凝固點降低法測定物質的相對分子質量純萘、環(huán)己烷

1、華南師X大學實驗報告課程名稱物理化學實驗實驗項目凝固點降低法測相對分子質量【實驗目的】 明確溶液凝固點的定義及獲得凝固點的正確方法。 測定環(huán)己烷的凝固點降低值，計算蔡的相對分子質量。 掌握凝固點降低法測分子量的原理，加深對稀溶液依數(shù)性的理解。 掌握貝克曼溫度計的使用方法。【實驗原理】1、凝固點降低法測分子量的原理化合物的分子量是一個重要的物理化學參數(shù)。用凝固點降低法測定物質的分子量是一種 簡單而又比較準確的方法。稀溶液有依數(shù)性，凝固點降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)。稀溶液的凝 固點降低(對析出物是純溶劑的體系)與溶液中物質的摩爾分數(shù)的關系式為：Tf = Tf*-Tf = Kfm(1)式中，7；為純溶劑

2、的凝固點，7；為溶液的凝固點，加為溶液的質量摩爾濃度，匕為溶劑 的凝固點降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質有關。表一給出了部分溶劑的凝固點降低常數(shù)值。如環(huán)己烷的Kf=20 K kg/mol,蔡的Kf=6.9K kg/molo表1幾種溶劑的凝固點降低常數(shù)值注制7k茶些=疽田槨T/T<273.15989.7978.6279.65997.05383.5280.95IC/(K 皿1.863.905.122039.36914.4若稱取一定量的溶質Wb®和溶劑WA(g),配成稀溶液，則此溶液的質量摩爾濃度hib為:x 105 mol/kgMbWa式中，Mb為溶質的相對分子質量，將(2)式代入

3、式，則:MrTWx 103 g/mol若已知某溶劑的凝固點降低常數(shù)KJ直，通過實驗測定此溶液的凝固點降低值ATf ,即可計算溶質的相對分子量卜1皆0、凝固點測量原理純溶劑的凝固點是它的液相和固相共存時的平衡溫度。若將純溶劑緩慢冷卻，理論上得 到它的步冷曲線如圖中的A,但實際的過程往往會發(fā)生過冷現(xiàn)象，液體的溫度會下降到凝固 點以下，待固體析出后會慢慢放出凝固熱使體系的溫度回到平衡溫度，待液體全部凝固之后, 溫度逐漸下降，如圖中的Bo圖中平行于橫坐標的CD線所對應的溫度值即為純溶劑的凝固 點溶液的凝固點是該溶液的液相與純溶劑的固相平衡共存的溫度。溶液的凝固點很難 精確測量，當溶液逐漸冷卻時，其步冷

4、曲線與純溶劑不同，如圖中III、IV o由于有部分溶 劑凝固析出，使剩余溶液的濃度増大，因而剩余溶液與溶劑固相的平衡溫度也在下降，冷卻 曲線不會出現(xiàn)“平階”，而是出現(xiàn)一轉折點，該點所對應的溫度即為凝固點(III曲線的形狀)。當出現(xiàn)過冷時，則出現(xiàn)圖IV的形狀，此時可以將溫度回升的最高值近似的作為溶液的凝固點。H111 IV圖6-i純溶劑和溶液的步冷im線3、測量過程中過冷的影響在測量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準確測定溶液的凝固點。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，就會出現(xiàn)圖中V曲線的形狀， 使測量值偏低。在過程中可通過加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制

5、冷,同時需要按照 圖中曲線V所示的方法校正。【儀黑藥品1. 儀器：凝固點測定儀1套；貝克曼溫度計；普通溫度計（0°C50°C）;移液管（25mL）l 支；洗耳球；燒杯；2. 試劑：純蔡（AR）;環(huán)己烷（AR）,密度為0.7780.779g/mL;碎冰【實驗步驟1. 接好傳感器，插入電源。2. 打開電源開關，溫度顯示為實時溫度，溫差顯示為以20°C為基準的差值（但在10°C 以下顯示的是實際溫度）。3. 鎖定基溫選擇量程：將貝克曼溫度計插入水浴槽，調節(jié)寒劑溫度低于測定溶液凝固點的2-3°C,此實驗寒劑溫度為34°C,然后將空氣套管插入槽

6、中，按下鎖定鍵。4. 用25ml移液管準確移取25ml環(huán)己烷加入凝固點測定試管中，橡膠塞塞緊，插入貝 克曼溫度計。5. 將凝固點試管直接插入寒劑槽中，均勻攪拌，此時環(huán)己烷的溫度逐漸下降，然后略有 回升，直至溫度顯示穩(wěn)定，此時溫度就是環(huán)己烷的初測凝固點。6. 取出凝固點測定試管，用手捂住管壁使環(huán)己烷熔化，再次插入寒劑槽中，緩慢攪拌， 當溫度降低到高于初測凝固點的0.5度時，迅速將試管取出、擦干，插入空氣套管中, 記錄溫度顯示數(shù)值。每10秒記錄一次溫度。7. 重復第6步平行再做2次。8. 溶液凝固點測定：稱取0.3 g蔡片加入凝固點測定試管，待完全溶解后，重復以上6、 7步驟。9. 實驗結束，拔掉

7、電源插頭?！緦嶒灁?shù)據與處理】1.實驗數(shù)據記錄(1) 粗測環(huán)己烷近似凝固點：6.4 °C表2凝固點降低過程中精測環(huán)己烷凝固點的數(shù)值序號環(huán)己烷/°C環(huán)己烷(2) /°C環(huán)己烷(3) /°C17.3827.5457.42927.187.4577.20936.9847.3697.04846.7937.2856.956.6347.2046.78866.5397.1296.69876.5047.0536.62386.4956.9846.56696.4916.9156.524106.4876.8496.495116.4856.7916.489126.4816.7276

8、.488136.4776.6736.485146.4746.6136.481156.4716.5546.481166.4696.5026.479176.4676.456.477186.4646.4286.476196.4626.4476.474206.466.4646.473216.4576.4726.469226.4736.468236.4766.467246.4746.467256.47266.468276.468286.464296.465(2) 粗測環(huán)己烷+蔡溶液近似凝固點：4.8°C表3凝固點降低過程中精測環(huán)己烷+蔡溶液凝固點的數(shù)值序號環(huán)己烷+蔡(1) /°c環(huán)己

9、烷+蔡(2) /°C環(huán)己烷+蔡(3) /°C16.3276.6896.36626.0176.6376.20535.8176.4196.0745.6556.2665.95255.5326.0925.85965.4515.975.7775.3795.8595.68385.2585.7665.60395.2035.6795.524105.1555.5825.447115.0965.5035.381125.0465.4215.327134.9985.3435.263144.9485.2685.202154.9045.2025.15164.8555.1595.101174.8015.

10、0935.051184.7625.0485.013194.7174.9984.974204.6814.9454.935214.654.8794.895224.6264.8364.847234.5884.7944.818244.734.786254.6984.758264.6844.718274.6484.691284.6084.667294.5774.635304.5394.62314.4614.594324.4254.581334.4184.565344.405354.385364.2572. 實驗數(shù)據處理(1)各樣品的冷卻曲線圖由圖可得，環(huán)己烷的凝固點Tfl=6.502°C由圖可

11、得，環(huán)己烷的凝固點Tf2=6.490°C由圖可得，環(huán)己烷的凝固點Tf3=6.493cC時(司(105)由圖可得，環(huán)己烷+蔡溶液的凝固點Tf=4.425°C (第一、二次測量數(shù)據所作的圖難以觀察到 凝固點，因此只取用第三次測量的數(shù)據)(2)由環(huán)己烷的密度(p=0.778g/mL),計算所取環(huán)己烷的重量Wa。環(huán)己烷質量為：WA=V X p =25.00X0.778=19.45 g(3) 將實驗數(shù)據列入表2中表2凝固點降低實驗數(shù)據物質質量/g測量值/ °C平均值/ °CATf/ °C環(huán)己烷19.456.5026.4952.076.4906.493莠0

12、.36164.4254.425(4) 根據式(3),由所得數(shù)據計算蔡的分子量，并計算與理論值的相對誤差。 K W10 = 20 K - kg/mol , MB =1 xlO3 g = (20x0.3616)-F(2.07X 19.45)X 103 =Tf WA179.63 g/mol査文獻可得：蔡的相對分子質量為128.18 ,經計算相對誤差為4O.l%o【實驗結果與討論】本實驗結果的相對誤差為40.1%,造成誤差如此大的原因可能有：1. 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

13、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(xiàn)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，在過冷是沒有充分攪拌，沒有控制好過冷程度，對實驗的結果產生一定誤差。2. 冰槽的很難控制在理想的溫度，過高會導致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固

14、點， 本實驗在測量蔡時冰檳溫度已較高，導致實驗也產生誤差?！緦嶒炘u注與拓展】(1) 本實驗成功的關鍵點：1. 攪拌速率。2. 冰水浴寒劑溫度控制，測環(huán)己烷控制在4.5-3.5 °C左右，要攪拌，溫度均勻；測環(huán)己 烷+蔡，寒劑控制在2.5-1.5 9左右,攪拌均勻。3. 精測的開始溫度控制在粗測凝固點以上的0.5 °C左右。如7.TC, 5.0°C開始。4. 每個凝固點測定3次，共6次，凝固點求平均值，再求凝固點的降低。(2) 拓展凝固點降低是稀溶液的依數(shù)性之一，降低值的多少直接反映溶液中溶質有效質點的數(shù)目。 如果溶質在溶液中有解離、締合、溶劑化和生成絡合物等情況，

15、均影響溶質在溶劑中的表觀 分子量。因此，凝固點降低法還可用來測定弱電解質的電離度、溶質的締合度、活度及活度 系數(shù)等。另外，利用凝固點降低這個性質，在科研中還可用來鑒定物質的純度及求物質的熔化熱, 在冶金領域還可配制低熔點合金?！咎釂柵c思考】 為什么要先測近似凝固點？答：因為凝固點的確定比較困難，先測一個近似凝固點，精確測量時，在接近近似凝固 點時，降溫速度要減慢，到凝固點時快速攪拌。先測近似凝固點，可以在測后面凝固點 時減小誤差，使誤差X圍小于0.006°C以內，保證測定值得精確 根據什么原則考慮加入溶質的量？太多或太少影響如何？答：根據稀溶液依數(shù)性X圍確定，太多不符合稀溶液，太少凝

16、固點下降不明顯° 測凝固點時，純溶劑溫度回升后有一恒定階段，而溶液則沒有，為什么？答：從相律分析，溶劑與溶液的冷卻曲線不同。對純溶劑兩相共存時，自由度f = 1-2+1=0. 冷卻曲線出現(xiàn)水平線段。對溶液兩相共存時，自由度22-2+1 = 1,溫度仍可下降，但由 于溶劑凝固時放出凝固熱，使溫度回升，但回升到最高點又開始下降，所以冷卻曲線不 出現(xiàn)水平線段。 影響凝固點精確測量的因素有哪些？答：溶液過冷程度控制；冰水浴溫度控制在3。5°C左右；攪拌速度控制，溫度升高，快 速攪拌；溶劑溶質精確測量，濃度不能太高。 當溶質在溶液中有離解、締合和生成配合的情況時，對其摩爾質量的測定值