凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量(精)

1、凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量(精)凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量【教學(xué)目的】1.用凝固點(diǎn)降低法測定蔡的摩爾質(zhì)量。2.掌握溶液凝固點(diǎn)測定技術(shù)。3.掌握NGC-I型凝固點(diǎn)測定儀的使用方法。4.通過實(shí)驗(yàn)加深對稀溶液依數(shù)性的理 解?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】通過凝固點(diǎn)的測定，使學(xué)生加深對稀溶液依數(shù)性質(zhì)的理解【教學(xué)內(nèi)容】一、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是一個(gè)重要的物理化學(xué)數(shù)據(jù)。凝固點(diǎn)降低法是一種比較簡單而較正確 的測定摩爾質(zhì)量的方法。凝固點(diǎn)降低是理想稀溶液依數(shù)性之一，其在實(shí)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(diǎn)降低(對析出物為純固相溶劑的系統(tǒng))與溶液組成間關(guān)系為Tf?Tf?Tf?*R(Tf*)2?H(A)?XB(

2、1)式中Tf和Tf分別為純?nèi)軇┖腿芤旱哪厅c(diǎn)(K) ； ?Tf為凝固點(diǎn)降低值：？H(A)為溶 劑的摩爾凝固熱：XB為溶液中溶質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。若用nA和nB表示溶劑和溶質(zhì)的物質(zhì)的量， 則上式寫成：?Tf?R(Tf*)2nB?H(A)nA?nB?(2)當(dāng)溶液很稀時(shí),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(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)，mB為溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾稱取一定量的溶質(zhì)(WB/kg)和溶劑(WA/kg)配成理想溶液，分別測定純?nèi)軇┖腿芤?的凝固點(diǎn)求得?Tf,再查得溶劑的凝固

3、點(diǎn)降低常數(shù)Kf,代入(3)式即可算溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量 (MB) °通常測凝固點(diǎn)的方法是將已知濃度的溶液(或純?nèi)軇?逐步冷卻，記錄一定時(shí)刻的系 統(tǒng)的溫度，并繪出冷卻曲線。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┲鸩嚼鋮s，其冷卻曲線如圖13-6 (I) o但在實(shí)際冷卻過程中會(huì)發(fā)生過冷現(xiàn)象，即 出現(xiàn)過冷液體，但開始析出固體后，溫度才回升并會(huì)穩(wěn)定一定時(shí)間，當(dāng)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(diǎn)是該溶液的液相和溶劑的固相共存時(shí)的平衡溫度。若將溶液逐步冷卻， 其冷卻曲線與純?nèi)軇┎煌?，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(xiàn)象不 嚴(yán)重，冷卻曲線如圖13-6 (IV),這時(shí)對摩爾質(zhì)量的測定無明顯影響；若過冷嚴(yán)重時(shí)，冷 卻曲線如圖13-6 (V),所測得凝固點(diǎn)偏低，會(huì)影響摩爾質(zhì)量的測定，因此在測定過程中 必須設(shè)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(shí)現(xiàn)。因?yàn)槔硐胂∪芤旱哪厅c(diǎn)降低值不大，所以溫度的測量常用較精密的儀器，本實(shí)驗(yàn)用 NGC-I型凝固點(diǎn)測定儀。在本實(shí)驗(yàn)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(shí)間的變化數(shù)據(jù)，并繪制各體系的冷卻曲線。在數(shù)字貝克曼溫度計(jì)中，采用PtlOO型電 阻

5、溫度計(jì)。二、儀器與試劑(一)儀器NGC-I型凝固點(diǎn)測定儀普通水銀溫度計(jì) 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(tái)1個(gè)1個(gè)燒杯（500mL）三、實(shí)驗(yàn)步驟1 .將內(nèi)管洗凈烘干2 .寒劑溫度的調(diào)節(jié)冰槽中的冰水混合物為寒劑。調(diào)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(diǎn)3K為宜）。在實(shí)驗(yàn)過程中用 攪拌棒經(jīng)常攪拌并間斷地補(bǔ)充少量的冰，使寒劑的溫度保持恒定。3.凝固點(diǎn)測定儀的操 作（1）將儀表后面的電源線接入220Y電網(wǎng)。（2）將電源開關(guān)置于斷的位置，撥下開關(guān)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(nèi)試管中。（5）將攪拌器插入內(nèi)試管中，插入測溫探頭，連接插頭。（6）打開電源開關(guān)，通過窗口看攪拌情況，待溫度顯示為9c左右時(shí)開始讀取數(shù)字貝 克曼溫度計(jì)表上數(shù)據(jù)。一般每分鐘記一次，但在溫度-時(shí)間變化的斜率減小時(shí)應(yīng)每隔30s 計(jì)錄數(shù)據(jù)，待過冷狀態(tài)破壞后，溫度回升并恒定數(shù)分鐘即可停止讀數(shù)。（7）取出內(nèi)試管，使環(huán)己烷晶體溶化，可用手溫?zé)岘h(huán)己烷晶體，使之熔化，再插入 內(nèi)管中，重復(fù)上述數(shù)據(jù)記錄步驟，重復(fù)測定2-3次，要求溶劑凝固點(diǎn)的絕對平均誤差小于 0.01 （8）取出內(nèi)試管，用手溫?zé)岘h(huán)己烷晶體，使之熔化，準(zhǔn)確稱取0.15g左右蔡加入 內(nèi)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(diǎn)的步驟測定含蔡溶液的凝固點(diǎn)。（9）實(shí)驗(yàn)完畢，將電源開關(guān)置斷的位置，排凈冰水混合物，內(nèi)試管擦干凈置于體系中。四、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)記錄溫度1 .在同一直角坐標(biāo)系中分別畫出溶劑和溶液的冷卻曲線，用外推法求凝固點(diǎn)，然后 求出凝固點(diǎn)降低值?Tf。2 .計(jì)算蔡在環(huán)己烷中的摩爾質(zhì)量。并判斷蔡在環(huán)己烷中的存在形式。時(shí)間 溫度 時(shí)間 溫度 時(shí)間【注意事項(xiàng)】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(xiàn)象嚴(yán)重，且凝固的溶劑過多，溶液的濃度變化過大，測得 的凝固點(diǎn)偏低，從而影響溶質(zhì)摩爾質(zhì)量的測定結(jié)果。2 .帶有電阻溫度計(jì)

8、的攪拌器一旦插入裝有溶液（劑）的內(nèi)管后，最好不要從內(nèi)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(dòng)攪拌器時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉攪拌器電源開關(guān)，否則將燒毀攪拌器保險(xiǎn)管，攪拌器工 作時(shí)必須保持水平狀態(tài)。4 .加入蔡的時(shí)候，盡量將蔡直接放入溶劑中，注意不要將蔡附著在內(nèi)管壁上，造成 溶液濃度的誤差。【課后作業(yè)】1.當(dāng)溶質(zhì)在溶液中有離解、締合和生成絡(luò)合物時(shí)，對摩爾質(zhì)量有何影響？ 2.根據(jù) 何原則考慮溶質(zhì)的用量？太多或太少有何影響？ 3.用凝固點(diǎn)降低法測定摩爾質(zhì)量在選擇 溶劑時(shí)應(yīng)考慮哪些因素？ 4.冰槽溫度應(yīng)調(diào)節(jié)到276.2277.2K之間，過高或過低有什么 影響？【教學(xué)討論】1 .本實(shí)驗(yàn)測量

9、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)?劑體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 是固液兩3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，對實(shí)驗(yàn) 的結(jié)果可能產(chǎn)生一定誤差。2 .嚴(yán)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(shí)所測得的溶質(zhì)摩爾質(zhì)量將隨溶液濃度不同而變化。為了獲得比較準(zhǔn)確的摩爾質(zhì)量，