1凝固點(diǎn)降低試驗(yàn)報(bào)告

1、華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)專 業(yè)化學(xué)(師范)年級(jí)、班級(jí)課程名稱物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)類型：口驗(yàn)證口設(shè)計(jì)口綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)間 年 月 日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師蔡躍鵬 實(shí)驗(yàn)評(píng)分【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 、明確溶液凝固點(diǎn)的定義及獲得凝固點(diǎn)的正確方法。2 、確定環(huán)己烷的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算蔡的相對分子質(zhì)量。3、掌握凝固點(diǎn)將定分子量的原理，加深對稀溶液依數(shù)性的理解。4、掌握貝克曼溫度計(jì)的使用方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】物質(zhì)的相對分子質(zhì)量是了解物質(zhì)的一個(gè)最基本且重要的物理化學(xué)數(shù)據(jù)，其測定方法有許多種。凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量是一個(gè)簡單又比較準(zhǔn)確的方法，在溶液理論研究和實(shí)際應(yīng)用 方面都具有

2、重要意義。凝固點(diǎn)降低是稀溶液的一種依數(shù)性，這里的凝固點(diǎn)是指在一定壓力下，溶液中純?nèi)軇╅_始析出. . . 、 一 一一一 , 一、 一 .一 * .一的溫度。由于溶質(zhì)的加入，使固態(tài)純?nèi)軇娜芤褐形龀龅臏囟萒f比純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn) 不下降，其降低值不=Tf-Tf與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，即 Tf=Km(3-1)式中，4Tf為凝固點(diǎn)降低值；m為溶液質(zhì)量摩爾濃度；K為凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它與溶劑的特性有關(guān)。表3-1給出了部分溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值。表3-1幾種溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值水醋酸笨環(huán)己烷環(huán)己醇蔡三澳甲烷一 *Tf /K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95

3、K/(K kg/mol)1.863.905.122039.36.914.4若稱取一定量的溶質(zhì) W(g)和溶劑W(g),配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度口為m= Wb X 10 mol/kg(3-2)MbWa式中，M為溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量。將式 (3-2)代入式(3-1),整理得M=Kf Wb x 103 mol/kg(3-3) Tf Wa若已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf值，通過實(shí)驗(yàn)測定此溶液的凝固點(diǎn)降低值Tf,即可計(jì)算溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量 M。通常測定凝固點(diǎn)的方法有平衡法和貝克曼法(或步冷曲線法)。本實(shí)驗(yàn)采用后者。其基本原理是(溫度-時(shí)間曲線)，用外將純?nèi)軇┗蛉芤壕徛齽蛩倮鋮s，記錄體系溫度隨時(shí)間

4、的變化，繪出步冷曲線 推法求得純?nèi)軇┗蛳∪芤褐腥軇┑哪厅c(diǎn)。首先，將純?nèi)軇┲鸩嚼鋮s時(shí)，體系溫度隨時(shí)間均勻下降，到某一溫度時(shí)有固體析出，由于結(jié)晶 放出的凝固熱抵消了體系將溫室傳遞給環(huán)境的熱量，因而保持固液兩相平衡，當(dāng)放熱與散熱達(dá)到平 衡時(shí)，溫度不再改變。在步冷曲線上呈現(xiàn)出一個(gè)平臺(tái)；當(dāng)全部凝固后，溫度又開始下降。從理論上 來講，對于純?nèi)軇?，只要固液兩相平衡共存，同時(shí)體系溫度均勻，那么每次測定的凝固點(diǎn)只應(yīng)該不 變。但實(shí)際上由于過冷現(xiàn)象存在，往往每次測定值會(huì)有起伏。當(dāng)過冷現(xiàn)象存在時(shí)，純?nèi)軇┑牟焕淝?線如圖3-1(a)所示。即先過冷后足夠量的晶體產(chǎn)生時(shí)，大量的凝固熱使體系溫度回升，回升后在某 一溫度維持

5、不變，此不變的溫度作為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)。稀溶液的凝固點(diǎn)測定也存在上述類似現(xiàn)象，如圖3-1(b)所示。沒有過冷現(xiàn)象存在時(shí)，溶液首先均勻降溫，當(dāng)某一溫度有溶劑開始析出時(shí)，凝固熱抵消了部分體系向環(huán)境的放熱，因此降溫變緩慢， 在步冷曲線上表現(xiàn)為一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此溫度即為該平衡濃度稀溶液的凝固點(diǎn)，隨著溶劑析出，溶液濃 度增加，凝固點(diǎn)逐漸降低。但溶液的過冷現(xiàn)象也是普遍存在的。當(dāng)某一濃度的溶液逐漸冷卻成過冷 溶液(冷卻到凝固點(diǎn)，并不析出晶體 )，通過攪拌或加入晶種促使溶劑結(jié)晶，凝固熱抵消了體系降溫 時(shí)傳遞給環(huán)境的熱量，使體系溫度回升，當(dāng)凝固放熱與體系散熱達(dá)到平衡時(shí)，溫度不再回升。此固 液兩相共存的平衡溫度即為溶液

6、的凝固點(diǎn)。后又隨著溶劑析出，凝固點(diǎn)逐漸降低。但過冷太厲害或 寒劑溫度過低，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)。上述也可從相律分析，溶劑與溶液的冷卻曲線形狀不同。對純?nèi)軇﹥?相共存時(shí)，自由度f*=1-2+1=0,冷卻曲線出現(xiàn)水平線段，其形狀如圖 3-1(a)所示。對溶液兩相共存 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，所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段，如圖 3-1(b)所示。由于溶劑析出后，剩余溶液濃 度變大，顯然回升的最高溫度不是原濃度溶液的凝固點(diǎn)，嚴(yán)格的做法應(yīng)

7、作冷卻曲線，并按圖3-1(b)中所示方法加以校正。但由于冷卻曲線不易測出，而真正的平衡濃度又難于直接測定，實(shí)驗(yàn)總是用 稀溶液，并控制條件使其晶體析出量很少，所以用起始濃度代替平衡濃度，對測定結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生顯 著影響。圖3-1 溶劑與溶液的冷卻曲線(a)純?nèi)軇?b)稀溶液本實(shí)驗(yàn)測純?nèi)軇┡c溶液凝固點(diǎn)之差，由于差值較小，所以測溫需用較精密儀器，本實(shí)驗(yàn)使用貝 克曼溫度計(jì)?！緝x器和試劑】凝固點(diǎn)測定儀（1套），貝克曼溫度計(jì)（1支），普通溫度計(jì)（050 C, 1支），移液管（50mL, 1支）， 燒杯（2個(gè)），環(huán)己烷（AR）,蔡（AR ,冰?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、貝克曼溫度計(jì)的調(diào)整2、調(diào)節(jié)寒劑（冷卻劑）的溫度取適

8、量冰水，使測量環(huán)己烷溶劑凝固點(diǎn)時(shí)寒劑溫度為4c左右，測量溶液凝固點(diǎn)時(shí)寒劑溫度為2c左右，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷攪拌，使寒劑保持該溫度。3、溶劑凝固點(diǎn)的測定儀器裝置如圖3-2所示。用移液管向清潔、干燥的凝固點(diǎn)管內(nèi)加入20mL純環(huán)己烷，并記下環(huán)己烷的溫度，插入貝克曼溫度計(jì)，不要碰壁與觸底。先將盛環(huán)己烷的凝固點(diǎn)管直接插入寒劑中，均勻攪拌，使環(huán)己烷的溫度逐漸降低，當(dāng)冷到6.8 C以后，要快速攪拌（要求攪拌棒下端擦管底），幅度要盡可能的小，待溫度回升后，恢復(fù)原來的攪拌 速度，同時(shí)觀察貝克曼溫度計(jì)讀數(shù)，直到溫度回升穩(wěn)定為止，此溫度即為環(huán)己烷的近似凝固點(diǎn)。取出凝固點(diǎn)管，用手捂住管壁片刻，同時(shí)不斷攪拌，使管中固體全

9、部融化，再將盛環(huán)己烷的凝 固點(diǎn)管直接插入寒劑中，均勻攪拌，使環(huán)己烷的溫度逐漸降低。當(dāng)溫度比環(huán)己烷的近似凝固點(diǎn)高0.5 C時(shí)，將凝固點(diǎn)管放在空氣套管中，快速攪拌，待溫度回升后，再改為緩慢攪拌。直到溫度回升到穩(wěn) 定為止，記下穩(wěn)定的溫度值，重復(fù)測定兩次次，每次之差不超過0.006 C ,兩次平均值作為純環(huán)己烷的凝固點(diǎn)。4、溶液凝固點(diǎn)的測定取出凝固點(diǎn)管，如前將管中環(huán)己烷融化，用分析天平精確稱量秦的質(zhì)量，加入到凝固點(diǎn)管中， 待全部溶解后，測定溶液的凝固點(diǎn)。測定方法與純環(huán)己烷的相同，先測近似的凝固點(diǎn)，再精確測定， 但溶液凝固點(diǎn)是取回升后所達(dá)到的最高溫度。重復(fù)兩次，取平均值?！緮?shù)據(jù)處理】1、由環(huán)己烷的密度，

10、計(jì)算所取環(huán)己烷的重量W。所取環(huán)己烷的體積為20.00mL根據(jù)附表H -15有機(jī)化合物的密度計(jì)算，知環(huán)己烷密度為：pt= P0+10 a（t 10） -|- 10 B（t 10） +10 丫（t 10）=0.79707 + 10-3 X （-0.8879） X22. 0 + 10-6 X （-0.972 ） X 22. 02 + 10-9 X 1.55 X 22. 033= 0.77708g/cm3所以，所取環(huán)己烷的重量為：W= 20.00 X0.77708= 15.5416g2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表，再根據(jù)式（3-3）,由所得數(shù)據(jù)計(jì)算蔡的分子量，并計(jì)算與理論值的相對誤差。儀器型號(hào)：SWC-LO固

11、點(diǎn)實(shí)驗(yàn)裝置室溫： 22.0 C濕度：80.4%大氣壓：1014.0 HPa根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:圖1環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線1表1環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第一次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135溫差/ C7.2357.0796.9886.9436.9016.8546.8106.7706.739時(shí)間/s150165180195210225240255270溫差/ C6.7276.7216.7176.7136.7146.7186.7226.7266.727時(shí)間/s285300315330345360375390405溫差/ C6.7306.7336.7396.7486

12、.7646.7746.7766.7766.776時(shí)間/s420435450465480495溫差/ C6.7766.7686.7626.7566.7506.744由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn)1為:的時(shí)間/s圖2環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 2表2環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第二次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150溫差/ C7.2237.0516.9986.9606.9216.8846.8456.8036.7656.737時(shí)間/s165180195210225240255270285300溫差/ C6.7276.7216.7186.7156.7166.7206.7256.72

13、86.7366.755時(shí)間/s315330345360375390405420435450溫差/ C6.7656.7766.7776.7786.7776.7796.7796.7796.7806.781時(shí)間/s465480495510525540555570585溫差/ C6.7816.7816.7796.7796.7766.7776.7716.7616.745根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:7.300 溫度/ 7.2007.1007.000 的6.9006.8006.7006.600由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn)2為：表3環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第三次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s1530456075901

14、05120135150165溫差/ C7.2377.0837.0016.9656.9296.8936.8616.8296.7916.7616.726時(shí)間/s180195210225240255270285300315溫差/ C6.7156.7186.7236.7286.7316.7356.7426.7506.7666.778時(shí)間/s330345360375390405420435450465480溫差/ C6.7856.7836.7816.7866.7826.7826.7836.7816.7846.7856.785時(shí)間/s495510525540555570585600615630溫差/ C6

15、.7886.7876.7886.7896.7896.7886.7876.7806.7706.755根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:7.300 溫度/C7.2007.1007.000的6.9006.8006.700的時(shí)間/s圖3環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線3發(fā)時(shí)間/s圖4蔡-環(huán)己烷溶液冷卻曲線16.600由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn)3為：表4蔡-環(huán)己烷溶液凝固點(diǎn)第一次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150165溫差/ C5.2255.1525.1095.0715.0495.0174.9724.9474.9174.8824.856時(shí)間/s18019521022524025

16、5270285300315330溫差/ C4.8464.8614.8814.8724.8644.8524.8334.8194.8074.7864.766根據(jù)數(shù)據(jù)作蔡-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:由圖可知，泰-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn) 1為:表5蔡-環(huán)己烷溶液凝固點(diǎn)第二次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150溫差/ C5.2215.1415.1105.0825.0575.0224.9994.9614.9384.904時(shí)間/s165180195210225240255270285300溫差/ C4.8844.8614.8584.8634.8904.8954.8844.8754.8

17、654.854時(shí)間/s315330345360375溫差/ C4.8354.8144.8014.7804.767根據(jù)數(shù)據(jù)作蔡-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:5.250溫度5.2005.1505.1005.0505.0004.9504.9004.8504.8004.750 050100150200250300350400時(shí)間圖5蔡-環(huán)己烷溶液冷卻曲線2由圖可知，泰-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn) 2為：表6蔡-環(huán)己烷溶液凝固點(diǎn)第三次測量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150溫差/ C5.2925.2325.1995.1785.1265.0915.0735.0314.9964.975時(shí)間/s

18、165180195210225240255270285300溫差/ C4.9294.8994.8684.8404.8724.8934.8834.8764.8604.849時(shí)間/s315330345360375390溫差/ C4.8414.8294.8234.8144.7994.783時(shí)間/s圖6蔡-環(huán)己烷溶液冷卻曲線3由圖可知，泰-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn) 3為:綜上，將純?nèi)軇┡c稀溶液凝固點(diǎn)整理如下:項(xiàng)目I編R1平均值nm純環(huán)己烷溶劑的 凝固點(diǎn)Tf / C泰-環(huán)己烷溶液的 凝固點(diǎn)Tf / C一一 . *所以，下= Tf-T =溶質(zhì)蔡的相對分子質(zhì)量為：M= Kf Wb x 103 mol/kg =20又x 103g/mol Tf WAX 15.5416已知蔡的理論相對分子質(zhì)量為128.18g/mol所以，實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對誤差為:【提問與思考】1、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)，然后在精確測量時(shí)，通過“在接近近 似凝固點(diǎn)時(shí)減慢降溫速度，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌”的方法有效減小測量誤差。2、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：溶質(zhì)的加入量應(yīng)該根據(jù)它在溶劑中的溶解度來確定，因?yàn)槟厅c(diǎn)降低是稀溶液的依數(shù)性， 所以應(yīng)當(dāng)保證溶質(zhì)的量既能使溶液的凝固點(diǎn)降低值不是太小，容易測定，又要保證是稀溶液這個(gè)前 提。如果加入量過多