凝固点降低法测定摩尔质量

 

一、实验目的

1.用凝固点降低法测定萘的摩尔质量；

2.学会用步冷曲线对溶液凝固点进行校正；

3.通过本实验加深对稀溶液依数性的认识。

二、实验原理

稀溶液具有依数性，凝固点降低是依数性的一种表现，它与溶液质量摩尔浓度的关系为：

其中，为凝固点降低值，、分别为纯溶剂、溶液的凝固点，为溶液质量摩尔浓度，为凝固点降低常数，它只与所用溶剂的特性有关。如果稀溶液是由质量为的溶质溶于质量为的溶剂中而构成，则上式可写为：

即

 

式中： ——溶剂的凝固点降低常数（单位为）；

       ——溶质的摩尔质量（单位为）。

如果已知溶液的值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值，利用上式即可求出溶质的摩尔质量。

实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶剂如图1（a）所示，将溶剂逐渐降低至过冷（由于新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出），温度降低至一定值时出现结晶，当晶体生成时，放出的热量使体系温度回升，而后温度保持相对恒定。对于纯溶剂来说，在一定压力下，凝固点是固定不变的，直到全部液体凝固成固体后才会下降。相对恒定的温度即为凝固点。

对于溶液来说，除温度外还有溶液浓度的影响。当溶液温度回升后，由于不断析出溶剂晶体，所以溶液的浓度逐渐增大，凝固点会逐渐降低。因此，凝固点不是一个恒定的值。如把回升的最高点温度作为凝固点，这时由于已有溶剂晶体析出，所以溶液浓度已不是起始浓度，而大于起始浓度，这时的凝固点不是原浓度溶液的凝固点。要精确测量，应测出步冷曲线，按下一页图1（b）所示方法，外推至校正。

图1   溶剂和溶液的步冷曲线

三、实验仪器与试剂

仪器：冰点下降装备一套；贝克曼温度计；普通温度计；烧杯；移液管（25ml）。

试剂：苯；萘；冰。

四、实验步骤

1.将仪器洗净烘干，并使搅拌棒能自由操作，不碰温度计，冰槽中放入适量冷水和冰块，使温度保持在2—3℃。

2.纯苯（溶剂）凝固点测定

    用移液管移取25ml苯加入内管中，调整温度计位置使水银全部淹没在苯中，搅动苯液，使温度逐渐降低，当温度回升时停止搅拌，观察温度计读数，待温度恒定时记下温度，此即为苯的凝固点。将内管取出，待苯融化后重复测定两次。各次测定值之差应不大于0.005℃，取平均值为苯的凝固点。

    3.溶液凝固点的测定

准确称取0.5g左右纯萘，加入盛有苯的内管中，待溶解后，用上述方法测该溶液的凝固点。溶液温度回升时达不到恒定，所以取温度的最高点作为溶液的凝固点。重复测定两次，各次测定之差不大于0.005℃。取平均值作为溶液的凝固点。

五、数据处理

  1.求室温下苯的质量

实验中溶剂苯的密度，现知室温19.56℃，则，所以苯的质量m=21.98g。

  

2.分别测溶剂凝固点和溶液凝固点

表1  溶剂和溶液凝固点测量数据记录表 

     其中溶液中含有萘0.4956g。

  3.绘制溶剂的步冷曲线并求其凝固点

图2  纯溶剂步冷曲线

    根据步冷曲线可以求得苯的凝固点Tf=5.484℃。

4.绘制溶液的步冷曲线并求溶液的凝固点

图3  溶液的步冷曲线

图4  步冷曲线有效数据区线性拟合结果

两条曲线的线性拟合，求解两直线交点的坐标（采用直接取点法），可得溶液凝固点的温度值为：T_f = 4.586℃

综上，用步冷曲线法得到溶液凝固点为4.586℃。

5.计算萘的相对分子质量和测定的相对误差

由3、4可得℃

再由公式，求得M=128.56。

    而查表得到萘的相对分子质量为128.18，所以得到测定的相对误差为。

六、思考题

    1. 若溶质在溶液中产生解离、缔合等现象时，对实验结果有何影响？

    发生解离时会偏小；发生缔合时会偏大。

    2.测凝固点时，纯溶剂温度回升后有一恒定阶段，而溶液则没有，为什么？

    由于随着固态纯溶剂从溶液中的不断析出，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在逐渐下降，在步冷曲线上得不到温度不变的水平段，只出现折点。

3.溶液浓度太稀或太浓对实验结果有什么影响？为什么？

    若溶液太稀，溶液的凝固点降低少，相对测定误差也大；若溶液太浓，溶液不符合凝固点降低公式。

4.冰槽温度调节在2~3℃之间，过高或过低有什么不好？

过高会导致冷却太慢，过低造成过度过冷测不出正确的凝固点。

第二篇：凝固点降低法测定萘摩尔质量

凝固点降低法测定摩尔质量

——实验日期：20xx年12月27日

姓名：王海全学号：1215030210 班级：矿物加工工程1202

一、 实验目的

（一）用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。

（二）加深对稀溶液依数性质的理解。

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。

Δ??=??0???=???

式中，??0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?·??·????1。 ??·?? ??

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、保温瓶、试管、环形搅拌棒、移液管、贝克曼温度计一支、分析天平、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.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. 取25.00mL环己烷→移液管→凝固点管； 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； 按面板上的“置零”钮，此时温差仪显示“0.000”； 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℃)； 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)； 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； 重复步骤4、5、6 一次； 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.

2.

3.

4.

5.

6. 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； 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)； 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； 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℃)； 重复步骤2、3一次； 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）平台范围步冷曲线 纯溶剂（环己烷）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

?1=0.037+0.040+0.041=0.039? 由数据组2中t=1050s、1080s、1110s时的数据求得平均平台温度为

?2=

取平均值得

??0=

?1+?2=0.046? 0.053+0.050+0.052=0.052?

（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1：

数据组2外推法求凝固点步冷曲线

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?1= -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?2= -0.838K 取平均值得：

??=

?1+?2

=?0.837?

（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??=?·?= 0.7971?0.8879?10?3?15 ?25=19.5945?

溶质萘的质量??=0.1193?

???=??0???=0.046? ?0.837 =0.883?

查表得??=20.0?·??·????1

由公式得

??=??·??20.0·1000·0.1193==137.90358?·????1 ??误差计算：

137.90358?128.17052η=?100%=1.60% 产生误差（测定结果偏大）的原因可能有以下几点：

1. ?Tf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??=??·??

Δ??·???Tf增

大，则MB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。