凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量沐風(fēng)文苑

1、凝固點(diǎn)降低測(cè)定摩爾質(zhì)量姓 名： 張健班 級(jí)： 材02學(xué) 號(hào)：2010011938同組姓名： 李根實(shí)驗(yàn)日期：2012-03-17 帶實(shí)驗(yàn)老師：李琛1 引言理想稀薄溶液具有依數(shù)性，其凝固點(diǎn)下降的數(shù)值只和所含溶質(zhì)的粒子數(shù)目有關(guān)，而與溶質(zhì)的特性無關(guān)。因此，通過測(cè)定溶液凝固點(diǎn)下降的數(shù)值，可以求出未知化合物的摩爾質(zhì)量。 本實(shí)驗(yàn)以去離子水和尿素為例，通過繪出尿素的水溶液的過冷曲線，確定出尿素的水溶液凝固點(diǎn)的降低值，進(jìn)而求得尿素的摩爾質(zhì)量。同時(shí)通過本實(shí)驗(yàn)，掌握用凝固點(diǎn)降低測(cè)定未知化合物摩爾質(zhì)量的方法。一  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 用凝固點(diǎn)降低法測(cè)定尿素的摩爾質(zhì)量。2、 訓(xùn)練間接誤差計(jì)算方法。二  實(shí)

2、驗(yàn)原理在溶液濃度很稀時(shí)，如果溶質(zhì)與溶劑不生成固溶體，溶液的凝固點(diǎn)降低值與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度 （mol·kg-1）成正比，即                                        

3、;                    （4-1）或                              

4、60;                     （4-2）                             &#

5、160;                     （4-3）式中 溶劑的質(zhì)量（kg）   溶質(zhì)的質(zhì)量（kg）  溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)（k·kg·mol-1）  溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（kg·mol-1）。若已知，測(cè)得，便可用式（4-3）求得。純?nèi)軇┖腿芤涸诶鋮s過程中，其溫度隨時(shí)間而變化的冷卻曲線見圖4-1所示。純?nèi)軇┑睦鋮s曲線

6、見圖4-1（a），曲線中的低下部分表示發(fā)生了過冷現(xiàn)象，即溶劑冷至凝固點(diǎn)以下仍無固相析出，這是由于開始結(jié)晶出的微小晶粒的飽和蒸氣壓大于同溫度下普通晶體的飽和蒸氣壓，所以往往產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，即液體的溫度要降低到凝固點(diǎn)以下才能析出固體，隨后溫度再上升到凝固點(diǎn)。溶液的冷卻情況與此不同，當(dāng)溶液冷卻到凝固點(diǎn)時(shí)，開始析出固態(tài)純?nèi)軇ｋS著溶劑的析出而不斷下降，在冷卻曲線上得不到溫度不變的水平線段，如圖4-1（b）所示。因此，在測(cè)定濃度一定的溶液的凝固點(diǎn)時(shí)，析出的固體越少，測(cè)得的凝固點(diǎn)才越準(zhǔn)確。同時(shí)過冷程度應(yīng)盡量減小，一般可采用在開始結(jié)晶時(shí)，加入少量溶劑的微小晶體作為晶種的方法，以促使晶體生成，溶液的凝固點(diǎn)應(yīng)從冷

7、卻曲線上待溫度回升后外推而得，見圖4-1（b）。圖4-1純?nèi)軇╝）和溶液（b）的冷卻曲線2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 儀器、藥品及實(shí)驗(yàn)條件儀器：swc-iid精密數(shù)字溫度溫差儀；78-2型雙向磁力攪拌器；dc-2010節(jié)能型智能恒溫槽；洗耳球；移液管（25ml）；（裝置示意圖見下）圖2-7-2 凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)裝置圖藥品：尿素（分析純） 去離子水三實(shí)驗(yàn)步驟1 儀器裝置 將恒溫槽溫度調(diào)至-6 ºc左右，通入冷阱。用移液管移取25 ml去離子水，加入大試管。調(diào)整數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)溫探頭，使探頭頂端處于液體的中下部。調(diào)整磁力攪拌器轉(zhuǎn)速旋鈕至適當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度，保持恒定。2 溶劑凝固點(diǎn)的測(cè)定 觀察數(shù)字溫度計(jì)，當(dāng)

8、溫度降至1 ºc時(shí)，打開秒表，每半分鐘記錄一次溫度值。當(dāng)溫度降低到最低點(diǎn)后，溫度開始回升，說明此時(shí)晶體已經(jīng)在析出。直到升至最高，在一段時(shí)間內(nèi)恒定不變。此時(shí)溫度即為溶劑的凝固點(diǎn)。取出大試管，不要使溶劑濺到橡皮塞上，用手捂住試管下部片刻或用手撫拭，用手溫將晶體全部融化（注意不要使溫度升高過多，避免以后實(shí)驗(yàn)的降溫時(shí)間過長(zhǎng)）。將大試管放回冷阱，重復(fù)上述操作。如此再重復(fù)數(shù)次，直到取得三個(gè)偏差不超過±0.006 ºc的值。取其平均值作為溶劑水的凝固點(diǎn)。3 溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定 取出大試管，在管中加入0.4 g左右（準(zhǔn)確到 0.002 g）的尿素，注意不要粘于管壁上（可先將尿素壓成

9、片）。拿掉磁力攪拌器上的冷阱，將大試管直接放在磁力攪拌器上攪拌至全部溶解，然后按裝置圖將儀器裝好。觀察數(shù)字溫度計(jì)，當(dāng)溫度降至1 ºc時(shí)，打開秒表，每半分鐘記錄一次溫度值，當(dāng)溫度降至最低開始回升后（晶體析出），注意觀察，將最高點(diǎn)溫度記錄下來。此后再記錄67個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。四結(jié)果與討論1. 測(cè)量溶劑水凝固點(diǎn)時(shí)間（s）溫度（）時(shí)間（s）溫度（）00.297420-0.326300.205450-0.375600.169480-0.424900.149510-0.4711200.121540-0.5171500.087570-0.5621800.0556000.3432100.0176300

10、.393240-0.0276600.435270-0.0756900.446300-0.1267200.452330-0.1797500.444360-0.2287800.443390-0.277表1 去離子水溫度表時(shí)間（s）溫度（）時(shí)間（s）溫度（）01.032720-0.510300.951750-0.558600.870780-0.604900.789810-0.6521200.714840-0.6941500.638870-0.7401800.566900-0.7822100.493930-0.8252400.4229600.2612700.3539900.3433000.286102

11、00.3523300.21910500.3593600.15610800.3843900.09211100.4064200.03111400.419450-0.02711700.416480-0.08512000.422510-0.14312300.427540-0.19912600.435570-0.25312900.434600-0.30813200.439630-0.35913500.447660-0.41213800.444表2 去離子水溫度表.時(shí)間（s）溫度（）時(shí)間（s）溫度（）00.988600-0.345300.901630-0.397600.819660-0.446900.73

12、8690-0.4971200.660720-0.5461500.583750-0.6401800.508780-0.6852100.436810-0.7312400.3648400.3402700.3008700.3603000.2359000.3733300.1729300.3893600.1089600.4183900.0459900.423420-0.01510200.438450-0.07410500.440480-0.13310800.439510-0.18711100.440540-0.240570-0.293表3去離子水溫度表在進(jìn)行對(duì)去離子水凝固點(diǎn)測(cè)量的過程中，雖然在以一次操作過

13、程中的部分操作（如防止大試管與冷阱底部相接觸而包裹的衛(wèi)生紙過厚，造成最初數(shù)據(jù)不是很準(zhǔn)確）出了問題，但并不影響對(duì)去離子水凝固點(diǎn)的判斷，通過三組數(shù)據(jù)可以得到水的凝固點(diǎn)依次為0.444，0.444，0.440，所以通過取平均值可得去離子水的凝固點(diǎn)為0.443 。2. 測(cè)量尿素水溶液的凝固曲線時(shí)間（s）溫度（）時(shí)間（s）溫度（）時(shí)間（s）溫度（）00.972870-0.1751740-0.921300.923900-0.2051770-0.942600.875930-0.2341800-0.961900.826960-0.2651830-0.9811200.779990-0.2951860-0.999

14、1500.731020-0.3251890-1.0171800.6871050-0.3571920-1.0372100.641080-0.3841950-1.0552400.5961110-0.4091980-1.0762700.5541140-0.4372010-1.0933000.511170-0.4632040-1.1083300.4681200-0.4912070-1.1273600.4281230-0.5172100-1.1423900.3871260-0.5442130-1.1614200.3451290-0.5692160-1.1764500.3061320-0.6172190-

15、0.1714800.2651350-0.6432220-0.1395100.2281380-0.6652250-0.1425400.1921410-0.6882280-0.1415700.1551440-0.7142310-0.1486000.1181470-0.7342340-0.1476300.0851500-0.7582370-0.146600.051530-0.782400-0.1426900.0151560-0.8012430-0.141720-0.0221590-0.8212460-0.143750-0.0531620-0.8432490-0.143780-0.0831650-0.

16、8632520-0.142810-0.1151680-0.883840-0.1441710-0.903表4 尿素水溶液溫度表加入尿素的質(zhì)量：0.4001 g 去離子水體積：25.00 ml，水密度為1.0 g/ml，故溶劑質(zhì)量為：1.0 g/ml*25 ml=25g利用origin作尿素水溶液時(shí)間溫度曲線如下圖圖1 尿素水溶液時(shí)間溫度曲線如圖，取2220-0.1392250-0.1422280-0.1412310-0.148進(jìn)行外推，由外推法得尿素水溶液的凝固點(diǎn)為-0.007 3 數(shù)據(jù)處理分析1. 通過2中origin作圖，可以通過外推法得出尿素水溶液的凝固點(diǎn)為：-0.007 2. 計(jì)算尿素的

17、摩爾質(zhì)量，并與文獻(xiàn)值比較，求其百分誤差。tf=0.443-（-0.007）= 0.450=65.90文獻(xiàn)值為60.05相對(duì)誤差為9.74%3 考慮稱量、移液和溫度測(cè)量三項(xiàng)誤差來源，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差（分別用平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)誤差表示）。其中y為間接測(cè)量值，xk為直接測(cè)量值，兩者之間關(guān)系為 y結(jié)果的相對(duì)不確定度公式電子天平的誤差算作0.0002g，移液管的不確定度為0.05ml，溫度計(jì)的不確定度是0.005，=1.5810-2mb=1.04 mb65.901.04 g/mol可見誤差的主要來源是溫度和質(zhì)量的測(cè)量，而移液造成的誤差要小得多。3.3 討論分析1）從文獻(xiàn)上查得尿素的原子量為60.0533g

18、/mol,而實(shí)測(cè)結(jié)果為65.90g/mol，這與文獻(xiàn)值相差較大，精確度與準(zhǔn)確度都不高，個(gè)人認(rèn)為這可能與下面幾個(gè)方面有關(guān)：a溶質(zhì)在溶液中或多或少會(huì)發(fā)生締合與分解，而公式的推導(dǎo)過程是假設(shè)上述現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生，因此由公式算出來的值會(huì)出現(xiàn)偏差。b在實(shí)驗(yàn)中冷卻水的溫度為-5，這樣的話會(huì)對(duì)在冷卻過程中，寒劑溫度過低，過冷太厲害，則凝固熱抵償不了散熱，此時(shí)溫度不能回升到凝固點(diǎn)，在溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)完全凝固，就得不到正確的凝固點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)值偏差較大。c在溫度回升過程中，由于析出的晶體的量不同，回升溫度的最高點(diǎn)不易相同，這也會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來偏差。d. 本組所使用的套管與浴槽規(guī)格存在偏差，有可能造成溶劑和溶液里溫度不均，同時(shí)

19、使數(shù)字溫度計(jì)示數(shù)有所波動(dòng)，給讀取數(shù)據(jù)時(shí)帶來誤差。e. 結(jié)晶所得的固體可能較大，而不是實(shí)驗(yàn)要求得到的小冰晶f. 攪拌時(shí)有樣品濺在器壁上，致使去去離子水量偏少，從而使偏大偏小，而由稀溶液依數(shù)性可知，尿素的添加量所引起的減少比例要小于的減小比例，故由公式所得的尿素的摩爾質(zhì)量偏大2） 對(duì)實(shí)驗(yàn)的看法：由于本實(shí)驗(yàn)需測(cè)出溶液的過冷曲線，人工操作上存在偏差，若是能將數(shù)字溫度計(jì)與電腦終端相連，進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖，作出的曲線會(huì)相對(duì)準(zhǔn)確?？偟膩碚f，該實(shí)驗(yàn)操作較貝克曼法簡(jiǎn)單，可靠性較高，能夠容易通過此法掌握用凝固點(diǎn)降低測(cè)定化合物的摩爾質(zhì)量。從實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以看出，這次實(shí)驗(yàn)在溫度測(cè)定上不是很精確。 4. 結(jié)論 實(shí)驗(yàn)測(cè)得尿素的

20、摩爾質(zhì)量為65.901.04 g/mol五. 參考文獻(xiàn)1 清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組. 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京：清華大學(xué)出版社，19916 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)了用凝固點(diǎn)測(cè)定尿素摩爾質(zhì)量的方法，掌握了凝固點(diǎn)測(cè)定藥品摩爾質(zhì)量的原理。本實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵為控制過冷程度以及攪拌速度。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。在實(shí)驗(yàn)過程中要盡可能地控制攪拌速度，從而控制溶液的過冷程度，保證小冰晶的形成，并使微小的冰晶與溶液兩相充分接觸，從而測(cè)得固液兩相共存的平衡溫度。7 思考題1.實(shí)驗(yàn)中所配溶液濃度太濃或太稀都會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。為什么？答：凝固點(diǎn)降低是稀溶液依

21、數(shù)性質(zhì)的一種表現(xiàn)。當(dāng)確定了溶劑的種類和數(shù)量后，溶劑凝固點(diǎn)降低只和溶液中所含溶質(zhì)分子的數(shù)目有關(guān)。對(duì)于理想稀溶液，凝固點(diǎn)降低與溶液成分關(guān)系由范霍夫凝固點(diǎn)降低公式給出：當(dāng)溶液很稀時(shí)，nb<<na則tf=kf的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。而當(dāng)太濃時(shí)溶液便不會(huì)符合稀溶液這一條件，而當(dāng)太稀時(shí)，其改變的凝固點(diǎn)的值過小，不利于測(cè)量計(jì)算。所以說溶液濃度太濃或太稀都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。2.測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，純?nèi)軇囟然厣竽苡幸幌鄬?duì)恒定階段，而溶液則沒有。為什么？答：對(duì)于純?nèi)軇﹣碚f，溶劑溫度回升后，隨著溶劑晶體的不斷析出，溶劑的濃度并不改變，所以凝固點(diǎn)固定不變；而溶液則不同，當(dāng)溶液溫度回升后，隨著溶液中溶劑晶體的不斷析出，溶液的濃度不斷增大，凝固點(diǎn)會(huì)逐漸降低。3.為什么會(huì)產(chǎn)生過冷現(xiàn)象？答：在一定壓力下,當(dāng)液體的溫度已低于該壓力下液體的凝固點(diǎn),而液體仍不凝固的現(xiàn)象叫液體的過冷現(xiàn)象。其產(chǎn)生的原因是結(jié)晶。實(shí)際結(jié)晶溫度低于了理論的結(jié)晶溫度。 關(guān)于結(jié)晶溫度的解釋： 物體在無限緩慢的冷卻條件下（即平衡狀態(tài)下）的結(jié)晶溫度稱為理論結(jié)晶溫度。但是，實(shí)際情況我們是不可能達(dá)到這種無限緩慢的速度的，實(shí)際情況下物體結(jié)晶的溫度就叫做實(shí)際結(jié)晶溫度。4. 原理中計(jì)算公式的導(dǎo)出作了哪些近似處理，如何判斷本實(shí)驗(yàn)中這些假設(shè)的合理性?答：一共