凝固点降低法.docx

物理化学实验 陈斌 1120112465

凝固点降低法
测定摩尔质量

姓名：陈斌
学号：1120112465
班级：10011102
学院：化工与环境学院

化学实验中心
2013年4月11日

一、 实验目的及要求
（1） 用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。
（2） 掌握精密电子温差仪的使用方法。
二、 实验原理
非挥发性溶质二组分溶液，其稀溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种体现。根据凝固点降低的数值，可以求溶质的摩尔质量。对于稀溶液，如果溶质和溶剂不生成固体，固体是纯的溶剂，在一定压力下，固体溶剂与溶液的平衡温度叫做溶液的凝固点。
固体溶剂与溶液成平衡时的温度称为溶液的凝固点。含非挥发性物质的双组分稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点。凝固点降低是稀溶液依数性质的一种表现。当指定溶剂的种类和数量后, 稀溶液凝固点下降的数值只与所含溶质 B分子的质点数有关, 而与溶质的本性无关。
根据相平衡条件，对于理想溶液，当浓度很稀时，nB≤nA，则有

式中：为凝固点降低值；为纯溶剂的凝固点；为摩尔凝固热；nB和nA分别为溶质和溶剂物质的量；为溶剂的摩尔质量；为溶质的质量摩尔浓度；即为质量摩尔凝固点降低常数。
若已知溶剂的凝固点降低常数Kf ，再分别测定纯溶剂和溶液的凝固点而求得此溶液的凝固点降低值ΔTf ，若溶剂和溶质的质量为MA、MB，则溶质的摩尔质量由下式求得

纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存时的平衡温度，若将纯溶剂逐步冷却，其冷却曲线如(I)。但在实际冷却过程中会发生过冷现象，即在过冷而开始析出固体时放出的凝固热才使体系的温度回升并会稳定一定时间，当液体全部凝固后，温度再逐渐下降，其冷却曲线如图(II)形状。可将温度回升的最高值近似的作为其凝固点。

纯溶剂和溶液的步冷曲线
溶液的凝固点是该溶液的液相和溶剂的固相共存时的平衡温度。若将溶液逐步冷却，其冷却曲线与纯溶剂不同，其形状如图(III)，由于部分溶剂凝固析出，使剩余溶液的浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相共存的平衡温度也逐渐下降。如过冷现象不严重，冷却曲线如图(IV)，这时对相对分子质量的测定无明显影响；若过冷严重时，冷却曲线如图(V)，所测得凝固点偏低，会影响相对分子质量的测定，因此在测定过程中必须设法控制过冷程度，一般可通过控制寒剂的温度、搅拌速度等方法实现。
确定凝固点的另一种方法是外推法，如下图中所示，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，做曲线后面部分的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交，其交点就是凝固点。

三、 试剂与仪器
凝固点管、凝固点管塞、凝固点管的套管、小搅拌杆、大搅拌杆、水浴缸、精密电子温差仪、水浴缸盖、温度计、移液管25ml、洗耳球、天平（0.001g）、
锤子、毛巾、滤纸、冰块、环己烷（A.R）、萘（A.R）
四、 实验步骤
（1） 检查测温探头，要求洁净，可以用环己烷清洗测探头并晾干。准备。冰块，将冰容器中取出，用布包好，用锤子砸成碎块备用。准备冰水浴，按下图将仪器安装好。
（2） 纯溶剂环己烷凝固点的测定：记录此时室温，取25ml环己烷放入洗净干燥的凝固点管中，将精密温差仪的测温探头插入凝固点管中，注意测温探头应位于环己烷液体的中间位置。
（3） 将凝固点管直接放入冰水浴中，均匀缓慢的搅拌，观察温度变化，当稳定性暗示基本不变或缓慢变化时，说明此时液相中开始析出固体，按精密温差仪的“设定”按钮，此时温差仪显示为“0.000”，也就是环己烷的近似凝固点。
（4） 将凝固点管从冰水浴中拿出，用手握住凝固点管使结晶完全融化，至精密电子温差有现实约6~7ºC，将凝固点管放入空气，均匀缓慢搅拌。温差仪每30s鸣响一次，定时读取并记录温度。当样品里液体开始出现固体时，再继续操作、读数，约10min。
（5） 溶液凝固点的测定：精确称取萘0.1000~0.1200g，小心加入凝固点管，使其完全溶解。
（6） 待萘完全溶解形成溶液后，将凝固点管放入空气外套管中，均匀缓慢搅拌。定时读取记录温度，温差仪每30s鸣响一次，可依此定时读取温度。当样品里开始出现固体时，再继续操作、读数，约10min。、
（7） 实验完毕，将环己烷溶液倒入回收瓶。
五、 数据记录与处理
列表记录时间—温度数据，并画出纯溶剂和溶液的步冷曲线，用外推法求凝固点。然后求出凝固点降低值，计算萘的摩尔质量。
成
分
组
次
时
间

溶剂（环己烷）
溶液（环己烷+萘）
第一组
第二组
第一组
第二组
0s
1.036
1.076
-0.489
-0.416
30s
0.884
0.938
-0.557
-0.541
60s
0.742
0.835
-0.622
-0.654
90s
0.609
0.620
-0.680
-0.753
120s
0.492
0.542
-0.735
-0.838
150s
0.381
0.478
-0.785
-0.884
180s
0.278
0.376
-0.831
-0.924
210s
0.184
0.176
-0.893
-1.985
240s
0.100
0.038
-0.991
-1.040
270s
0.032
0.075
-1.084
-1.093
300s
-0.006
-0.007
-0.991
-1.132
330s
-0.004
-0.048
-0.994
-1.184
360s
-0.018
-0.070
-1.078
-1.224
390s
-0.035
-0.087
-1.093
-1.261
420s
-0.061
-0.106
-1.140
-1.293
450s
-0.098
-0.127
-1.169
-1.321
480s
-0.125
-0.180
-1.212
-1.346
510s
-0.146
-0.225
-1.230
-1.371
540s
-0.168
-0.251
-1.261
-1.395
570s
-0.197
-0.301
-1.292
-1.420
时间—温度数据如上图所示，本实验实验记录重复操作两次，根据实验数据利用Origin7.5绘图工程软件进行曲线拟合，作出曲线后面部分的趋势线并延长使其与曲线的前一部分相交。如下图所示：

然后再利用Excel处理数据进行外推法步冷曲线的对比，求出。
先将第一组的溶剂和溶液步冷曲线进行对比，则可求出=0.945，如下图所示：

再将第二组实验的溶剂和溶液的步冷曲线进行对比，则可求出=0.890，如下图所示：

然后将两组数据中求得的求平均值，以减少实验误差，则求得最终实验所得=（1+2）/2=(0.945+0.890)/2=0.918
用计算室温时环已烷密度，算出所取的环已烷质量MB。
当t=17.8℃，=0.7813 gcm-3
MB =*v=0.7813×25=19.53g
最后代入一下计算公式：
=(1000×20×0.1087)/(0.918×0.7813×25)
=121.24g/mol
六、 注意事项
（1） 实验所用的凝固点管必须洁净、干燥。
（2） 冷却过程中的搅拌要充分，但不可使超出液面，以免把样品溅在器壁上。
（3） 结晶必须完全融化后才能进行下一次的测量。
（4） 凝固点精密电子温差仪经“清零”、“锁定”后，其电源就不能关闭。
（5） 测溶液凝固点和溶剂凝固点时，要注意观察寒剂温度，最好不要超过3.0℃。实验时应均匀搅拌，避免温度大起大落。
（6） 当内管从冰水中拿出放入套管时，应振摇，这样可减少过冷现象的发生，凝固点易于观察。
（7） 每次测定的搅拌速度以及放入套管时的条件都要尽量一致，才能使测定误差较小。
七、 实验误差分析
（1） 加入萘的时候，不小心将萘附着在内管壁上，使溶液的浓度造成误差，导致测量结果不准确。
（2） 温度下降过快，过冷太甚影响实验准确性，造成误差。
（3） 在温度逐渐降低过程中，搅拌不均匀，体系温度不均匀。
（4） 在处理数据时，拟合过程中对于步冷曲线的相交点把握不太准确，所计算的有一定的误差。
（5） 由于精密电子温差仪每隔30s记数一次，在溶液凝固时温度下降的一小段时间内，温度变化不明显而导致的记数误差，进而在作图过程中产生偏差。
八、 思考题
1. 当溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和配合物形成时，会对测定的结果产生什么影响？
Ø 答：当溶质在溶液里有解离、缔合、溶剂化或形成配合物等情况时，缔合和生成配合会使测量值偏大，离解会使测量值偏小，不适用上式计算，一般只适用于强电解质稀溶液。
2. 加入溶剂中的溶质量应如何确定？加入量过多或太少将会有何影响？
Ø 答：溶质的加入量应该根据他在溶剂中的溶解度来确定，因为凝固点降低是稀溶液的依数性，所以应当保证溶质的量既能使溶液的凝固点降低值不是太小，容易测定，又要保证是稀溶液这个前提。如果加入量过多，一方面会导致凝固点下降过多，不利于溶液凝固点的测定，另一方面有可能超出稀溶液的范围而不具有依数性。过少则会使凝固点下降明显，也不以测定并且实验误差增大。
3. 为什么会产生过冷现象?如何控制过冷程度?若过冷太甚，所测溶液凝固点偏低还是偏高？由此所得萘的相对分子质量偏低还是偏高？说明原因。
Ø 答：由于新相难以生成，冰水浴温度过低会造成过冷太甚。若过冷太甚，则所测溶液凝固点偏低。根据公式可知由于溶液凝固点偏低，偏大，由此所得萘的相对分子质量偏低。
九、 实验总结与体会
通过本次试验，我掌握了利用凝固点降低法测定物质摩尔质量的新方法，它是一种用于测量摩尔质量比较简便的方法，是研究稀溶液的依数性的重要手段。在本实验中，首先要能很好的溶解溶质，当溶质在溶液里有解离、缔合、溶剂化或形成配合物等情况时不适用，一般只适用于强电解质稀溶液。其次凝固点不应太高或太低，应在常温下易达到。搅拌速率的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速率搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点的时候搅拌条件要完全一致。由本实验所作图可知，理论上，纯溶剂凝固时组成不变，所以凝固时的温度也不变，直到所有液体都凝固时温度才会继续下降，所以纯溶剂的冷却曲线上有个平台。而稀溶液在冷却凝固时，液态的浓度会发生变化，在凝固的过程中温度也会下降，所以稀溶液的冷却曲线没有平台，而是一个向下的斜坡。实验过程中和组员配合密切，分别记录数据最后进行整合对比，再求平均值进而减少实验误差。

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