凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的摩爾質(zhì)量_純萘、環(huán)己烷

1、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?測定環(huán)己烷的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算萘的分子量。 掌握溶液凝固點(diǎn)的測定技術(shù)。用方法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作圖處理方法。 技能要求：掌握冰點(diǎn)降低測定管、數(shù)字溫差儀的使【實(shí)驗(yàn)原理】1凝固點(diǎn)降低法測分子量的原理化合物的分子量是一個(gè)重要的物理化學(xué)參數(shù)。用凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的分子量是一種簡單而又比較 準(zhǔn)確的方法。稀溶液有依數(shù)性，凝固點(diǎn)降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)。稀溶液的凝固點(diǎn)降低(對(duì)析出物是純?nèi)?劑的體系)與溶液中物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系式為： Tf= Tf - Tf = Km(1)*式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，Tf為溶液的凝固點(diǎn)，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(diǎn)降低常數(shù)，它的數(shù)

2、值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf,并測得溶液的凝固點(diǎn)降低值 T,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mB為：Wb3mB10 mol/kg(2)M bWa將式代入(1)式，則：一KfWB“小3M B10 g/mol(3)Tf WA表1幾種溶劑的凝固點(diǎn)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/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95-1Kf/(K kg mol )1.863.905.122039.36.914.4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┖?/p>

3、稀溶液的凝固點(diǎn)，求得 Tf ，再查得溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)，代入(3)式即可求得溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。*當(dāng)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(shí)，不適用上式計(jì)算，一般只適用于強(qiáng) 電解質(zhì)稀溶液。2、凝固點(diǎn)測量原理純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)是它的液相和固相共存時(shí)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,但但實(shí)際的過程往往會(huì)發(fā)生過冷現(xiàn)象，液體的溫度會(huì)下降到凝固點(diǎn)以下，待固體析出后 會(huì)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Bo圖中平行于橫坐標(biāo)的 CD線所對(duì)應(yīng)的溫度值即為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)T*。溶液的凝固點(diǎn)是該溶液的液相與純?nèi)軇┑墓滔嗥胶夤泊娴?/p>

4、溫度。溶液的凝固點(diǎn)很難精確測量，當(dāng)溶液逐漸冷卻時(shí)，其步冷曲線與純?nèi)軇┎煌?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(huì)出現(xiàn)“平階”，而是出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為凝固點(diǎn)(III曲線的形狀)。當(dāng)出現(xiàn)過冷時(shí)，則出現(xiàn)圖IV的形狀，此時(shí)可以將溫度回升的最高值近似的作為溶液的凝固點(diǎn)。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(zhǔn)確測定溶液的凝固點(diǎn)。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，就會(huì)出現(xiàn)圖中V曲線的形狀，使測量值偏低。在過程中可【儀器藥品】SWC-LG凝固點(diǎn)測定

5、儀1套；數(shù)字貝克曼溫度計(jì)；普通溫度計(jì)（0 C50C ）; 移液管（50mL）1只；洗耳球；精密溫度計(jì)、分析天平、臺(tái)秤、燒杯；20mL移液管一支;純萘；環(huán)己烷（分析純）；碎冰【實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)溫度，溫差顯示為以20度為基準(zhǔn)的差值（但在 10度以下顯示的 是實(shí)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(diǎn)的2-3度，此實(shí)驗(yàn) 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(zhǔn)確移取20ml環(huán)己烷加入凝固點(diǎn)測定試管中，橡膠塞塞緊，插入傳感器。5、將凝固點(diǎn)試管直接插入寒劑槽中，

6、觀察溫差，直至溫度顯示穩(wěn)定不變，此時(shí)溫度就是環(huán)己烷的初 測凝固點(diǎn)。6、取出凝固點(diǎn)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(dāng)溫度降低到高于初測凝固點(diǎn)的 0.5度時(shí)，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(diǎn)時(shí)，加速攪拌，待溫度上升時(shí)，又恢復(fù)緩 慢攪拌。7、重復(fù)第6步平行再做2次。8、 溶液凝固點(diǎn)測定：稱取 0.15-0.20 g 萘片加入凝固點(diǎn)測定試管，待完全溶解后，重復(fù)以上6、7、 8步驟。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，拔掉電源插頭?！咀⒁馐马?xiàng)】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

7、化，才能準(zhǔn)確測定溶液的凝固點(diǎn)。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(xì)調(diào)的固定是做好本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)時(shí)攪拌條件要完全一致。溫度-溫差儀的粗細(xì)調(diào)一經(jīng)確定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不能再變。3、純水過冷度約0.7 C1C （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。4、冷卻溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大影響，過高會(huì)導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點(diǎn)。5、凝固點(diǎn)的確定較為困難。先測一個(gè)近似凝固點(diǎn)，精確測量時(shí)，在接近

8、近似凝固點(diǎn)時(shí)，降溫速 度要減慢，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌。6、千萬不要過冷，若過冷太甚，凝固的溶劑過多，溶液的濃度變化過大，所得凝固點(diǎn)偏低。7、溶液的冷卻曲線與純?nèi)軇┑睦鋮s曲線不同，不出現(xiàn)平臺(tái)，只出現(xiàn)拐點(diǎn)，即當(dāng)析出固相，溫度回升到平衡溫度后，不能保持一定值，因?yàn)椴糠秩軇┠毯螅?剩余溶液的濃度逐漸增大， 平衡溫度要逐漸下降。 &用凝固點(diǎn)降低法測相對(duì)分子質(zhì)量只適用于非揮發(fā)性溶質(zhì)且非電解質(zhì)的稀溶液。9、插入貝克曼溫度計(jì)不要碰壁與觸底?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄 大氣壓：1014.0 Hpa 溫度：26.1 C干度：27.3 C 濕度：25.0 C相對(duì)濕度：79.6 % 粗測環(huán)己烷近似凝固點(diǎn)：6.5

9、47 C表1凝固點(diǎn)降低過程中精測溶劑或溶液凝固點(diǎn)的數(shù)值序號(hào)環(huán)己烷（1） / C環(huán)己烷（2） / C環(huán)己烷+萘（1） / C環(huán)己烷+萘（2） / C11.0721.9080.3235.16321.9881.8890.2675.09131.9171.8550.1885.03341.861.8180.0714.97351.8041.792-0.0334.8961.7781.759-0.1254.79271.7521.729-0.2094.69581.7261.709-0.3194.66591.711.663-0.4094.638101.6751.636-0.4314.606111.6621.621-

10、0.4484.589121.6311.611-0.4564.575131.6081.609-0.4624.564141.5661.608-0.4744.555151.5451.608-0.4854.547161.5451.607-0.4944.544171.5441.607-0.4994.539181.5441.607-0.5034.536191.5441.607-0.5074.54201.5441.607-0.5114.547211.5441.607-0.5144.555221.5441.606-0.5164.564231.5441.605-0.5184.574241.5441.605-0.

11、524.59251.5431.601-0.5184.598261.5431.596-0.5164.605271.5421.582-0.5144.601281.5391.567-0.5114.595291.5361.558-0.5094.584301.5121.547-0.5074.576311.4911.529-0.5054.563321.4751.506-0.5034.554331.4531.498-0.4994.546341.432-0.5014.54351.417-0.5034.537361.395-0.5074.531371.37-0.51381.343-0.514391.321-0.

12、518401.3-0.52141-0.52542-0.5343-0.53644-0.54245-0.54746-0.5547-0.55348-0.558稱量的萘的質(zhì)量：m=0.1135g實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 由環(huán)己烷的密度，計(jì)算所取環(huán)己烷的重量Wa。室溫t時(shí)環(huán)己烷密度計(jì)算公式為：p/g cm-3= 0.7971 0.8879 XI0-3 t/C。則：室溫為26.1 C時(shí)，環(huán)己烷的密度為：p= 0.7971 0.8879 g cm-3x10-3 t= 0.7971 0.8879 X0-3X26.1 = 0.7738g cm-3 環(huán)己烷質(zhì)量為：Wa= V Xp = 20.00 X.7745= 15.49

13、g 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表2中表2 凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物質(zhì)質(zhì)量/ g凝固點(diǎn)/c凝固點(diǎn)降低值/c測量值平均值環(huán)己烷15.49 g1.5441.5752.0221.607萘0.1925 g-0.499-0.447-0,.395根據(jù)式（3），由所得數(shù)據(jù)計(jì)算萘的分子量，并計(jì)算與理論值的相對(duì)誤差。QWbTfWA103 g20X 0.192S x 10a2.022X15.49=122.92 g/molKf = 20 K kg/mol查文獻(xiàn)可得：萘的相對(duì)分子質(zhì)量為128.18相對(duì)誤差為4.1%。 根 據(jù) 四 組 數(shù) 據(jù) 作 出 的 冷 卻 曲 線 圖t/s圖1 環(huán)己烷溶劑的冷卻曲線（I）t/s圖2 環(huán)己烷溶劑的冷

14、卻曲線（II）t/s圖3 環(huán)己烷與萘混合溶液的冷卻曲線（I）t/s圖4 環(huán)己烷與萘混合溶液的冷卻曲線（II）【實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論】本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差為 4.1%。主要原因可能有：1、系統(tǒng)誤差：實(shí)驗(yàn)儀器的誤差：因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)需要用到的溫度是純的環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn)與環(huán)己烷的 萘溶液的凝固點(diǎn)的差值，如果本身儀器的讀數(shù)與環(huán)境實(shí)際溫度存在單向的偏差，而我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候沒 有校正，就會(huì)帶來偏差，又由于計(jì)算的過程用的是兩次凝固點(diǎn)的差值，所以偏差就可以相互抵消，從而沒 有造成太大的影響。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可讓測定儀的探頭與冰浴接觸，得到一個(gè)讀數(shù)，同時(shí)在冰浴槽中放入 一支溫度計(jì)，對(duì)比兩者的溫度差值，就可以得到該儀器的溫

15、度偏差讀數(shù)，最后在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，就可以 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性。2、隨機(jī)誤差：本實(shí)驗(yàn)測量的成敗關(guān)鍵是控制過冷程度和攪拌速度。理論上，在恒壓條件下純?nèi)軇w系只要兩相平 衡共存就可達(dá)到平衡溫度。但實(shí)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(dāng)大時(shí)，平 衡才能達(dá)到。如凝固點(diǎn)管置于空氣套管中，溫度不斷降低達(dá)到凝固點(diǎn)后，由于固相是逐漸析出的，此時(shí)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(shí)應(yīng)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。為判斷過冷程度，本實(shí)驗(yàn)先測近

16、似凝固點(diǎn)；為使過冷狀況下大量微晶析出，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)定一定的 攪拌方式。對(duì)于兩組分的溶液體系，由于凝固的溶劑量多少會(huì)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(shí)驗(yàn)由于儀器固定了攪拌速度，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可能產(chǎn)生一定誤差；冰槽的很難控制在理想的溫度。過高會(huì)導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)也產(chǎn) 生誤差?！緦?shí)驗(yàn)評(píng)注與拓展】（1）本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵點(diǎn)：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(diǎn)以上的0.5度左右。如7.1度，5

17、.0度開始。4、 每15秒測定一次溫度數(shù)據(jù)，大概測定時(shí)間在10分鐘以內(nèi)。5、每個(gè)凝固點(diǎn)測定 3次，共6次，凝固點(diǎn)求平均值，再求凝固點(diǎn)的降低。（2）拓展凝固點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)降低這個(gè)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(diǎn)合金?！咎釂柵c思考】 為什么要先測近似凝固點(diǎn)？答：因?yàn)槟厅c(diǎn)的確定比較困難，先測一個(gè)近似凝固點(diǎn)，

18、精確測量時(shí)，在接近近似凝固點(diǎn)時(shí)，降溫速 度要減慢，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌。先測近似凝固點(diǎn)，可以在測后面凝固點(diǎn)時(shí)減小誤差，使誤差范圍小于0.006 C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(diǎn)下不明顯。 測凝固點(diǎn)時(shí)，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(duì)純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí)，自由度f =1-2+1=0.冷卻曲線出現(xiàn)水平線段。對(duì)溶液兩相共存時(shí)，自由度f =2-2+1=1，溫度仍可下降，但由于溶劑凝固時(shí)放出凝固熱， 使溫度回升，但回升到最高點(diǎn)又開始下降，所以冷卻曲線