凝固點降低法測定摩爾質量(精)

1、凝固點降低法測定摩爾質量(精)凝固點降低法測定摩爾質量【教學目的】1.用凝固點降低法測定蔡的摩爾質量。2.掌握溶液凝固點測定技術。3.掌握NGC-I型凝固點測定儀的使用方法。4.通過實驗加深對稀溶液依數性的理 解?！窘虒W重點】通過凝固點的測定，使學生加深對稀溶液依數性質的理解【教學內容】一、實驗原理物質的摩爾質量是一個重要的物理化學數據。凝固點降低法是一種比較簡單而較正確 的測定摩爾質量的方法。凝固點降低是理想稀溶液依數性之一，其在實用方面和對溶液的 理論研究方面都很重要。理想稀溶液的凝固點降低(對析出物為純固相溶劑的系統(tǒng))與溶液組成間關系為Tf?Tf?Tf?*R(Tf*)2?H(A)?XB(

2、1)式中Tf和Tf分別為純溶劑和溶液的凝固點(K) ； ?Tf為凝固點降低值：？H(A)為溶 劑的摩爾凝固熱：XB為溶液中溶質的量分數。若用nA和nB表示溶劑和溶質的物質的量， 則上式寫成：?Tf?R(Tf*)2nB?H(A)nA?nB?(2)當溶液很稀時,nBWnA,則R(Tf*)2nBR(Tf*)2MAHB?Tf? 0?Kf?mB?H(A)nA?H(A)MBWA(3)式中K?f濃度。R(Tf*)2?H(A)?MA,稱為質量摩爾凝固點降低常數，mB為溶液中溶質B的質量摩爾稱取一定量的溶質(WB/kg)和溶劑(WA/kg)配成理想溶液，分別測定純溶劑和溶液 的凝固點求得?Tf,再查得溶劑的凝固

3、點降低常數Kf,代入(3)式即可算溶質的摩爾質量 (MB) °通常測凝固點的方法是將已知濃度的溶液(或純溶劑)逐步冷卻，記錄一定時刻的系 統(tǒng)的溫度，并繪出冷卻曲線。純溶劑的凝固點是它的液相和固相共存時的平衡溫度，若將 純溶劑逐步冷卻，其冷卻曲線如圖13-6 (I) o但在實際冷卻過程中會發(fā)生過冷現象，即 出現過冷液體，但開始析出固體后，溫度才回升并會穩(wěn)定一定時間，當液體全部凝固后， 溫度再逐漸下降,其冷卻曲線如圖13-6 (H)形狀。1溶液的凝固點是該溶液的液相和溶劑的固相共存時的平衡溫度。若將溶液逐步冷卻， 其冷卻曲線與純溶劑不同，其形狀如圖13-6 (III),由于部分溶劑凝固析

4、出，使剩余溶 液的濃度逐漸增大，因而剩余溶液與溶劑固相共存的平衡溫度也逐漸下降。如過冷現象不 嚴重，冷卻曲線如圖13-6 (IV),這時對摩爾質量的測定無明顯影響；若過冷嚴重時，冷 卻曲線如圖13-6 (V),所測得凝固點偏低，會影響摩爾質量的測定，因此在測定過程中 必須設法控制過冷程度，一般可通過控制寒劑的溫度、攪拌速度等方法實現。因為理想稀溶液的凝固點降低值不大，所以溫度的測量常用較精密的儀器，本實驗用 NGC-I型凝固點測定儀。在本實驗中，采用測量裝置測定環(huán)己烷、環(huán)己烷-蔡體系在逐步冷卻過程中體系溫度 隨時間的變化數據，并繪制各體系的冷卻曲線。在數字貝克曼溫度計中，采用PtlOO型電 阻

5、溫度計。二、儀器與試劑(一)儀器NGC-I型凝固點測定儀普通水銀溫度計 移液管(25mL)(二)試劑 環(huán)己烷(A R) 冰食鹽蔡(A-R)1套1支1支分析天平稱量瓶1臺1個1個燒杯（500mL）三、實驗步驟1 .將內管洗凈烘干2 .寒劑溫度的調節(jié)冰槽中的冰水混合物為寒劑。調節(jié)冰和水的量使其溫度保持在 276. 2277. 2K之間（寒劑的溫度以不低于所測溶液之凝固點3K為宜）。在實驗過程中用 攪拌棒經常攪拌并間斷地補充少量的冰，使寒劑的溫度保持恒定。3.凝固點測定儀的操 作（1）將儀表后面的電源線接入220Y電網。（2）將電源開關置于斷的位置，撥下開關旁插頭，取出攪拌器。（3）加冰口處加 入冰

6、水混合物。（4）用移液管取25mL環(huán)己烷加入內試管中。（5）將攪拌器插入內試管中，插入測溫探頭，連接插頭。（6）打開電源開關，通過窗口看攪拌情況，待溫度顯示為9c左右時開始讀取數字貝 克曼溫度計表上數據。一般每分鐘記一次，但在溫度-時間變化的斜率減小時應每隔30s 計錄數據，待過冷狀態(tài)破壞后，溫度回升并恒定數分鐘即可停止讀數。（7）取出內試管，使環(huán)己烷晶體溶化，可用手溫熱環(huán)己烷晶體，使之熔化，再插入 內管中，重復上述數據記錄步驟，重復測定2-3次，要求溶劑凝固點的絕對平均誤差小于 0.01 （8）取出內試管，用手溫熱環(huán)己烷晶體，使之熔化，準確稱取0.15g左右蔡加入 內試管中，2攪拌使其全部溶

7、解。然后按測定環(huán)己烷凝固點的步驟測定含蔡溶液的凝固點。（9）實驗完畢，將電源開關置斷的位置，排凈冰水混合物，內試管擦干凈置于體系中。四、數據記錄及數據處理原始數據記錄溫度1 .在同一直角坐標系中分別畫出溶劑和溶液的冷卻曲線，用外推法求凝固點，然后 求出凝固點降低值?Tf。2 .計算蔡在環(huán)己烷中的摩爾質量。并判斷蔡在環(huán)己烷中的存在形式。時間 溫度 時間 溫度 時間【注意事項】1 .寒劑的溫度不能過低，否則易造成冷卻所吸收熱量的速度大于凝固放出的速度， 則體系溫度將繼續(xù)下降，過冷現象嚴重，且凝固的溶劑過多，溶液的濃度變化過大，測得 的凝固點偏低，從而影響溶質摩爾質量的測定結果。2 .帶有電阻溫度計

8、的攪拌器一旦插入裝有溶液（劑）的內管后，最好不要從內管中 完全拿出，防止溶劑揮發(fā)或滴漏，造成溶液濃度發(fā)生變化。3 .移動攪拌器時，應先關閉攪拌器電源開關，否則將燒毀攪拌器保險管，攪拌器工 作時必須保持水平狀態(tài)。4 .加入蔡的時候，盡量將蔡直接放入溶劑中，注意不要將蔡附著在內管壁上，造成 溶液濃度的誤差?！菊n后作業(yè)】1.當溶質在溶液中有離解、締合和生成絡合物時，對摩爾質量有何影響？ 2.根據 何原則考慮溶質的用量？太多或太少有何影響？ 3.用凝固點降低法測定摩爾質量在選擇 溶劑時應考慮哪些因素？ 4.冰槽溫度應調節(jié)到276.2277.2K之間，過高或過低有什么 影響？【教學討論】1 .本實驗測量

9、的成敗關鍵是控制過冷程度和攪拌速度。理論上，在恒壓條件下純溶 劑體系只要兩相平衡共存就可達到平衡溫度。但實際上只有固相充分分散到液相中，也就 是固液兩3相的接觸面相當大時，平衡才能達到。如凝固點管置于空氣套管中，溫度不斷降低達 到凝固點后，由于固相是逐漸析出的，此時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，產生過冷現象，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，本實驗先測近似凝固點，為使過冷狀況下大量微晶析出，實驗中應規(guī)定一 定的攪拌方式。對于兩組分的溶液體系，由于凝固的溶劑量多少會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，本實驗由于儀器固定了攪拌速度，對實驗 的結果可能產生一定誤差。2 .嚴格而論，由于測量儀器的精密度限制，被測溶液的濃度并非符合假定的要求， 此時所測得的溶質摩爾質量將隨溶液濃度不同而變化。為了獲得比較準確的摩爾質量，