【清華】試驗(yàn)7凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量

1、實(shí)驗(yàn)7凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量盧巍 2005011871同組實(shí)驗(yàn)者姓名：須丹丹實(shí)驗(yàn)日期：12月25日提交報(bào)告日期：1月8日帶實(shí)驗(yàn)的老師或助教姓名：張連慶1引言（簡(jiǎn)明的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?原理）1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用凝固點(diǎn)降低法測(cè)定蔡的摩爾質(zhì)量2、學(xué)會(huì)用步冷曲線對(duì)溶液凝固點(diǎn)進(jìn)行校正3、通過本實(shí)驗(yàn)加深對(duì)稀溶液依數(shù)性的認(rèn)識(shí)1.2實(shí)驗(yàn)原理稀溶液具有依數(shù)性，凝固點(diǎn)降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)， 它與溶液質(zhì)量摩爾濃度的關(guān)系為: *. I 5 1 = K"b其中，&Tf為凝固點(diǎn)降低值， Tf、Tf分別為純?nèi)軇?、溶椒的凝固點(diǎn)，bB為溶放質(zhì)量摩爾濃度，K f為凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它只與所用溶劑的特性有關(guān)。如果稀溶液

2、是由質(zhì)量為mB的溶質(zhì)溶于質(zhì)量為 mA的溶劑中而構(gòu)成，則上式可寫為：式中:Tf = KfM 二KfKf 溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)（單位為1000mB旦M xmA103mB1mAKl_kgl_mol');M 溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（單位為gLmol'）。如果已知溶液的 Kf值，則可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出溶?的凝固點(diǎn)降低值，Tf ,利用上式即可求出溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。常用溶劑的Kf值見下表。表2-7-1 常用溶劑的Kf值溶劑*Tf /KKf / Kkgmol"精品文檔水273.151.853苯278.6835.12蔡353.4406.94環(huán)己烷279.6920.0樟腦451.9037.7環(huán)己醇279

3、.69439.3實(shí)驗(yàn)中，要測(cè)量溶劑和溶液的凝固點(diǎn)之差。對(duì)于純?nèi)軇┤鐖D2-7-1所示，將溶劑逐漸降低至過冷（由于新相形成需要一定的能量，故結(jié)晶并不析出），溫度降低至一定值時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶，當(dāng)晶體生成時(shí)，放出的熱量使體系溫度回升， 而后溫度保持相對(duì)恒定。 對(duì)于純?nèi)軇﹣碚f， 在一定壓力下，凝固點(diǎn)是固定不變的， 直到全部液體凝固成固體后才會(huì)下降。相對(duì)恒定的溫度即為凝固點(diǎn)。對(duì)于溶液來說，除溫度外還有溶液濃度的影響。當(dāng)溶液溫度回升后，由于不斷析出溶 劑晶體，所以溶液的濃度逐漸增大，凝固點(diǎn)會(huì)逐漸降低。因此，凝固點(diǎn)不是一個(gè)恒定的值。 如把回升的最高點(diǎn)溫度作為凝固點(diǎn)，這時(shí)由于已有溶劑晶體析出，所以溶液濃度已不是起始濃

4、度，而大于起始濃度，這時(shí)的凝固點(diǎn)不是原濃度溶液的凝固點(diǎn)。要精確測(cè)量，應(yīng)測(cè)出步冷（b）圖2-7-1溶劑和溶液的步冷曲線注意事項(xiàng)1 .實(shí)驗(yàn)所用大試管必須潔凈、干燥。溫度探頭沖洗干凈，用濾紙擦干。2 .環(huán)己烷易揮發(fā)，移液完成后馬上蓋好塞子。3 .攪拌要充分，但也不可以使液體濺到器壁或橡皮塞上。4 .結(jié)晶必須完全融化后，再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。2實(shí)驗(yàn)操作4.1 實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號(hào)及測(cè)試裝置示意圖1 .儀器數(shù)字溫度/溫差計(jì)（-1212C, 0.002 C） 冷阱 大試管移液管（25ml）磁力攪拌器可制冷超級(jí)恒溫槽（-20 100 C）分析天平（公用）秒表2 .藥品環(huán)己烷（分析純）蔡（分析純）3 .儀器裝置儀器

5、裝置如圖2-7-2所示，將恒溫槽溫度調(diào)至 2c左右，通入冷阱。在室溫下，用移液 管移取25ml環(huán)己烷，加入大試管。調(diào)整數(shù)字溫度計(jì)的測(cè)溫探頭，使探頭頂端處于液體的中 下部。調(diào)整磁力攪拌器轉(zhuǎn)速旋鈕至適當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度，保持恒定。4 .冷阱內(nèi)要干燥，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)擦干。冷阱與大試管間不要直接接觸。精品文檔工磁腳褥器2硼F區(qū)大試管1渴.度傳感器區(qū)四匐席子D營(yíng)1圖2-7-2凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)裝置圖2.2 實(shí)驗(yàn)條件室溫t=17 C2.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)：1、溶劑凝固點(diǎn)的測(cè)定觀察數(shù)字溫度計(jì)的變化，此時(shí)溫度逐漸降低，當(dāng)溫度降低到最低點(diǎn)之后， 溫度開始回升， 說明此時(shí)晶體已經(jīng)在析出。 直到升至最高，在一段時(shí)間內(nèi)恒定不變

6、。 此時(shí)溫度即為溶劑的凝 固點(diǎn)，記下溫度值。取出大試管，不要使溶劑濺到橡皮塞上，用手捂住試管下部片刻或用手撫試，用手溫將晶體全部融化（注意不要使溫度升高過多，避免以后實(shí)驗(yàn)的降溫時(shí)間過長(zhǎng)）。將大試管放回冷阱，重復(fù)上述操作。如此再重復(fù)數(shù)次，直到取得三個(gè)偏差不超過 ±0.005 C 的值。取其平均值作為溶劑環(huán)己烷的凝固點(diǎn)。2、溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定取出大試管，在管中加入0.15g左右（準(zhǔn)確到0.0002g ）的蔡，注意不要粘于管壁上 （可先將蔡壓成片）。拿掉磁力攪拌器上的冷阱，將大試管直接放在磁力攪拌器上攪拌至全部融解，然后按裝置圖將儀器裝好。觀察數(shù)字溫度計(jì)，當(dāng)溫度降至6c時(shí)打開秒表，半分鐘記錄

7、一次溫度值，當(dāng)溫度降至最低開始回升后每15秒記錄一個(gè)值，到最高點(diǎn)，將最高點(diǎn)溫度記錄下來（用此點(diǎn)估算蔡的摩爾質(zhì)量）。此后再恢復(fù)到半分鐘記錄一個(gè)值，記錄67個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。環(huán)己烷溶液倒入回收瓶。3結(jié)果與討論3.1原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 溶劑凝固點(diǎn)確定：次數(shù)1234平均Tf/ C6.0356.0376.0396.0376.037精品文檔溶液凝固點(diǎn)確定4.831251401551701852002154.7874.7684.7524.7344.7164.6994.6823.2計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果1、做溶液的步冷曲線，按圖 2-7-1 (b)方法外推求出Tf值。作圖如下:斐時(shí)間t2、計(jì)算秦的摩爾質(zhì)量，并與文獻(xiàn)值比較，

8、求其百分誤差。讀出交點(diǎn)坐標(biāo)(74.200, 4.850)泰的質(zhì)量mB =0.1500g ；環(huán)己烷密度：:?/(g cm") =0.7971 -0.8879 10、P=0.778g/ml ；體積：V=25ml從而得到環(huán)己烷的質(zhì)量mA = ： V = 19.45gKf =20.0K Kg mol，,mB =0.1500g ； mA = 0.778* 25 = 19.45g ；Tf =6.037 -4.850 =1.187K因此可以計(jì)算得到蔡的摩爾質(zhì)量：精品文檔310 mBTfmA310 0.1500= 20.0 =128.8g/mol1.187 19.45相對(duì)誤差為:130.0 -128

9、.2128.2100% =1.40%由文獻(xiàn)值得到秦的摩爾質(zhì)量為：128.2g/ mol3.3討論分析1.考慮稱量、移液和溫度測(cè)量三項(xiàng)誤差來源，計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差（分別用平均誤差和標(biāo) 準(zhǔn)誤差表示）。由于M = K f103mB-=KfTea103mB：Tf ：V平均誤差計(jì)算：（Tf）簡(jiǎn)單處理取0.001 -mBjV( '1) _ 0.00020.01. 2 0.001mB V：Tf- 0.164125.001.299-2.7 10' =0.27%標(biāo)準(zhǔn)誤差計(jì)算方式:''二 MKf103，mBTf V )103mBffB2；：V.Tf W、2103mBf2 (，Tf)

10、(Tf)2 ： V=1 ；(853.13 0.0002)2 (-5.1490 0.01)2 (106.812 0.001)2131.213_ -= 1.8 10=0.18%2 .環(huán)己烷、蔡粉含有其他雜質(zhì)，由于依數(shù)性，這些雜質(zhì)對(duì)對(duì)凝固點(diǎn)有影響。3、蔡粉稱量后在倒入環(huán)己烷的過程中會(huì)與墊紙粘連而損失。4 .實(shí)驗(yàn)中磁子的轉(zhuǎn)速、以及數(shù)字溫度計(jì)探頭的位置對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的影響，尤其是磁子的轉(zhuǎn) 速，直接影響到散熱的速度。5 .數(shù)據(jù)處理時(shí)擬合直線，將后半段直線反向延長(zhǎng)取交點(diǎn)，算出交點(diǎn)。這樣得出的交點(diǎn)的縱 坐標(biāo)才是真正的蔡-環(huán)己烷混合液凝固點(diǎn)。但是交點(diǎn)的坐標(biāo)難以精確讀出。5參考文獻(xiàn)1 .張連慶等.步冷曲線法-對(duì)凝固

11、點(diǎn)降低測(cè)定摩爾質(zhì)量的改進(jìn).大學(xué)化學(xué).北京：大學(xué)化學(xué)編輯部，2006.第21卷第二期.5456。2 .清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京：清華大學(xué)出版社，1991.4553。3.朱文濤 物理化學(xué)（上冊(cè)）.北京：清華大學(xué)出版社，1995.190192。6附錄5.1思考題1 .實(shí)驗(yàn)中所配溶液濃度，太濃或太稀都會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，為什么？精品文檔 答：ATf =KfbB的假設(shè)前提是理想稀薄溶液，不適用于濃溶液，所以不能太濃。但是若溶液太稀的話，Tf過小，會(huì)對(duì)測(cè)量帶來很大的誤差，從而同樣使計(jì)算結(jié)果誤差很大。2 .測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，純?nèi)軇囟然厣竽苡幸幌鄬?duì)恒定階段，而溶液則沒有，為什

12、么？答：對(duì)于純?nèi)軇?，只有溫度?huì)影響測(cè)定凝固點(diǎn)，而對(duì)于溶液來說，除溫度外還有溶液濃度的影響。當(dāng)溶液溫度回升后，由于不斷析出溶劑晶體，所以溶液的濃度逐漸增大，凝固點(diǎn)會(huì)逐漸降低。因此，凝固點(diǎn)不是一個(gè)恒定的值。但是在實(shí)驗(yàn)中，純?nèi)軇囟然厣笕匀辉诓粩嘞陆担⒉缓愣?，大概因?yàn)榄h(huán)境溫度要低于其放熱速率和磁子旋轉(zhuǎn)散熱速率不夠的原因。3 .為什么會(huì)產(chǎn)生過冷現(xiàn)象？答：液體在凝固時(shí)，首先要析出細(xì)小的晶體顆粒，而小顆粒由于表面張力，存在附加壓力，附加壓力導(dǎo)致蒸汽壓升高， 凝固點(diǎn)降低。所以液體在開始凝固時(shí)，需要比凝固點(diǎn)更低的溫度， 就會(huì)出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。4 .原理中計(jì)算公式的導(dǎo)出作了哪些近似處理，如何判斷本實(shí)驗(yàn)中這些假設(shè)的合理性？答：近似處理：1 .溶液為理想稀薄溶液或理