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(cè)定物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量實(shí)驗(yàn)類型 ：驗(yàn)證設(shè)計(jì)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)算萘的相對(duì)分子質(zhì)量。3、掌握凝固點(diǎn)將定分子量的原理，加深對(duì)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(duì)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(cè)定方法有許多種。凝固點(diǎn)降低法測(cè)定物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量是一個(gè)簡(jiǎn)單又比較準(zhǔn)確的方法，在溶液理論研究和實(shí)際應(yīng)用 方面都具有重要意義。

2、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 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) Tf*下降，其降低值厶T=T*-Tf與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，即 Tf =Kf m(3-1)式中， Tf為凝固點(diǎn)降低值；m為溶液質(zhì)量摩爾濃度；Kf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)值溶劑水醋酸笨環(huán)己烷環(huán)己醇萘三溴甲烷Tf*/KKr/(K kg/mol)20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m為m= W103 mol

3、/kg(3-2)MB式中，MB為溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。將式(3-2)代入式(3-1)，整理得KW3MB= x 10 mol/kg(3-3) Tf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(cè)定此溶液的凝固點(diǎn)降低值Tf，即可計(jì)算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量 M。通常測(cè)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。其基本原理是將純?nèi)軇┗蛉芤壕徛齽蛩倮鋮s，記錄體系溫度隨時(shí)間的變化，繪出步冷曲線(溫度-時(shí)間曲線)，用外推法求得純?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

4、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(lái)講，對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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)某一溫度有溶齊U開始析出時(shí)，凝固熱抵消了部分體系向環(huán)境的放熱，因

5、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

6、的冷卻曲線形狀不同。對(duì)純?nèi)軇﹥?相共存時(shí)，自由度f(wàn)*=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(duì)溶液兩相共存時(shí)，自由度f(wàn)*=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)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(cè)出，而真正的平衡濃度又難于直接測(cè)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(duì)測(cè)定結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生顯 著影響。

7、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(cè)純?nèi)軇┡c溶液凝固點(diǎn)之差，由于差值較小，所以測(cè)溫需用較精密儀器，本實(shí)驗(yàn)使用貝 克曼溫度計(jì)。【儀器和試劑】凝固點(diǎn)測(cè)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 ,萘（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 ）的溫度取適量冰水，使測(cè)量環(huán)己烷溶劑凝固點(diǎn)時(shí)寒劑溫度為4C左右，測(cè)量溶液凝固點(diǎn)時(shí)寒劑溫度為 2 C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(cè)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)

8、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(lái)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)

9、定為止，記下穩(wěn)定的溫度值，重復(fù)測(cè)定兩次次，每次之差不超過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(cè)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萘的質(zhì)量，加入到凝固點(diǎn)管中，待全部溶解后，測(cè)定溶液的凝固點(diǎn)。測(cè)定方法與純環(huán)己烷的相同，先測(cè)近似的凝固點(diǎn)，再精確測(cè)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，計(jì)算所取環(huán)己烷的重量WA。所取環(huán)己烷的體積為根據(jù)附表U -15有機(jī)化合物的密度計(jì)算，知環(huán)己烷密度為：-3-62-93p t p °+ 10 a （ t t o） + 103 （ t t o） + 10 丫 （

10、 t t o）=+ 10-3 x x + 10-6 xx+ 10-9 xx3 0.77708g/cm3所以，所取環(huán)己烷的重量為：WA=X= 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)算萘的分子量，并計(jì)算與理論值的相對(duì)誤差。儀器型號(hào)：SWC-LG凝固點(diǎn)實(shí)驗(yàn)裝置室溫： C濕度：_%_大氣壓： HPa表1環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第一次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/S153045607590510012513溫差/ C時(shí)間151618192122242527/S050505050溫差/ C時(shí)間283031333436373940/S505050505溫差/ C時(shí)間424345464849

11、/S050505溫差/ C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由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn) 1為:表2環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第二次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間1346791111/S50505005203550溫差/ C時(shí)間1112222223/S65809510254055708500溫差/ C時(shí)間3333334444/S15304560759005203550溫差/ C時(shí)間444555555/S658095102540557085溫差7根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線:圖2環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 2由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn) 2為：時(shí)3，1、6791111間Is50505005

12、20355065溫差/ c時(shí)>2222233間Is80951025405570850015溫差/ c時(shí)3:33344444間Is3045607590052035506580溫差/ c時(shí)415!5555666間Is95102540557085001530溫差/ c表3環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第三次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表1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6.9006.8006.7006.600的時(shí)間/s圖3環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線 3由圖可知，純環(huán)己烷溶劑的凝固點(diǎn) 3為:表4萘-環(huán)己烷溶液凝固點(diǎn)第一次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表/s50

13、50500520355065溫差/ C時(shí)11222222333間/s8095102540557085001530溫差/ C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:圖4萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 1由圖可知，萘-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn) 1為：表5萘-環(huán)己烷溶液凝固點(diǎn)第二次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間1346791111/S50505005203550溫差/ C時(shí)間1112222223/S65809510254055708500溫差/ C時(shí)間33333/S1530456075溫差/ C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:5.250時(shí)間圖5萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 2由圖可知，萘-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn) 2為：表6萘-環(huán)己烷溶液凝

14、固點(diǎn)第三次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)1346791111間/S50505005203550溫差/C時(shí)1112222223間/S65809510254055708500溫差/C時(shí)333333間/S153045607590溫差/C根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線:綜上，將純?nèi)軇┡c稀溶液凝固點(diǎn)整理如下:項(xiàng)目編號(hào)In出平均值純環(huán)己烷溶 劑的凝固點(diǎn)Tf*/ C萘-環(huán)己烷溶 液的凝固點(diǎn)Tf / C5.400溫度/°C6時(shí)間/s由圖可知,萘-環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn)萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線 33為:所以， Tf = T-Tf =溶質(zhì)萘的相對(duì)分子質(zhì)量為：MB= xlo3 mol/kg =20x 103g/molW T

15、fx已知萘的理論相對(duì)分子質(zhì)量為mol所以，實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對(duì)誤差為：13【提問與思考】1、為什么要先測(cè)近似凝固點(diǎn)答：因?yàn)槟厅c(diǎn)的確定比較困難，先測(cè)一個(gè)近似凝固點(diǎn)，然后在精確測(cè)量時(shí)，通過“在接近近 似凝固點(diǎn)時(shí)減慢降溫速度，至U凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌”的方法有效減小測(cè)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(lái)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(cè)定，又要保證是稀溶液這個(gè)前 提。如果加入量過多，一方面會(huì)導(dǎo)致凝固點(diǎn)下降過多，不利于溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定，另一方面有可能 超出了稀溶液的范圍而不

16、具有依數(shù)性。過少則會(huì)使凝固點(diǎn)下降不明顯，也不易測(cè)定并且實(shí)驗(yàn)誤差增 大。3、測(cè)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：這是因?yàn)殡S著固態(tài)純?nèi)軇娜芤褐胁粩辔龀?，剩余溶液的濃度逐漸增大，因而凝固點(diǎn)逐漸 降低，在步冷曲線上得不到溫度不變的水平段，只出現(xiàn)折點(diǎn)。4、溶液濃度太稀或太濃對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響為什么答：溶液濃度太稀會(huì)使凝固點(diǎn)下降不明顯，也不易測(cè)定并且實(shí)驗(yàn)誤差增大。溶液濃度太高一方 面會(huì)導(dǎo)致凝固點(diǎn)下降過多，不利于溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定，另一方面有可能超出了稀溶液的范圍而不具 有依數(shù)性。5、若溶質(zhì)在溶液中產(chǎn)生離解、締合等現(xiàn)象時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響答：有離解時(shí)，測(cè)量出濃度 m偏大，m= g/M，測(cè)出的分子量偏