华南师范大学实验报告

学生姓名 吴俊烽                 学    号   20112401019

专    业 化学教育                年级班级   11化四

 课程名称 物理化学实验            实验项目  凝固点降低法测定摩尔质量

指导老师 肖信                    时    间  2013年11月26日

【实验目的】

1．用凝固点降低法测定尿素的摩尔质量；

2．掌握固点降低法测摩尔质量的原理；

3. 理解、绘制冷却曲线，并通过冷却曲线校正凝固点。

【实验原理】

假设溶质在溶液中不发生缔合和分解，也不与固态纯溶剂生成固溶体，则由热力学理论出发，可以导出理想稀薄溶液的凝固点降低值?T_f（即纯溶剂和溶液的凝固点之差）与溶质质量摩尔浓度b_B之间的关系：   

          （1）

由此可导出计算溶质摩尔质量M_B的公式：（2）

以上各式中：分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K；m_A、m_B分别为溶剂、溶质的质量，单位kg；K_f为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质有关，单位K·kg·mol^-1；若已知溶剂的K_f值，通过实验测得?T_f，便可用式(2)求得M_B。也可由式(1)通过?T_f－m_B的关系，线性回归以斜率求得M_B。

通常测定凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，使其结晶。但是，实际上溶液冷却到凝固点，往往并不析出晶体，这是因为新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出，这就是所谓过冷现象。然后由于搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热，使体系温度回升。从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂，固－液两相共存时，自由度f=1-2+1=0，冷却曲线出现水平线段，其形状如图1(1)所示。对溶液，固－液两相共存时，自由度f=2-2+1=1，温度仍可下降，但由于溶剂凝固时放出凝固热，使温度回升，回升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段此时应按图1(3)所示方法加以校正。

（1）理想状态下的溶剂       （2）有过冷的溶剂         （3）有过冷的溶液   

【仪器和试剂】

凝固点测定仪，精密电子温差测量仪，电子天平，移液管(50mL)，环己烷，萘

【操作步骤】

1.        打开测温仪，调节寒剂温度低于溶液凝固点2-3℃（约4.5-3.5℃），然后将空气套管插入槽中。

2.        准确量取25ml环己烷加入凝固点测试试管中，塞紧橡胶塞，插入传感器

3.        将凝固点试管插入寒剂槽中，观察温度和温差，待温度在10℃以下且温差为正值时按下锁定键，温度稳定时，此温度即为环己烷的凝固点

4.        取出凝固点测定试管，使环己烷熔化（最好留有少量晶种），再次插入寒剂中，搅拌。当温度降低到高于初测凝固点的0.5℃，把试管移到空气管中，每10秒记录一次温度

5.        重复第4部2次

6.        称取约0.23g的萘加入凝固点测定试管中，完全溶解后，重复3、4部

【数据的记录和处理】

   1.由水的密度，计算所取水的重量WA。

   2.将饰演数据填入表中。

   3.计算分子量，并计算域理论值的相对误差。

   

环己烷 1

环己烷 2

环己烷 3

================================================================================

环己烷+萘 1

环己烷+萘 2

环己烷+萘 3

得萘的相对分子质量为 144.63

文献值为 128.18

相对误差=12.83%

【结果讨论】

1.    从温度变化曲线可以看到，没有出现较明显的“平台”，可能是

A、      寒剂的温度太低，导致溶液的温度下降得太快，溶液到达凝固点时稳定的时间太短，很快就继续降温。

B、      也可能是由于，环己烷和萘都含有较多的杂质。

?上述两点也可能是相对误差较大的原因

2.       从环己烷2和环己烷3的曲线可以看到，温度在到达凝固点后上升了，这是由于溶液凝固是放热过程，而它放热速度大于寒剂吸热的速度，因此导致温度上升。

【思考题】

1．根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？

答：根据稀溶液依数性, 溶质加入量要少；太多不符合稀溶液，太少凝固点下不明显。

2．什么叫凝固点？凝固点降低的公式在什么条件下才适用？它能否用于电解质溶液？

答：固体溶剂与溶液成平衡的温度称为溶液的凝固点。含非挥发性溶质的双组分稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，当确定了溶剂的种类和数量后，溶剂凝固点的降低值仅取决与所含溶质分子的数目。对于理想溶液或浓度很稀的溶液，根据范特霍夫凝固点降低公式知道：在溶液浓度很稀时，如果溶质与溶剂不生成固溶体，溶液的凝固点降低值 与溶质的质量摩尔浓度 （mol·kg-1）成正比。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。

【参考文献】

      [1]何广平，南俊民，孙艳辉等．物理化学实验．化学工业出版社．2007.12

第二篇：物理化学实验报告 - 凝固点降低法测定摩尔质量

C6 凝固点降低法测定摩尔质量

——实验日期：年月日

姓名：   学号：   班级：

一、     实验目的

（一）用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。

（二）掌握精密电子温差仪的使用方法。

二、     原理及实验公式

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表现。根据凝固点降低的数值，可以求出溶质的摩尔质量。

在溶剂中加入溶质时，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低，其凝固点降低值Δ与溶质的质量摩尔浓度成正比。

式中，为纯溶剂的凝固点；为浓度为的溶液的凝固点；为溶剂的凝固点降低常数。

若已知某种溶剂的凝固点降低常数，并测得溶剂和溶质的质量分别为和的稀溶液的凝固点降低值Δ，则可以通过下式计算溶质的摩尔质量。

式中，的单位为。

三、     凝固点的确定方法

（一）纯溶剂的凝固点确定方法

纯溶剂的凝固点为其液相和固相共存的平衡温度。若将液态的纯溶剂逐步冷却，在未凝固前温度将随时间均匀下降。开始凝固后因放出凝固热而补偿了热损失，体系将保持液-固两相共存的平衡温度而不变，直到全部凝固，温度再继续下降。冷却曲线如图1中1所示。

但在实际过程中，液体温度达到或稍低于其凝固点时，晶体并不析出，此现象即过冷现象。此时若加以搅拌或加入晶种，促使晶核产生，则大量晶体迅速形成，并放出凝固热，使体系温度迅速回升到稳定的平衡温度，待液体全部凝固后，温度再逐渐下降。冷却曲线如图1中2所示。

（二）溶液的凝固点确定方法

溶液的凝固点是该溶液与溶剂的固相共存的平衡温度，冷却曲线与纯溶剂不同。当有溶剂凝固析出时，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降。因有凝固热放出，冷却曲线的斜率发生变化，即温度的下降速度变慢，如图1中3所示。本实验要求测定已知浓度溶液的凝固点。如果溶液过冷程度不大，析出固体溶剂的量很少，对原始溶液浓度影响不大，则以过冷回升的最高温度作为该溶液的凝固点，如图1中4所示。

确定凝固点的另一种方法是外推法，如图2所示，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，作曲线后面部分(已经有固体析出)的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交，其交点即为凝固点。

图1 纯溶剂和溶液的冷却曲线                               图2 外推法求纯溶剂和溶液的凝固点

四、     仪器和试剂

（一）仪器

1.凝固点管、凝固点管塞、凝固点管套管；

2.小搅拌杆、大搅拌杆；

3.水浴缸、水浴缸盖；

4.精密电子温差仪、温度计；

5.移液管(25mL)、洗耳球；

6.天平(0.001g)。

（二）工具

锤子、毛巾、滤纸、冰块；

（三）试剂

环己烷(A.R)、萘(A.R.)

五、     实验步骤

（一）如图安装实验装置

（二）测定纯溶剂环己烷的凝固点

1.       取25.00mL环己烷→移液管→凝固点管；

2.       将精密温差仪探头插入凝固点管，均匀搅拌(慢档)，冷却至温度显示基本不变；

3.       按面板上的“置零”钮，此时温差仪显示“0.000”；

4.       拿出冰水浴中的凝固点管(用卫生纸擦干、擦净)，用手捂热至结晶完全熔化(精密显示仪约6-7℃)；

5.       将凝固点管放入套管，套管放入冰水浴搅拌(慢档)，每30秒记录温度(以精密温差仪的报时为准)；

6.       当液体开始析出晶体时(不直接观察样品管，观察精密温差仪示数下降开始变慢时)继续读数10分钟；

7.       重复步骤4、5、6 一次；

8.       测量结束后，保留凝固点管内环己烷用作接下来测量实验中萘的溶剂。

（三）测定萘的环己烷溶液的凝固点

1.       用分析天平称取萘0.1000-0.1200g(实测0.1193g)→实验步骤(二)中保留的凝固点管→搅拌至完全溶解；

2.       将凝固点管放入套管，套管放入冰水浴搅拌(慢档)，每30秒记录温度(以精密温差仪的报时为准)；

3.       当液体开始析出晶体时(不直接观察样品管，观察精密温差仪示数下降开始变慢时)继续读数10分钟；

4.       拿出冰水浴中的凝固点管(用卫生纸擦干、擦净)，用手捂热至结晶完全熔化(精密显示仪约6-7℃)；

5.       重复步骤2、3 一次；

6.       测量结束，实验完毕。整理仪器，清洗凝固点管、搅拌器、温差仪探头，将环己烷倒入废液瓶。

注意事项：

1.       测温探头擦干后再插入凝固点管。不使用时注意妥善保护测温探头。

2.       加入固体样品时要小心，勿粘在壁上或撒在外面，以保证量的准确。

3.       熔化样品和溶解溶质时切勿升温过高，以防超出温差仪量程。

六、     数据记录及处理

（一）溶剂（环己烷）数据处理与计算

数据记录：

数据处理：

 

纯溶剂（环己烷）步冷曲线

纯溶剂（环己烷）平台范围步冷曲线

注：红色折线为溶剂(环己烷)温度数据组1，蓝色折线为溶剂(环己烷)温度数据组2。

解：观察图像，得t=1050s、1080s、1110s时的数据1、2值最接近，取作平台平均温度的计算。

由数据组1中t=1050s、1080s、1110s时的数据求得平均平台温度为

    由数据组2中t=1050s、1080s、1110s时的数据求得平均平台温度为

    取平均值得

（二）溶液凝固点（萘的环己烷溶液）数据处理与计算

数据记录：

数据处理：

数据组1外推法求凝固点步冷曲线

数据组2外推法求凝固点步冷曲线

数据组1：

溶液至过冷前（t < 1020s）步冷数据点拟合直线方程为：y = -0.0043x + 3.3243

溶液完全凝固后（t > 1140s）步冷数据点拟合直线方程为：y = -0.0004x - 0.4475

交点处= -0.836K

数据组2：

溶液至过冷前（t < 1020s）步冷数据点拟合直线方程为：y = -0.0040x + 3.0749

溶液完全凝固后（t > 1170s）步冷数据点拟合直线方程为：y = -0.0004x - 0.4466

交点处= -0.838K

取平均值得：

（三）萘的摩尔质量计算与误差分析

摩尔质量计算：

测得实验室室温为15℃

则实验溶剂环己烷质量为

溶质萘的质量

 

查表得

由公式得

误差计算：

    产生误差（测定结果偏大）的原因可能有以下几点：

1.  测定值偏小

2.  溶质在溶液中缔合或生成配合物

七、     思考题

(一) 如果溶质在溶液中离解、缔合和生成配合物，对摩尔质量测量值如何影响？

    答：溶质在溶液中离解，就会使有效质点增多，导致溶液凝固点降低大小比理论值更大，由公式得： 增大，则减小，摩尔质量测定值偏小；溶质在溶液中缔合或生成配合物则会使摩尔质量测定值偏大。

(二) 加入溶质的量太多或太少有何影响？

答：加入溶质太少，溶液凝固点下降不会呈现公式所呈现的比例关系，实际值会比公式计算所得理论值小，所以使摩尔质量测定值偏大；加入溶质太多，实际值会比公式计算所得理论值大，所以使摩尔质量测定值偏小。

(三)利用反应物、产物的某物理性质间接测量浓度进行动力学研究，应满足什么条件？

答：晶体内分子或原子的排列是有规律的，而液体内则是无规律的。而结晶中心有助于这种无序到有序的转化。液体越纯净，结晶中心越难形成。如果降低至凝固点以下仍未形成，就会产生过冷现象。