凝固点降低法测摩尔质量凝固点降低法测摩尔质量 2024/7/28n实验目的n实验原理n仪器和试剂n实验步骤n数据处理n思考题凝固点降低法测摩尔质量凝固点降低法测摩尔质量实验目的实验目的1. 用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。2. 通过实验掌握凝固点降低法测定摩尔质量的原理，加深对稀溶液依数性质的理解。 实验原理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。稀溶液的凝固点降低与溶液成分关系的公式为：式中，式中，Tf为凝固点降低值，是纯溶剂为凝固点降低值，是纯溶剂A的凝固的凝固点比质量摩尔浓度为点比质量摩尔浓度为bB的溶液的凝固点降低的度数；的溶液的凝固点降低的度数；wA为溶剂为溶剂A的摩尔质量；的摩尔质量；Kf凝固点降低常数，其数值凝固点降低常数，其数值只与溶剂的性质有关，单位为只与溶剂的性质有关，单位为Kkgmol-1；对环己烷；对环己烷 ，纯溶剂凝固点，纯溶剂凝固点Tf* 279.65K，凝固点降低常数为，凝固点降低常数为20.2。实验原理实验原理n通常测凝固点的方法有平衡法和贝克曼法（或步冷曲线法）。本实验采用后者。n其基本原理是将纯溶剂或溶液缓慢匀速冷却，记录体系温度随时间的变化，绘出步冷曲线（温度-时间曲线），用外推法求得纯溶剂或稀溶液中溶剂的凝固点。实验原理实验原理- -过冷法过冷法图1-1（1）纯液体的冷却曲线纯液体的冷却曲线图图1-1（2）溶溶液液的的冷冷却却曲线曲线实验原理实验原理n纯溶剂步冷曲线：纯溶剂步冷曲线：n纯溶剂逐步冷却时，体系温度随时间均匀下降，到某一温度时有固体析出，由于结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，因而保持固液两相平衡，当放热与散热达到平衡时，温度不再改变。在步冷曲线上呈现出一个平台；n当全部凝固后，温度又开始下降。从理论上来讲，对于纯溶剂，只要固液两相平衡共存，同时体系温度均匀，那么每次测定的凝固点值应该不变。但实际上由于过冷现象存在，往往每次测定值会有起伏。当过冷现象存在时，纯溶剂的步冷曲线如图1-1（1）所示。即先过冷后足够量的晶体产生时，大量的凝固热使体系温度回升，回升后在某一温度维持不变，此不变的温度作为纯溶剂的凝固点。实验原理实验原理n稀溶液的步冷曲线：n稀溶液凝固点测定也存在上述类似现象。n没有过冷现象存在时，溶液首先均匀降温，当某一温度有溶剂开始析出时，凝固热抵消了部分体系向环境的放热，在步冷曲线上表现为一转折点，此温度即为该平衡浓度稀溶液的凝固点，随着溶剂析出，凝固点逐渐降低。n但溶液的过冷现象普遍存在。当某一浓度的溶液逐渐冷却成过冷溶液，通过搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，当凝固放热与体系散热达到平衡时，温度不再回升。此固液两相共存的平衡温度即为溶液的凝固点。实验原理实验原理n但过冷太厉害或寒剂温度过低，则凝固热抵偿不了散热，此时温度不能回升到凝固点，在温度低于凝固点时完全凝固，就得不到正确的凝固点。n上述也可从相律分析，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂两相共存时，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(1)所示。对溶液两相共存时，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，但回升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段，如图1-1(2)所示。由于溶剂析出后，剩余溶液浓度变大，显然回升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点，严格的做法应作冷却曲线，并按图1-1(2)中所示方法加以校正。但由于冷却曲线不易测出，而真正的平衡浓度又难于直接测定，实验总是用稀溶液，并控制条件使其晶体析出量很少，所以以以起起始始浓浓度度代代替替平平衡衡浓浓度度，对测定结果不会产生显著影响。 仪器和试剂仪器和试剂凝固点测定装置（见图）和数显贝克曼温度计各一套；萘；环己烷（分析纯）；25ml移液管一支，碎冰或颗粒冰。 凝固点测定装置凝固点测定装置 精密温度温差仪传感器精密温度温差仪传感器实验步骤实验步骤1将凝固点测定装置安装好，插好数显贝克曼温度计的感温探头，注意插入的深度要留有一点余地，以免将玻璃管捅破。 2将冰水混合物防入冷凝装置的外桶，调节冰浴的温度为3.5左右。一般来讲，冬天宜水多于冰，夏天宜冰、水各半。3测定纯溶剂的凝固点。用移液管取25ml环己烷加入口径小些的内凝固管中（在它的外围已套有一个空气套管），将装有内管的外管直接浸入冰浴中，插入数字温度温差仪的感温探头，开启数字温度温差仪的电源和读数按钮，降温、控制冷却速度，不要停止搅拌。若温度不再下降，反而略有回升，说明此时晶体已开始析出，直到温度升至最高恒定一会儿时间，记下最低时的温度和恒定温度。 用手温热凝固管，使结晶的环己烷重新熔化，放回原来冰浴中的套管内，如上法测量三次。4用分析天平准确称量萘丸片（约0.2g），投入凝固管内，用玻璃棒捣碎、搅拌，使其溶解，注意：不要将萘随便洒落、遗弃在台面和地上。同上法测该溶液的凝固点，重复测定三次。数据处理数据处理 1. 分分别别将将环环己己烷烷，萘萘-环环己己烷烷的的凝凝固固点点测测定定结结果果列列于于下下表表中中，以以温温度度为为纵纵坐坐标标，时时间间为为横横坐坐标标，作作出出冷冷却却曲线图，求出曲线图，求出Tf* ，Tf 及及 Tf 。 。t(min)0.511.522.5温度温度2.用用t(g.cm-3)0.79710.887910-3t计计算算室室温温t时时环环己己烷烷的的密密度度，然然后后算算出出所所取取的的环己烷的质量环己烷的质量WA。 3.计算萘的摩尔质量计算萘的摩尔质量M 实验评注与拓展实验评注与拓展 n本实验成功的关键点有下述几方面：n（1）搅拌速度的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要完全一致。 n(2) 寒剂温度对实验结果也有很大影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。 实验评注与拓展 n拓展：拓展：n凝固点降低时稀溶液的依数性质，降低值的多少直接反映溶液中溶质有效质点的数目。如果溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和生成络合物等情况，均影响溶质在溶剂中的表观分子量。因此，凝固点降低法还可用来测定弱电解质的电离度、溶质的缔合度、活度及活度系数等。n另外，利用凝固点降低这个性质，在科研中还可用来鉴定物质的纯度及求物质的熔化热；在冶金领域还可配制低熔点合金。思考题思考题 (1) 为什么要先测近似凝固点？ (2) 根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？ (3)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？ (4)溶液浓度太稀或太浓对实验结果有什么影响？为什么？ (5)若溶质在溶液中产生离解、缔合等现象时，对实验结果有何影响？ (6) 试分析引起实验误差的最主要的原因是什么？