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凝固點降低法測分子量 蔡躍鵬 華南師范大學(xué)物理化學(xué)研究所 2011年11月8日 TelE mail caiyp 一 實驗?zāi)康亩?預(yù)習要求三 實驗原理四 儀器藥品 2 內(nèi)容概要 五 實驗步驟六 注意事項七 數(shù)據(jù)處理八 思考問題 一 實驗?zāi)康?3 1 測定環(huán)己烷的凝固點降低值 計算萘的分子量 2 掌握溶液凝固點的測定技術(shù) 3 技能要求 掌握冰點降低測定管 數(shù)字溫差儀的使用方法 實驗數(shù)據(jù)的作圖處理方法 二 預(yù)習要求 1 了解凝固點降低法測分子量的原理 2 了解測定凝固點的方法 3 熟悉溫差測量儀的使用 4 三 實驗原理 1 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 5 Tf Tf Tf KfmB 1 式中 Tf 為純?nèi)軇┑哪厅c Tf為溶液的凝固點 mB為溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度 Kf為溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點降低常數(shù) 它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān) 6 已知某溶劑的凝固點降低常數(shù)Kf 并測得溶液的凝固點降低值 T 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mB為 將 2 式代入 1 式 則 2 3 7 因此 只要稱得一定量的溶質(zhì) WB 和溶劑 WA 配成一稀溶液 分別測純?nèi)軇┖拖∪芤旱哪厅c 求得 Tf 再查得溶劑的凝固點降低常數(shù) 代入 3 式即可求得溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量 當溶質(zhì)在溶液里有解離 締合 溶劑化或形成配合物等情況時 不適用上式計算 一般只適用于強電解質(zhì)稀溶液 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 純?nèi)軇┑哪厅cTf 溶液的凝固點 8 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┑哪厅cTf 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?如圖中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 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 9 3 測量過程中過冷的影響 四 儀器藥品 10 SWC LG凝固點測定儀1套 數(shù)字貝克曼溫度計 普通溫度計 0 50 移液管 50mL 1只 洗耳球 精密溫度計 分析天平 臺秤 燒杯 純萘環(huán)己烷 分析純 20mL移液管一支碎冰 1 貝克曼溫度計 2 內(nèi)管攪棒 3 投料支管 4 冷凍管 5 空氣套管 6 寒劑攪棒 7 冰槽 8 溫度計 圖凝固點測定儀 11 五 實驗步驟 12 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度為基準的差值 但在10度以下顯示的是實際溫度 3 鎖定基溫選擇量程 將傳感器插入水浴槽 調(diào)節(jié)寒劑溫度低于測定溶液凝固點的2 3度 此實驗寒劑溫度為3 5 4 5度 然后將空氣套管插入槽中 按下鎖定鍵 4 用20ml移液管準確移取20ml環(huán)己烷加入凝固點測定試管中 橡膠塞塞緊 插入傳感器 5 將凝固點試管直接插入寒劑槽中 觀察溫差 直至溫度顯示穩(wěn)定不變 此時溫度就是環(huán)己烷的初測凝固點 13 6 取出凝固點測定試管 用掌心加熱使環(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15秒記錄一次溫度 8 溶液凝固點測定 稱取0 15 0 20g萘片加入凝固點測定試管 待完全溶解后 重復(fù)以上6 7 8步驟 攪拌速度調(diào)節(jié) 剛開始緩慢攪拌 在溫度低于初測凝固點時 加速攪拌 待溫度上升時 又恢復(fù)緩慢攪拌 7 重復(fù)第6步平行再做2次 9 實驗結(jié)束 拔掉電源插頭 14 六 注意事項 1 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 使測量值偏低 在過程中可通過加速攪拌 控制過冷溫度 加入晶種等控制過冷度 2 攪拌速度的控制和溫度溫差儀的粗細調(diào)的固定是做好本實驗的關(guān)鍵 每次測定應(yīng)按要求的速度攪拌 并且測溶劑與溶液凝固點時攪拌條件要完全一致 溫度 溫差儀的粗細調(diào)一經(jīng)確定 整個實驗過程中不能再變 3 純水過冷度約0 7 1 視攪拌快慢 為了減少過冷度 而加入少量晶種 每次加入晶種大小應(yīng)盡量一致 15 4 冷卻溫度對實驗結(jié)果也有很大影響 過高會導(dǎo)致冷卻太慢 過低則測不出正確的凝固點 實驗關(guān)鍵 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 5度左右 要攪拌 溫度均勻 測環(huán)己烷 萘 寒劑控制在2 5 1 5度左右 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度左右 如7 1度 5 0度開始 4 每15秒測定一次溫度數(shù)據(jù) 大概測定時間在10分鐘以內(nèi) 5 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 16 七 數(shù)據(jù)處理 17 1 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 八 思考問題 18 由于凝固點下降公式是對于理想溶液和濃度很小的稀溶液 要求溶質(zhì)在溶劑中只存在一種形式 如果溶質(zhì)有解離 締和 溶劑化和形成配合物時 那么溶液中溶質(zhì)的濃度就變了 公式中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度也變了 必然影響測定結(jié)果 一般解離使結(jié)果變大 締和使結(jié)果變小 由于溶質(zhì)出現(xiàn)這種情況 凝固點下降公式已不適用 所以測定結(jié)果沒有意義 2 根據(jù)什么原則考慮溶質(zhì)的用量 太多或太少對測量結(jié)果有何影響 根據(jù)稀溶液依數(shù)性范圍確定 太多