凝固點降低測萘相對分子質(zhì)量.doc

凝固點降低測萘相對分子質(zhì)量一、實驗目的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。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、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)的關系式為： 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。 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: (2) 將(2)式代入(1)式，則： (3) 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線所對應的溫度值即為純?nèi)軇┑哪厅c 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?，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。 三、實驗藥品SWC-LG 凝固點測定儀1套; FPD-3A 凝固點測定儀1套; 數(shù)字貝克曼溫度計; 普通溫度計(050); 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 四、實驗步驟1、接好傳感器, 插入電源。2、打開電源開關，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。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。* 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，又恢復緩慢攪拌。 7、實驗過程中發(fā)現(xiàn)在儀器中測量所得數(shù)據(jù)出現(xiàn)反復，考慮到是測量過程中攪拌的原因，因此，我們小組在測量一組數(shù)據(jù)后換了一臺自動攪拌的儀器進行溶液凝固點測定：稱取0.15-0.20 g 萘片加入凝固點測定試管，待完全溶解后，重復以上6、7、8步驟。8、實驗結(jié)束，拔掉電源插頭。五、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鍵，每次測定應按要求的速度攪拌，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0.71(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盡量一致。4、冷卻溫度對實驗結(jié)果也有很大影響，過高會導致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點。六、實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1、相對濕度：81%大氣壓：1020.3hPa室溫：21.82、SWC-LG型凝固點實驗裝置測量數(shù)據(jù)記錄與處理 （1）環(huán)己烷的粗測數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷粗測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/157.0913456.9056757.023306.9593606.9546907.015456.8373756.9987057.015606.7383907.0277207.012756.6534057.0517357.006906.5824207.0687507.0021056.5154357.087656.9951206.4534507.0847806.9951356.3914657.0897956.9981506.4514807.0898107.0021656.6024957.0898256.9991806.5975107.0858406.9981956.5735257.0778556.9982106.4535407.0738706.9982256.3595557.0618856.9982406.3095707.0589006.9982556.2655857.0589156.9982706.3216007.0549306.9962856.2966157.0479456.9923006.2636307.0429606.9943156.8436457.0399757.0013306.8586607.0329907.00510057.006數(shù)據(jù)處理：由上數(shù)據(jù)可知在前一段時間內(nèi)數(shù)據(jù)上下波動，因此取后半段時間作圖；所取數(shù)據(jù)如下：環(huán)己烷粗測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/157.0891657.0393156.998307.0851807.0323307.002457.0771957.0233456.999607.0732107.0153606.998757.0612257.0153756.998907.0582407.0123906.9981057.0582557.0064056.9981207.0542707.0024206.9981357.0472856.9954356.9981507.0423006.9954506.9964656.992作圖如下：圖一： SWC-LG型凝固點實驗裝置粗測環(huán)己烷由圖一可知，環(huán)己烷凝固點為6.998。 （2）環(huán)己烷的精測數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷精測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/157.3323457.0436756.93410206.939307.3173607.0356906.93310356.942457.3043757.0267056.93210506.945607.293907.0187206.9310656.962757.2754057.017356.9310806.994907.2594207.0037506.92610957.0171057.2424356.9967656.92611107.0321207.234506.997806.92611257.0431357.2154656.9847956.92511407.051507.2014806.9788106.92511557.0541657.1864956.9738256.92411707.0541807.1735106.9678406.92511857.0521957.1585256.9638556.92512007.0482107.1455406.9578706.92512157.0442257.1325556.9548856.92612307.0372407.1195706.9519006.92712457.032557.1085856.9469156.92912607.0212707.0956006.9449306.92912757.0122857.0846156.9419456.9312907.0043007.0736306.9399606.93113056.9943157.0636456.9379756.93113206.9853307.0546606.9369906.93413356.97510056.93613506.966數(shù)據(jù)處理：根據(jù)環(huán)己烷精測數(shù)據(jù)作圖如下：圖二：SWC-LG型凝固點實驗裝置精測環(huán)己烷由圖二可知，精測數(shù)據(jù)并不理想，因此不作為環(huán)己烷凝固點測定進行計算。、（3）環(huán)己烷+萘（0.1705g）的粗測數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷+萘粗測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/156.0413455.0146754.78310204.251305.9273605.0026904.76110354.232455.7783754.9927054.7410504.215605.6673904.9917204.7110654.195755.5744054.9867354.69510804.157905.4964204.9817504.67110954.1331055.4294354.9757654.64711104.1041205.3744504.977804.61611254.0781355.3274654.9647954.58411404.0581505.2874804.9638104.55711554.0381655.2534954.9598254.52911704.0191805.2225104.9558404.50111853.9951955.1945254.9488554.47412003.9782105.1685404.948704.4512153.9752255.1455554.9288854.42612303.9852405.1225704.9149004.40312453.9852555.1025854.8999154.38112603.9292705.0826004.8849304.36212753.8822855.0626154.8649454.34212903.8543005.0526304.8459604.32313053.8293155.0386454.8259754.30313203.83305.0246604.8049904.28713353.78710054.26913503.767數(shù)據(jù)處理：將環(huán)己烷+萘粗測數(shù)據(jù)作圖如下：圖三：SWC-LG型凝固點實驗裝置粗測環(huán)己烷+萘由圖三可知，環(huán)己烷+萘凝固點為4.966。（4）環(huán)己烷+萘（0.1705g）的精測數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷+萘精測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/155.0843155.0046304.9279454.78305.0793305.0016454.9239604.776455.0743454.9986604.9189754.765605.0633604.9946754.9139904.755755.0553754.9916904.90810054.75905.0473904.9877054.90310204.7451055.0384054.9857204.89810354.7351205.0324204.9817354.89310504.7251355.0274354.9777504.88610654.7191505.0224504.9727654.88210804.7161655.0214654.977804.87710954.71805.024804.9657954.87111104.6871955.024954.968104.86611254.6662105.0195104.9578254.8611404.6462255.0185254.9538404.85911554.6372405.0175404.9498554.8511704.6292555.0155554.9458704.84911854.6222705.0125704.9438854.84412004.6132855.015854.9389004.83812154.6063005.0076004.9359154.82812304.5976154.9319304.80512454.585數(shù)據(jù)處理：將環(huán)己烷+萘精測數(shù)據(jù)作圖如下：圖四：SWC-LG型凝固點實驗裝置精測環(huán)己烷+萘由圖四可知，精測環(huán)己烷+萘圖出現(xiàn)兩個拐點，分別為5.022和4.850，由該圖不足以說明環(huán)己烷+萘凝固點，因此選擇粗測環(huán)己烷+萘凝固點作為其凝固點進行計算。3、FPD-3A型凝固點實驗裝置測量數(shù)據(jù)記錄與處理本實驗用FPD-3A型凝固點實驗裝置進行環(huán)己烷以及環(huán)己烷+萘凝固點測定時，利用文獻所得環(huán)己烷凝固點為6.6，環(huán)己烷+萘凝固點為4.5數(shù)據(jù)，作為其各自粗測所得值，直接進行精測。數(shù)據(jù)及處理如下：（1） 環(huán)己烷精測：數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷精測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/157.143456.696906.64307.073606.697056.64457.033756.687206.64606.983906.687356.64756.944056.687506.64906.914206.677656.641056.884356.677806.641206.864506.677956.641356.834656.678106.641506.824806.668256.641656.84956.668406.641806.785106.668556.641956.775256.668706.642106.765406.668856.642256.755556.659006.642406.745706.659156.642556.735856.659306.642706.726006.659456.642856.716156.659606.643006.716306.659756.643156.76456.659906.643306.76606.6510056.646756.65數(shù)據(jù)處理：對上表數(shù)據(jù)進行作圖如下：圖五：FPD-3A型凝固點實驗裝置精測環(huán)己烷由圖五可知，F(xiàn)PD-3A型凝固點實驗裝置測得環(huán)己烷凝固點為6.64。（2） 環(huán)己烷+萘（0.1736g）精測：數(shù)據(jù)記錄如下：環(huán)己烷+萘精測時間t/s溫度/時間t/s溫度/時間t/s溫度/15153454.636904.5230303604.627054.5245453754.617204.5160603904.617354.575754054.67504.4990904204.67654.481051054354.67804.471201204504.67954.461351354654.68104.451501504804.68254.431651654954.68404.4411801805104.598554.4411951955254.598704.42102105404.588854.392252255554.579004.392402405704.579154.392552555854.569304.362702706004.569454.342852856154.559604.343003006304.559754.343153156454.549904.313303306604.5310054.36754.52數(shù)據(jù)處理：將如上環(huán)己烷+萘精測數(shù)據(jù)作圖如下：圖六：FPD-3A型凝固點實驗裝置精測環(huán)己烷+萘由圖六可知，F(xiàn)PD-3A型凝固點實驗裝置測得環(huán)己烷+萘（1.736g）凝固點為4.60。4、萘相對分子量計算由數(shù)據(jù)處理2、3得如下表：凝固點實驗裝置型號純環(huán)己烷凝固點 /萘質(zhì)量/g環(huán)己烷+萘凝固點/凝固點降低/SWC-LG6.9980.17054.9662.032FPD-3A6.640.17364.602.04根據(jù) 其中，Kf為環(huán)己烷凝固點降低常數(shù)，查表為20K.Kg/mol；WB為萘質(zhì)量，g；Tf為凝固點降低，K；WA為環(huán)己烷質(zhì)量，g；查表得在室溫下環(huán)己烷密度為，因此，環(huán)己烷質(zhì)量為將數(shù)值代入如上式得：凝固點實驗裝置型號萘相對分子質(zhì)量/(g/mol)SWC-LG107.89FPD-3A109.42取兩次平均值得萘相對分子質(zhì)量為108.66 g/mol。5、相對誤差計算查表得萘的相對分子質(zhì)量為128.18 g/mol因此實驗測得值與理論值相對誤差為：七、討論1、攪拌對實驗的影響對比兩種型號裝置，其差別主要為實驗過程中攪拌的方式，其中SWC-LG型號裝置為人為攪拌FPD-3A型號裝置為機械攪拌。機械攪拌可以保證實驗過程中攪拌速度均勻，且全程攪拌。而在用SWC-LG型號進行測量時，本實驗過程中沒有進行攪拌。對比SWC-LG型號裝置與FPD-3A型號裝置實驗結(jié)果可知。全程攪拌所得步冷曲線不出現(xiàn)過冷點，且所得結(jié)果比較好。而如果實驗過程中，不進行攪拌，所得步冷曲線比較差，甚至找不出凝固點，如圖二、四。實驗過程中，攪拌的作用有如下：（1）由于管壁溫度較管中心溫度低，液體內(nèi)部溫度不均勻，凝固時先從靠近管壁的地方凝固，慢慢向中心凝固。為使液體溫度均勻，需進行攪拌。（2）實驗過程中，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。這時應控制過冷程度，采取突然攪拌的方式，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。2、寒劑溫度對實驗的影響實驗過程中寒劑起到使液體降溫的效果。當出現(xiàn)過冷現(xiàn)象時，若寒劑溫度過低，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，從而得不到正確的凝固點。其次，由圖四圖像中可知，圖中出現(xiàn)第二個拐點，在第二個拐點以后，體系溫度下降加快，這是由于寒劑溫度降低使得體系溫度下降的速度加快。若寒劑溫度較高，則液體溫度下降速度較慢，甚至不能使液體凝固。3、實驗測得數(shù)據(jù)分析實驗測得萘的相對分子質(zhì)量較理論值偏低，其原因可能是由于部分環(huán)己烷凝固使得萘的濃度增大，實驗測得的環(huán)己烷+萘凝固點數(shù)值降低，從而使得測得的凝固點降低值增大，根據(jù)可得，計算所得的萘相對分子質(zhì)量較小。八、結(jié)論由凝固點降低測得萘的相對分子質(zhì)量為108.66g/mol，實驗過程中攪拌以及寒劑溫度的控制對實驗影響較大。