實(shí)驗(yàn)四凝固點(diǎn)降低法測分子量

1、實(shí)驗(yàn)四凝固點(diǎn)降低法測定分子量1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 測定水的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算脲素的分子量。(2) 掌握固點(diǎn)降低法測分子量的原理。(3) 掌握 swc-lg凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)儀的使用方法。 2 實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是一個(gè)重要的物理化學(xué)數(shù)據(jù)，其測定方法有許多種。凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是一個(gè)簡單而比較準(zhǔn)確的測定方法，在實(shí)驗(yàn)和溶液理論的研究方面都具有重要意義。當(dāng)稀溶液凝固析出純固體溶劑時(shí)，則溶液的凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，其降低值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。即 t=tf* - tf = kfmb (2.4.1) 式中，tf* 純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)tf 溶液的凝固點(diǎn)mb 溶液中溶質(zhì)b 的質(zhì)量摩爾濃度kf

2、溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。表2.4.1 給出了部分溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值。表 2.4.1 幾種溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值溶劑水醋酸苯環(huán)己烷環(huán)己醇萘三溴甲烷t*f/k 273.15 289.75 278.65 279.65 297.05 383.5 280.95 kf/(k kgmol-1) 1.86 3.90 5.12 20 39.3 6.9 14.4 若稱取一定量的溶質(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310abbbwmwm(2.4.2) 式中， mb為溶質(zhì)的分子量。將(2)式代入 (1)式，整理得 : (2.4.3) 若已知某

3、溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)kf值，通過實(shí)驗(yàn)測定此溶液的凝固點(diǎn)降低值t，即可計(jì)算溶質(zhì)的分子量mb。通常測凝固點(diǎn)的方法是將溶液逐漸冷卻，但冷卻到凝固點(diǎn)，并不析出晶體，往往成為過冷溶液。然后由于攪拌或加入晶種促使溶劑結(jié)晶，由結(jié)晶放出的凝固熱，使體系溫度回升，當(dāng)放熱與散熱達(dá)到平衡時(shí)，溫度不再改變。此固液兩相共存的平衡溫度即為溶液的凝固點(diǎn)。但過冷太厲害或寒劑溫度過低，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)。從相律看，溶劑與溶液的冷卻曲線形狀不同。對純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí)， 自由度 f*=1-2+1=0 ， 冷卻曲線出現(xiàn)水平線段，其形狀如圖2.4.1(1)所示

4、。對溶液兩相共存時(shí)，自由度f*=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)又開始下降，所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段，如圖 2.4.1 (2)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2.4.1 (2)中所示方法加以校正。但由于冷卻曲線不易測出，而真正的平衡濃度又難于直接測定，實(shí)驗(yàn)總是用稀溶液，并控制條件使其晶體析出量很少，所以以起始濃度代替平衡濃度，對測定結(jié)果不會產(chǎn)生顯著影響。圖 2.4.1 溶劑與溶液的冷卻曲線本實(shí)驗(yàn)測純?nèi)軇┡c溶液凝固點(diǎn)之差，由于差值較小，所以測溫需用jdw-3

5、f 型數(shù)字式精密溫差測量計(jì)。3 儀器藥品swc-lg凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)儀普通溫度計(jì)1只燒杯2 個(gè)移液管 (50ml) 1 只壓片機(jī)1 個(gè)冰脲素粗鹽4 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 調(diào)節(jié)寒劑的溫度取適量粗鹽與冰水混合，使寒劑溫度為-2 -3，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷攪拌，使寒劑保持此溫度。(2) 溶劑凝固點(diǎn)的測定凝固點(diǎn)測定實(shí)驗(yàn)裝置如圖2.4.2 所示。用移液管向清潔、 干燥的凝固點(diǎn)管內(nèi)加入50ml 純水，插入jdw-3f 型數(shù)字式精密溫差測量計(jì)，運(yùn)行凝固點(diǎn)下降測定程序，用計(jì)算機(jī)記錄凝固點(diǎn)管內(nèi)溫度的變化。先將盛水的凝固點(diǎn)管直接插入寒劑中，上下移動(dòng)攪棒(勿拉過液面，約每秒鐘一次)。使水的溫度逐漸降低，當(dāng)過冷到0.7以后，要快

6、速攪拌(以攪棒下端擦管底)，幅度要盡可能的小，待溫度回升后，恢復(fù)原來的攪拌，直到溫度回升穩(wěn)定為止，此溫度即為水的近似凝固點(diǎn)。取出凝固點(diǎn)管，用手捂住管壁片刻，同時(shí)不斷攪拌，使管中固體全部熔化，將凝固點(diǎn)管放在空氣套管中，緩慢攪拌，使溫度逐漸降低， 當(dāng)溫度降至近似凝固點(diǎn)時(shí)，自支管加入少量晶種， 并快速攪拌 (在液體上部 )，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，記錄穩(wěn)定的溫度值，重復(fù)測定三次，每次之差不超過0.006，三次平均值作為純水的凝固點(diǎn)。(4) 溶液凝固點(diǎn)的測定取出凝固點(diǎn)管，如前將管中冰溶化，用壓片機(jī)將脲素壓成片，用分析天平精確稱重 (約 0.48g)，其重量約使凝固點(diǎn)下降0

7、.3， 自凝固點(diǎn)管的支管加入樣品，待全部溶解后，測定溶液的凝固點(diǎn)。測定方法與純水的相同，先測近似的凝固點(diǎn)，再精確測定，但溶液凝固點(diǎn)是取回升后所達(dá)到的最高溫度。重復(fù)三次，取平均值。取出凝固點(diǎn)測定管， 使固體完全融化，再加入重量近似的第二片尿素片，用同樣的方法進(jìn)行測定。5 數(shù)據(jù)處理(1) 由水的密度，計(jì)算所取水的重量wa。(2) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表2.4.1 中。表 1.2 凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物質(zhì)質(zhì)量凝固點(diǎn)凝固點(diǎn)降低值測量值平均值水1 2 3 圖 2.4.2 凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)裝置1.數(shù)字式精密溫差測量計(jì) 2.內(nèi)管攪棒3. 投料支管 4.凝固點(diǎn)管 5.空氣套管6. 寒劑攪棒 7.冰槽 8.溫度計(jì)脲素（第

8、一次）1 2 3 脲素（第二次）1 2 3 (3) 根據(jù)公式 2.4.3，由所得數(shù)據(jù)計(jì)算脲素的分子量，并計(jì)算與理論值的相對誤差。6 注意事項(xiàng)(1) 攪拌速度的控制是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，每次測定應(yīng)按要求的速度攪拌，并且測溶劑與溶液凝固點(diǎn)時(shí)攪拌條件要完全一致。(2) 寒劑溫度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大影響，過高會導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點(diǎn)。(3) 純水過冷度約0.7 1 (視攪拌快慢 )，為了減少過冷度，而加入少量晶種， 每次加入晶種大小應(yīng)盡量一致。7 思考題(1) 為什么要先測近似凝固點(diǎn)？(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？附錄：swc-lg凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)儀使用說明swc

9、-lg凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)儀計(jì)算機(jī)控制主程序?yàn)閣indow 界面，進(jìn)入主菜單，可見到四個(gè)菜單項(xiàng)：（1）參數(shù)設(shè)置，（2）開始實(shí)驗(yàn)，（3）數(shù)據(jù)處理，（4）退出。（1）參數(shù)設(shè)定“參數(shù)設(shè)定”菜單中有“橫坐標(biāo)極值”、 “縱坐標(biāo)極值” 、 “縱坐標(biāo)零點(diǎn)” 、 “溫度采樣周期設(shè)置” 、 “確定”、 “退出”等五個(gè)子菜單項(xiàng)，參數(shù)一般也不需要設(shè)定（系統(tǒng)有默認(rèn)參數(shù)）。橫坐標(biāo)極值：雙擊“橫坐標(biāo)極值”子菜單，彈出窗口“請輸入橫坐標(biāo)極值”，用戶可在窗口中輸入工作窗口中時(shí)間坐標(biāo)的最大值（以分為單位），再按確定按鈕完成橫坐標(biāo)設(shè)置?？v坐標(biāo)極值：雙擊“縱坐標(biāo)極值”子菜單，彈出窗口“請輸入縱坐標(biāo)極值”，用戶可在窗口中輸入工作窗口中溫差

10、顯示的最高值，再按確定按鈕完成縱坐標(biāo)設(shè)置。縱坐標(biāo)零點(diǎn)：雙擊“縱坐標(biāo)零點(diǎn)”子菜單，彈出窗口“請輸入縱坐標(biāo)零點(diǎn)”，用戶可在窗口中輸入工作窗口中溫差顯示的最低值，再按確定按鈕完成縱坐標(biāo)設(shè)置。數(shù)據(jù)采樣周期設(shè)置：雙擊“數(shù)據(jù)采樣周期設(shè)置”子菜單，彈出窗口“數(shù)據(jù)采樣周期設(shè)置” ，用戶可在窗口中輸入數(shù)據(jù)采樣周期（即每隔一個(gè)采樣周期記錄一個(gè)點(diǎn)，以秒為單位， 系統(tǒng)默認(rèn)為 10 秒） 。再按確定按鈕完成設(shè)置。確定：調(diào)整完參數(shù)后按“確定”鍵可顯示參數(shù)調(diào)整效果。（2）開始實(shí)驗(yàn)“開始實(shí)驗(yàn)”菜單中有“開始實(shí)驗(yàn)”、 “停止實(shí)驗(yàn)”、讀入以前實(shí)驗(yàn)圖形“、 ”打印“等四個(gè)子菜單和”退出功能“按鈕。開始實(shí)驗(yàn)：雙擊“開始實(shí)驗(yàn)”子菜單，根據(jù)程序提示逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如輸入保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的文件名等。停止實(shí)驗(yàn)：若操作者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)已結(jié)束，可按“停止實(shí)驗(yàn)”圖標(biāo)結(jié)束實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)時(shí)間達(dá)到橫坐標(biāo)最右端即可。讀入以前實(shí)驗(yàn)圖形：操作者雙擊該圖標(biāo)，選擇需讀出的實(shí)驗(yàn)圖形文件名，即可讀出以前的實(shí)驗(yàn)圖形，并且可通過參數(shù)設(shè)置菜單修改橫、縱坐標(biāo)來調(diào)整實(shí)驗(yàn)圖形達(dá)到最好的效果。打?。喝绻枰蛴?shí)驗(yàn)的圖形，雙擊“打印”圖標(biāo)，選擇打印比例，程序根