zhì)量摩爾濃度，Kf為溶劑的凝固點降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。表一給出了部分溶劑的凝固點降低常數(shù)值。如環(huán)己烷的 Kf=20 Kkg/mol，萘的 Kf=6.9Kkg/mol。表 1幾種溶劑的凝固點降低常數(shù)值溶劑水醋酸苯環(huán)己烷環(huán)己醇萘三溴甲烷T*f/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95Kf/(Kkgmol-11.863.905.122039.36.914.4若稱取一定量的溶質(zhì) WB(g)和溶劑 WA(g)，配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度 m

3、B為:3ABBB10WMWmmol/kg(2)式中，MB為溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量，將(2)式代入(1)式，則：3AfBfB10WTWKMg/mol(3)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，即可無計算溶質(zhì)的相對分子量 MB。2、凝固點測量原理純?nèi)軇┑哪厅c是它的液相和固相共存時的平衡溫度。若將純?nèi)軇┚徛鋮s，理論上得到它的步冷曲線如圖中的 A, 但實際的過程往往會發(fā)生過冷現(xiàn)象，液體的溫度會下降到凝固點以下，待固體析出后會慢慢放出凝固熱使體系的溫度回到平衡溫度，待液體全部凝固之后，溫度逐漸下降，如圖中的 B。 圖中平行于橫坐標的 CD 線所對應(yīng)的溫度值即為純?nèi)軇?/p>

4、的凝固點 Tf*。溶液的凝固點是該溶液的液相與純?nèi)軇┑墓滔嗥胶夤泊娴臏囟?。溶液的凝固點很難精確測量，當溶液逐漸冷卻時，其步冷曲線與純?nèi)軇┎煌鐖D中 III 、IV 。由于有部分溶劑凝固析出，使剩余溶液的濃度增大，因而剩余溶液與溶劑固相的平衡溫度也在下降，冷卻曲線不會出現(xiàn)“平階”，而是出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折點，該點所對應(yīng)的溫度即為凝固點（III 曲線的形狀） 。當出現(xiàn)過冷時， 則出現(xiàn)圖 IV 的形狀， 此時可以將溫度回升的最高值近似的作為溶液的凝固點。3、測量過程中過冷的影響在測量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準確測定溶液的凝固點。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，就會

5、出現(xiàn)圖中 V 曲線的形狀，使測量值偏低。在過程中可通過加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制冷,同時需要按照圖中曲線 V 所示的方法校正?！緝x器藥品】【儀器藥品】1.儀器：凝固點測定儀 1 套； 貝克曼溫度計；普通溫度計(050)；移液管(25mL)1支；洗耳球；燒杯；2.試劑：純萘（AR） ；環(huán)己烷（AR） ，密度為 0.7780.779g/mL；碎冰無【實驗步驟】【實驗步驟】1.接好傳感器, 插入電源。2.打開電源開關(guān)，溫度顯示為實時溫度，溫差顯示為以 20為基準的差值（但在 10以下顯示的是實際溫度） 。3.鎖定基溫選擇量程：將貝克曼溫度計插入水浴槽，調(diào)節(jié)寒劑溫度低于測定溶液凝固點的 2

6、-3，此實驗寒劑溫度為 34，然后將空氣套管插入槽中，按下鎖定鍵。4.用 25ml 移液管準確移取 25ml 環(huán)己烷加入凝固點測定試管中，橡膠塞塞緊，插入貝克曼溫度計。5.將凝固點試管直接插入寒劑槽中，均勻攪拌，此時環(huán)己烷的溫度逐漸下降，然后略有回升，直至溫度顯示穩(wěn)定，此時溫度就是環(huán)己烷的初測凝固點。6.取出凝固點測定試管，用手捂住管壁使環(huán)己烷熔化，再次插入寒劑槽中，緩慢攪拌，當溫度降低到高于初測凝固點的 0.5 度時，迅速將試管取出、擦干，插入空氣套管中，記錄溫度顯示數(shù)值。每 10 秒記錄一次溫度。7.重復(fù)第 6 步平行再做 2 次。8.溶液凝固點測定：稱取 0.3 g 萘片加入凝固點測定試

7、管，待完全溶解后，重復(fù)以上 6、7 步驟。9.實驗結(jié)束，拔掉電源插頭?！緦嶒灁?shù)據(jù)與處理】【實驗數(shù)據(jù)與處理】1.實驗數(shù)據(jù)記錄（1）粗測環(huán)己烷近似凝固點：6.4 表 2 凝固點降低過程中精測環(huán)己烷凝固點的數(shù)值序號環(huán)己烷（1）/環(huán)己烷（2）/環(huán)己烷（3）/17.3827.5457.42927.187.4577.20936.9847.3697.04846.7937.2856.956.6347.2046.788無66.5397.1296.69876.5047.0536.62386.4956.9846.56696.4916.9156.524106.4876.8496.495116.4856.7916.48

8、9126.4816.7276.488136.4776.6736.485146.4746.6136.481156.4716.5546.481166.4696.5026.479176.4676.456.477186.4646.4286.476196.4626.4476.474206.466.4646.473216.4576.4726.469226.4736.468236.4766.467246.4746.467256.47266.468276.468286.464296.465（2）粗測環(huán)己烷+萘溶液近似凝固點：4.8表 3 凝固點降低過程中精測環(huán)己烷+萘溶液凝固點的數(shù)值序號環(huán)己烷+萘（1）/環(huán)己

9、烷+萘（2）/環(huán)己烷+萘（3）/16.3276.6896.36626.0176.6376.205無35.8176.4196.0745.6556.2665.95255.5326.0925.85965.4515.975.7775.3795.8595.68385.2585.7665.60395.2035.6795.524105.1555.5825.447115.0965.5035.381125.0465.4215.327134.9985.3435.263144.9485.2685.202154.9045.2025.15164.8555.1595.101174.8015.0935.051184.762

10、5.0485.013194.7174.9984.974204.6814.9454.935214.654.8794.895224.6264.8364.847234.5884.7944.818244.734.786254.6984.758264.6844.718274.6484.691284.6084.667294.5774.635304.5394.62314.4614.594無324.4254.581334.4184.565344.405354.385364.2572.實驗數(shù)據(jù)處理（1）各樣品的冷卻曲線圖由圖可得，環(huán)己烷的凝固點 Tf1=6.502由圖可得，環(huán)己烷的凝固點 Tf2=6.490無由

11、圖可得，環(huán)己烷的凝固點 Tf3=6.493由圖可得，環(huán)己烷+萘溶液的凝固點 Tf=4.425（第一、二次測量數(shù)據(jù)所作的圖難以觀察到凝固點，因此只取用第三次測量的數(shù)據(jù)）（2）由環(huán)己烷的密度（=0.778g/mL） ，計算所取環(huán)己烷的重量 WA。環(huán)己烷質(zhì)量為：WAV 25.000.77819.45 g（3）將實驗數(shù)據(jù)列入表 2 中表 2 凝固點降低實驗數(shù)據(jù)無物質(zhì)質(zhì)量/g測量值/平均值/Tf/環(huán)己烷19.456.5026.4952.076.4906.493萘0.36164.4254.425（4）根據(jù)式(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。Kf20 Kkg/mol ，3AfBfB

12、10WTWKMg (200.3616)(2.0719.45)103179.63 g/mol查文獻可得：萘的相對分子質(zhì)量為 128.18 ，經(jīng)計算相對誤差為 40.1%。【實驗結(jié)果與討論】【實驗結(jié)果與討論】本實驗結(jié)果的相對誤差為 40.1%，造成誤差如此大的原因可能有：1.在恒壓條件下純?nèi)軇w系只要兩相平衡共存就可達到平衡溫度，但實際上只有固相充分分散到液相中，也就是固液兩相的接觸面相當大時，平衡才能達到。如凝固點管置于空氣套管中，溫度不斷降低達到凝固點后，由于固相是逐漸析出的，此時若凝固熱放出速度小于冷卻所吸收的熱量，則體系溫度將不斷降低，產(chǎn)生過冷現(xiàn)象。這時應(yīng)控制過冷程度，采取突然攪拌的方式，

13、使驟然析出的大量微小結(jié)晶得以保證兩相的充分接觸，從而測得固液兩相共存的平衡溫度。為使過冷狀況下大量微晶析出，實驗中應(yīng)規(guī)定一定的攪拌方式。對于兩組分的溶液體系，由于凝固的溶劑量多少會直接影響溶液的濃度，因此控制過冷程度和確定攪拌速度就更為重要。本實驗由于儀器固定了攪拌速度，在過冷是沒有充分攪拌，沒有控制好過冷程度，對實驗的結(jié)果產(chǎn)生一定誤差。2.冰槽的很難控制在理想的溫度，過高會導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點，本實驗在測量萘?xí)r冰槽溫度已較高，導(dǎo)致實驗也產(chǎn)生誤差?！緦嶒炘u注與拓展】【實驗評注與拓展】（1）本實驗成功的關(guān)鍵點：無1.攪拌速率。2.冰水浴寒劑溫度控制，測環(huán)己烷控制在 4.5-3.

14、5 左右，要攪拌，溫度均勻；測環(huán)己烷+萘，寒劑控制在 2.5-1.5 左右，攪拌均勻。3.精測的開始溫度控制在粗測凝固點以上的 0.5 左右。如 7.1，5.0開始。4.每個凝固點測定 3 次，共 6 次，凝固點求平均值，再求凝固點的降低。（2）拓展凝固點降低是稀溶液的依數(shù)性之一， 降低值的多少直接反映溶液中溶質(zhì)有效質(zhì)點的數(shù)目。如果溶質(zhì)在溶液中有解離、締合、溶劑化和生成絡(luò)合物等情況，均影響溶質(zhì)在溶劑中的表觀分子量。因此，凝固點降低法還可用來測定弱電解質(zhì)的電離度、溶質(zhì)的締合度、活度及活度系數(shù)等。另外，利用凝固點降低這個性質(zhì)，在科研中還可用來鑒定物質(zhì)的純度及求物質(zhì)的熔化熱，在冶金領(lǐng)域還可配制低熔點

15、合金?！咎釂柵c思考】【提問與思考】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，精確測量時，在接近近似凝固點時，降溫速度要減慢，到凝固點時快速攪拌。 先測近似凝固點，可以在測后面凝固點時減小誤差，使誤差范圍小于 0.006以內(nèi)，保證測定值得精確根據(jù)什么原則考慮加入溶質(zhì)的量？太多或太少影響如何？答：根據(jù)稀溶液依數(shù)性范圍確定，太多不符合稀溶液，太少凝固點下降不明顯。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：從相律分析，溶劑與溶液的冷卻曲線不同。對純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r，自由度 f =1-2+1=0.冷卻曲線出現(xiàn)水平線段。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。影響凝固點精確測量的因素有哪些？答：溶液過冷程度控制；冰水浴溫度控制在 3。50C 左右；攪拌速度控制，溫度升高，快速攪拌；溶劑溶質(zhì)精確測量，濃度不能太高。當溶質(zhì)在溶液中有離解、締合和生成配合的情況時，對其摩爾質(zhì)量的測定值有何影響？無答：由于凝固點下降公式是對于理想溶