1凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)報(bào)告

華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 化學(xué)(師范) 年級(jí)、班級(jí) 課程名稱(chēng) 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(lèi)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 實(shí)驗(yàn)評(píng)分 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊⒚鞔_溶液凝固點(diǎn)的定義及獲得凝固點(diǎn)的正確方法。、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。、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。、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。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╅_(kāi)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△Tf=Tf*-Tf與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，即TOC\o"1-5"\h\z△Tf=Kfm (3-1)式中，ATf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。溶劑水醋酸笨環(huán)己烷環(huán)己醇奈Tf*/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5Kf/(K?kg/mol)1.863.905.122039.36.9表3-1幾種溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值三溴甲烷280.9514.4TOC\o"1-5"\h\z若稱(chēng)取一定量的溶質(zhì)WB(g)和溶劑WA(g)，配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度mB為m=——Wb—xl03mol/kg (3-2)BMW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M=—匕WX103mol/kg (3-3)B△TW若已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定此溶液的凝固點(diǎn)降低值即可計(jì)算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量MB。B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(kāi)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(guò)冷現(xiàn)象存在，往往每次測(cè)定值會(huì)有起伏。當(dāng)過(guò)冷現(xiàn)象存在時(shí)，純?nèi)軇┑牟焕淝€如圖3-l(a)所示。即先過(guò)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(lèi)似現(xiàn)象，如圖3-1(b)所示。沒(méi)有過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)冷溶液(冷卻到凝固點(diǎn)，并不析出晶體)，通過(guò)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(guò)冷太厲害或寒劑溫度過(guò)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(duì)純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí)，自由度f(wàn)*=l-2+l=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(kāi)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。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)（0~50°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2C左右，在實(shí)驗(yàn)過(guò)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)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6.8C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0.5C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(cè)定兩次次，每次之差不超過(guò)0.006C，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(chēng)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。【數(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WAO所取環(huán)己烷的體積為20.00mL根據(jù)附表11-15有機(jī)化合物的密度計(jì)算，知環(huán)己烷密度為：Pt=P0+10-3a（t—10）+10-6 +10-9Y（t~t0）3=0.79707+10-3x（-0.8879）x22.0+10-6x（-0.972）x22.02+10-9x1.55x22.03=0.77708g/cm3所以，所取環(huán)己烷的重量為：WA=20?00x0?777O8=15?5416g

2、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： 22.0°C 濕度：80.4% 大氣壓： 1014.0HPa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/s153045607590105120135、、/曰工/。廠YJHL3E/J7.2357.0796.9886.9436.9016.8546.8106.7706.739時(shí)間/s150165180195210225240255270、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7276.7216.7176.7136.7146.7186.7226.7266.727時(shí)間/s285300315330345360375390405、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7306.7336.7396.7486.7646.7746.7766.7766.776時(shí)間/s420435450465480495、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7766.7686.7626.7566.7506.744根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線：發(fā) 時(shí)間/s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/s153045607590105120135150汩豐/。廠1YJHL3E/J7.2237.0516.9986.9606.9216.8846.8456.8036.7656.737時(shí)間/s165180195210225240255270285300、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7276.7216.7186.7156.7166.7206.7256.7286.7366.755時(shí)間/s315330345360375390405420435450、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7656.7766.7776.7786.7776.7796.7796.7796.7806.781時(shí)間/s465480495510525540555570585、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7816.7816.7796.7796.7766.7776.7716.7616.745根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線：的 時(shí)間/s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：表3環(huán)己烷純?nèi)軇┠厅c(diǎn)第三次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150165、、/曰工/。廠YJHL3E/J7.2377.0837.0016.9656.9296.8936.8616.8296.7916.7616.726時(shí)間/s180195210225240255270285300315、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7156.7186.7236.7286.7316.7356.7426.7506.7666.778時(shí)間/s330345360375390405420435450465480、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7856.7836.7816.7866.7826.7826.7836.7816.7846.7856.785時(shí)間/s495510525540555570585600615630、、/曰工/。廠YJHL3E/J6.7886.7876.7886.7896.7896.7886.7876.7806.7706.755根據(jù)數(shù)據(jù)作環(huán)己烷純?nèi)軇├鋮s曲線：

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)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150165、、/曰工/。廠YJHL3E/J5.2255.1525.1095.0715.0495.0174.9724.9474.9174.8824.856時(shí)間/s180195210225240255270285300315330、、/曰工/。廠YJHL3E/J4.8464.8614.8814.8724.8644.8524.8334.8194.8074.7864.766根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線：發(fā) 時(shí)間/s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/sV曰 ,/°p時(shí)間/sV曰 ,/°p時(shí)間/s155.2211654.8843154.835305.1411804.8613304.81445時(shí)間/sV曰 ,/°p時(shí)間/sV曰 ,/°p時(shí)間/s155.2211654.8843154.835305.1411804.8613304.814455.1101954.8583454.801605.0822104.863型4.780755.0572254.8904.767905.0222404.8951054.9992554.884型4.9612704.8751354.938型4.8651504.9044.854根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線：時(shí)間時(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)己烷溶液凝固點(diǎn)第三次測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間/s153045607590105120135150、、/曰工/。廠YJHL3E/J5.2925.2325.1995.1785.1265.0915.0735.0314.9964.975時(shí)間/s165180195210225240255270285300、、/曰工/。廠YJHL3E/J4.9294.8994.8684.8404.8724.8934.8834.8764.8604.849時(shí)間/s315330345360375390、、/曰工/。廠YJHL3E/J4.8414.8294.8234.8144.7994.783根據(jù)數(shù)據(jù)作萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線：時(shí)間/s圖6萘-環(huán)己烷溶液冷卻曲線3由圖可知，萘-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)目編號(hào)■IIIII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/C所以，ATf=Tf*-Tf=溶質(zhì)萘的相對(duì)分子質(zhì)量為：M= KfWBx103mol/kg=—20X X103g/molB△TW X15.5416fA已知萘的理論相對(duì)分子質(zhì)量為128.18g/mol所以，實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對(duì)誤差為：【提問(wèn)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(guò)“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(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