凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量試驗(yàn)報(bào)告

1、凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .測定環(huán)己烷的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算蔡的分子量。2 .掌握溶液凝固點(diǎn)的測量技術(shù)，加深對稀溶液依數(shù)性質(zhì)的理解。3 .技能要求：掌握冰點(diǎn)降低測定管、數(shù)字溫差儀的使用方法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作圖處理方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、凝固點(diǎn)降低法測分子量的原理化合物的分子量是一個(gè)重要的物理化學(xué)參數(shù)。用凝固點(diǎn)降低法測定物質(zhì)的分子量是一種簡單而又比較準(zhǔn)確的方法。稀溶液有依數(shù)性，凝固點(diǎn)降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)。稀溶液的凝固點(diǎn)降低(對析出物是純?nèi)軇┑捏w系)與溶液中物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系式為：AT=Tt* - Tf = Kf na ? ? (1)*式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，Tf為溶液的

2、凝固點(diǎn)，m1為溶液中溶質(zhì) B的質(zhì)量摩爾濃度，K 為溶劑的質(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)。已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)K,并測得溶液的凝固點(diǎn)降低值 T ,若稱取一定量的溶質(zhì)W(g)和溶劑 W(g),配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度m1為：(2)將(2)式代入式，則：(3)因此，只要稱得一定量的溶質(zhì)( W 和溶劑(W 配成一稀溶液，分別測純?nèi)軇┖拖∪?液的凝固點(diǎn)，求得 ATf,再查得溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)，代入(3)式即可求得溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。*當(dāng)溶質(zhì)在溶液里有解離、締合、溶劑化或形成配合物等情況時(shí)，不適用上式計(jì)算，一般只適用于強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液。2、凝固點(diǎn)測量原理純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)是它的

3、液相和固相共存時(shí)的平衡溫度。若將純?nèi)軇┚徛鋮s，理論上得到它的步冷曲線如圖中的 A ,但實(shí)際的過程往往會發(fā)生過冷現(xiàn)象，液體的溫度會下降到凝 固點(diǎn)以下，待固體析出后會慢慢放出凝固熱使體系的溫度回到平衡溫度，待液體全部凝固之后，溫度逐漸下降，如圖中的 Bo圖中平行于橫坐標(biāo)的 CD線所對應(yīng)的溫度值即為純?nèi)軇┑?凝固點(diǎn)Tf*。溶液的凝固點(diǎn)是該溶液的液相與純?nèi)軇┑墓滔嗥胶夤泊娴臏囟取Ｈ芤旱哪厅c(diǎn)很難精確測量，當(dāng)溶液逐漸冷卻時(shí)，其步冷曲線與純?nèi)軇┎煌鐖D中 III 、IV。由于有部分溶劑 凝固析出，使剩余溶液的濃度增大，因而剩余溶液與溶劑固相的平衡溫度也在下降，冷卻曲線不會出現(xiàn)“平階”，而是出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折點(diǎn)

4、，該點(diǎn)所對應(yīng)的溫度即為凝固點(diǎn)(III曲線的形狀),當(dāng)出現(xiàn)過冷時(shí)，則出現(xiàn)圖IV的形狀，此時(shí)可以將溫度回升的最高值近似的作為溶液的凝固點(diǎn)°3、測量過程中過冷的影響在測量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準(zhǔn)確測定溶液的凝 固點(diǎn)。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，就會出現(xiàn)圖中V曲線的形狀，使測量值偏低。在過程中可通過加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制冷，同時(shí)需要按照圖中曲線V所示的方法校正。三、實(shí)驗(yàn)藥品SWC-LG凝固點(diǎn)測定儀1套；數(shù)字貝克曼溫度計(jì)；普通溫度計(jì)（0 C50C）;移液管（20mL）1支；洗耳球；精密溫度計(jì)、分析天平、燒杯 ；純秦環(huán)己烷（分析純

5、）碎冰四、實(shí)驗(yàn)步驟1、接好傳感器，插入電源。2、打開電源開關(guān)，溫度顯示為實(shí)時(shí)溫度，溫差顯示為以20度為基準(zhǔn)的差值（但在 10度以下顯示的是實(shí)際溫度）。3、將傳感器插入水浴槽，調(diào)節(jié)寒劑溫度低于測定溶液凝固點(diǎn)的2-3度，此實(shí)驗(yàn)寒劑溫度為度，然后將空氣套管插入槽中。4、用20ml移液管準(zhǔn)確移取20ml環(huán)己烷加入凝固點(diǎn)測定試管中，橡膠塞塞緊，插入傳感器。5、將凝固點(diǎn)試管直接插入寒劑槽中，觀察溫差，直至溫度顯示穩(wěn)定不變，此時(shí)溫度就是環(huán) 己烷的初測凝固點(diǎn)。6、取出凝固點(diǎn)測定試管，用掌心加熱使環(huán)己烷熔化，再次插入寒劑槽中，緩慢攪拌，當(dāng)溫度降低到高于初測凝固點(diǎn)的度時(shí)，迅速將試管取出、擦干，插入空氣套管中，記錄

6、溫度顯示數(shù)值。每15秒記錄一次溫度。注意：攪拌速度調(diào)節(jié)：剛開始緩慢攪拌，在溫度低于初測凝固點(diǎn)時(shí)，加速攪拌，待溫度上升 時(shí)，又恢復(fù)緩慢攪拌。7、重復(fù)第6步平行再做1次。8、溶液凝固點(diǎn)測定：稱取 g蔡片加入凝固點(diǎn)測定試管，待完全溶解后，重復(fù)以上6、7、8步驟。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，拔掉電源插頭。五、注意事項(xiàng)1、在測量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準(zhǔn)確測定溶液的凝 固點(diǎn)。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，使測量值偏低。在過程中可通過 加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制過冷度。2、攪拌速度的控制和溫度溫差儀的粗細(xì)調(diào)的固定是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，每次測定應(yīng)按要求 的速度攪拌，

7、并且測溶劑與溶液凝固點(diǎn)時(shí)攪拌條件要完全一致。溫度-溫差儀的粗細(xì)調(diào)一經(jīng)確定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不能再變。3、純水過冷度約C1 C （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。4、冷卻溫度對實(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)。5、實(shí)驗(yàn)所用的凝固點(diǎn)管必須潔凈、干燥。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1、數(shù)據(jù)記錄與分析室溫：C 大氣壓：數(shù)據(jù)1:環(huán)己烷凝固過程溫度變化表（粗略測量）時(shí)間(/s )溫度(/ C)時(shí)間(/s )溫度（/ C）時(shí)間(/s )溫度（/C）15315615303306304534564560360660753756759039069

8、0105405705120420720135435735150450750165465765180480780195495795210510810225525825240540840255555855270570870285585885300600由上圖可以看到，在溫度為c、C、C處溫度都出現(xiàn)了平臺，而事實(shí)上只有一個(gè)平臺，所 以這組數(shù)據(jù)不能使用。出現(xiàn)多個(gè)平臺原因分析有：1、儀器讀數(shù)有誤差（這個(gè)影響比較小,屬于系統(tǒng)誤差）。2、放熱與散熱達(dá)到平衡，而本實(shí)驗(yàn)我們沒有對環(huán)己烷純?nèi)軇┻M(jìn)行攪拌，所 以比較容易出現(xiàn)平臺。數(shù)據(jù)2:環(huán)己烷凝固過程溫度變化表（精確測量1）時(shí)間（/s）溫度（/ C）時(shí)間(/s )溫

9、度（/ C）時(shí)間(/s )溫度（/C）15525103530540105045555106560570108075585109590600111010561511251206301140135645115515066011701656751185180690120019570512152107201230225735124524075012602557651275270780129028579513053008101320315825133533084013503458551365360870138037588513953909001410405915142542093014404359451

10、4554509601470465975148548099049510055101020由上圖可以看到，該曲線比較符合理想情況，有存在一個(gè)比較持久的凝固平臺，跟粗測相比, 精測1的讀數(shù)不會有很大幅度的變化。我們讀出平臺的溫度：C。數(shù)據(jù)3:環(huán)己烷叫周過程溫度變化表（精確測可 2）時(shí)間（/s ） I溫度（/ C） I時(shí)間（/s ） I溫度（/ C） 時(shí)間（/s ） I溫度（/ C）154508853046590045480915604959307551094590525960105540975120555990135570100515058510201656001035180615105019563

11、01065210645108022566010952406751110255690112527070511402857201155300735117031575011853307651200345780121536079512303758101245390825126040584012754208551290435870由上圖可以看到，溫度隨時(shí)間不斷下降，沒有出現(xiàn)平臺，所以這一個(gè)的數(shù)據(jù)也是不符合 實(shí)際情況的。原因分析： 實(shí)驗(yàn)中寒劑溫度控制不好，最大的可能就是寒劑溫度過低，造成冷 凝的速度很快，而即使冷凝快，放熱多，但對于與寒劑溫度相比， 還不能夠使環(huán)己烷溫度有 上升，所以出現(xiàn)溫度不斷下降，而不

12、出現(xiàn)平臺的情況。綜合上述數(shù)據(jù)1、2、3以及分析，得出環(huán)己烷純?nèi)軇┑膶?shí)驗(yàn)?zāi)厅c(diǎn)溫度為：C。 數(shù)據(jù)4:（蔡的質(zhì)量：）票的環(huán)己烷稀溶液凝固過程溫度變化表（加川各測量）時(shí)間(/s )溫度(/ C)時(shí)間(/s )溫度（/ C）時(shí)間(/s )溫度（/C）15345675303606904537570560390720754057359042075010543576512045078013546579515048081016549582518051084019552585521054087022555588524057090025558591527060093028561594530063096031564

13、5975330660由上圖可以看到，加入了秦的環(huán)己烷稀溶液凝固時(shí)溫度不斷下降，而中間也沒有出現(xiàn)一個(gè) 比較明顯的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 斜率基本上都是一樣的， 所以這個(gè)粗測的數(shù)據(jù)是不符合實(shí)際情況。跟數(shù)據(jù)3的情況相類似，分析原因是由于寒劑溫度過低， 而實(shí)驗(yàn)中寒劑的溫度為C左右 （中 途有改變寒劑的溫度，起初為C）。數(shù)據(jù)5:（蔡的質(zhì)量：）票的環(huán)己烷稀溶液凝固過程溫度變化表（精確測量1）時(shí)間(/s )溫度(/ C)時(shí)間(/s )溫度（/ C）時(shí)間(/s )溫度（/C）1554010653055510804557010956058511107560011259061511401056301155120645117

14、013566011851506751200165690121518070512301957201245210735126022575012752407651290255780130527079513202858101335300825135031584013653308551380345870139536088514103759001425390915144040593014554209451470435960148545097515004659901515480100515304951020154551010355251050由上圖可以看到，在溫度為c左右出現(xiàn)了一個(gè)平臺，可是稀溶液是不會出現(xiàn)

15、平臺的，很明顯地，這一組的數(shù)據(jù)也是失去可靠性，存在較大的誤差。分析的原因是：1、跟數(shù)據(jù)4 一樣,調(diào)節(jié)寒劑溫度過低，所以下降的時(shí)候沒有一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2、出現(xiàn)平臺是在開始實(shí)驗(yàn)幾分鐘的時(shí)候，平臺可能是因?yàn)槟厅c(diǎn)試管還沒有跟寒劑之間有很好地傳熱效果，所以溫度變化不大。3、平臺附近有可能是凝固點(diǎn)，雖然不符合實(shí)際情況，但是明顯在斜率方面存在有 轉(zhuǎn)折性，大一小一大。數(shù)據(jù)5:(蔡的質(zhì)量：)票的環(huán)己烷稀溶液凝固過程溫度變化表(精確測量 2)時(shí)間(Is)溫度(TC)時(shí)間(Is )溫度(TC)時(shí)間(Is )溫度(/C)15540106530555108045570109560585111075600112590

16、615114010563011551206451170135660118515067512001656901215180705123019572012452107351260225750127524076512902557801305270795132028581013353008251350315840136533085513803458701395360885141037590014253909151440405930145542094514704359601485450975150046599015154801005153049510201545510103515605251050157

17、5由上圖可以看到，溫度在c處出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，斜率發(fā)生變化，雖然變化幅度不大，總體上比之前粗測和精測 1的數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確一些， 所以這個(gè)數(shù)據(jù)還是可以保留的，我們讀出轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度：c_綜合上述數(shù)據(jù)4、5、6以及分析，得出蔡的環(huán)己烷稀溶液的實(shí)驗(yàn)?zāi)厅c(diǎn)溫度為：C。 2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：環(huán)己烷純?nèi)軇┑膶?shí)驗(yàn)?zāi)厅c(diǎn)溫度為：C; 泰的環(huán)己烷稀溶液的實(shí)驗(yàn)?zāi)厅c(diǎn)溫度為：C; AT=奈的質(zhì)量：一環(huán)己烷的體積：20ml。理論參考數(shù)據(jù):環(huán)己烷的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值:Kf = kg/mol環(huán)己烷純?nèi)軇┑拿芏龋篶m3理論秦的相對分子質(zhì)量：mol實(shí)際測得的蔡的相對分子質(zhì)量:MbKfWBTfWA103 g/mol20.0K k

18、g/mol 0.1790g八3, 仆,33 10 mol/kg 127.10g/mol1.767K 20cm3 0.797 g/cm3相對誤差:(128.18 127.10)g/mol0 84%128.18g/mol七、提問與思考1、為什么要先測近似凝固點(diǎn)？答：1、因?yàn)橐獪?zhǔn)確測定凝固點(diǎn)比較困難，我們可以先測一個(gè)近似點(diǎn)，當(dāng)精確測量時(shí)，在近似點(diǎn)附近我們可以降低溫度下降速度，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌。2、為了控制過冷程度。當(dāng)溫度冷卻至凝固點(diǎn)時(shí)要通過急速攪拌，防止過冷超過要求，促使晶體析出。2、根據(jù)什么原則考慮溶質(zhì)的用量？太多或太少對測量結(jié)果有何影響？答：根據(jù)稀溶液依數(shù)性范圍確定，太多不符合稀溶液，且溶液的凝固點(diǎn)降低太多，析出溶劑晶體后，溶液的濃度變化大，凝固點(diǎn)也隨之降低，不易準(zhǔn)確測定其凝固點(diǎn)。過少，溶液的凝固點(diǎn)降低少，相對測定誤差也大。3、測凝固點(diǎn)時(shí)，純?nèi)軇囟然厣笥幸缓愣A段，而溶液則沒有，為什么？答：純?nèi)軇┲鸩嚼鋮s時(shí)， 體系溫度隨時(shí)間均勻下降，到某一溫度時(shí)有固體析出，由于結(jié)晶放出的凝固熱抵消了體系降溫時(shí)傳遞給環(huán)境的熱量，因而保持固液兩相平衡，當(dāng)放熱與散熱達(dá)到平衡時(shí)，溫度不再改變，自由度 =0,所以在曲線呈現(xiàn)出一個(gè)平臺；而對溶液兩相共存時(shí)， 自由度=1,溫度仍可以下降，但由于