凝固點(diǎn)降低法測相對分子質(zhì)量1

1、凝固點(diǎn)降低法測相對分子質(zhì)量1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)用凝固點(diǎn)降低法測定蔗糖的相對分子質(zhì)量(2)通過實(shí)驗(yàn)掌握溶液凝固點(diǎn)的測定技術(shù)，并加深對稀溶液依數(shù)性的理解。2預(yù)習(xí)要求（1）了解稀溶液的依數(shù)性關(guān)系（2）了解步冷曲線以及實(shí)驗(yàn)方法3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)。固體溶劑與溶液成平衡時(shí)的溫度稱為溶液的凝固點(diǎn)。在溶液濃度很稀時(shí)，確定了溶劑的種類和數(shù)量后，溶劑凝固點(diǎn)降低值僅僅取決于所含溶質(zhì)分子的數(shù)目。 4實(shí)驗(yàn)原理 稀溶液的凝固點(diǎn)降低（對析出物為純固相溶劑的系統(tǒng)）與溶液成分的關(guān)系式為式中 為凝固點(diǎn)降低值； 為以熱力學(xué)溫度表示的純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)； 為摩爾凝固熱；分別為溶液中溶劑和溶質(zhì)的物質(zhì)的量

2、。 5實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)溶液很稀時(shí)， ，則式中 為溶劑的相對分子質(zhì)量； 為溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度； 稱為溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)。 如果已知溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù) ，并測得該溶液的凝固點(diǎn)降低值 ，已知溶劑和溶質(zhì)的質(zhì)量 ，就可以通過（3）式計(jì)算溶質(zhì)的相對分 6實(shí)驗(yàn)原理對分子量 。凝固點(diǎn)降低值的多少，直接反映了溶液中溶質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)目。溶質(zhì)在溶液中有解離、締合、溶劑化和絡(luò)合物生成等情況存在，都會(huì)影響溶質(zhì)在溶劑中的表觀相對分子質(zhì)量。因此溶液的凝固點(diǎn)降低法也可用于研究溶液的電解質(zhì)解離度、溶質(zhì)的締合度、溶劑7實(shí)驗(yàn)原理的滲透系數(shù)和活度系數(shù)等。 凝固點(diǎn)測定方法是將已知濃度的溶液逐漸冷卻成過冷溶液，然后促使溶劑析出；當(dāng)晶體生成時(shí)

3、，放出的凝固熱使系統(tǒng)溫度回升，當(dāng)放熱與散熱達(dá)成平衡時(shí)，溫度不再改變，此固液兩項(xiàng)達(dá)成平衡的溫度，即為溶液的凝固點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)測定純?nèi)軇┖腿芤旱哪厅c(diǎn)之差。8實(shí)驗(yàn)原理 純?nèi)軇┰谀糖皽囟入S時(shí)間均勻下降，當(dāng)達(dá)到凝固點(diǎn)時(shí)，固體析出，放出熱量，補(bǔ)償了對環(huán)境的熱散失，因而溫度保持恒定，直到全部凝固后，溫度再均勻下降，其步冷曲線見圖1中的（a）。 實(shí)際上純液體凝固時(shí)，由于開始結(jié)晶析出的微小晶粒的飽和蒸氣壓大于同溫度下的液體飽和蒸氣壓，所以往往產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，即液體的溫度要降到凝固點(diǎn)以下才析出固體，隨后溫度再上升到凝固點(diǎn)，見圖1中的（b）。 9實(shí)驗(yàn)原理 溶液的冷卻情況與此不同，當(dāng)溶液冷卻到凝固點(diǎn)時(shí)，開始析出固態(tài)純?nèi)?/p>

4、劑。隨著溶劑的析出，溶液濃度相應(yīng)增大。所以溶液的凝固點(diǎn)隨著溶劑的析出而不斷下降，在冷卻曲線上得不到溫度不變的水平線段。當(dāng)有過冷情況發(fā)生時(shí)，溶液的凝固點(diǎn)應(yīng)從步冷曲線上待溫度回升后外推而得，見圖1中的（c）。10實(shí)驗(yàn)原理圖一 溶劑、溶液步冷曲線11實(shí)驗(yàn)原理 因此，在測定濃度一定的溶液的凝固點(diǎn)時(shí)，析出的固體越少，過冷程度越小，測得的凝固點(diǎn)才越準(zhǔn)確。如果溶液的過冷程度不大，可以將溫度回升的最高值作為溶液的凝固點(diǎn)；若過冷太甚，則要作圖外推。12儀器與藥品FDA-3A型凝固點(diǎn)測定儀 ： 由機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)裝置配合JDT-4B數(shù)字式雙通道溫度溫差測量儀用于完成冰點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)。它具有操作簡單、使用安全、重復(fù)性好、

5、測量精度高等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，采用手工或連接計(jì)算機(jī)畫出曲線易滿足要求，是該實(shí)驗(yàn)的理想儀器。 13儀器與藥品計(jì)算機(jī)凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)測定軟件 （南京南大萬和科技有限公司）玻璃管（包括內(nèi)管、外管） 玻璃攪拌棒保溫瓶蔗糖(A.R)食鹽大燒杯(1L) 2個(gè)14儀器與藥品移液管(25mL)電子天平 公用稱量紙洗耳球毛巾SANYO制冰機(jī) 公用15實(shí)驗(yàn)步驟1、接線，把電源開關(guān)置于關(guān)的位置，打開計(jì)算機(jī) 開關(guān)。2、冷劑準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié) 往保溫瓶中加入適量自來水、并加入碎冰，打開溫度溫差測量儀，將溫度測量傳感器置于保溫瓶中，用食鹽和碎冰調(diào)節(jié)冰水的溫度，使冷劑的溫度低于水的凝固點(diǎn)23 ，用玻璃攪拌棒攪拌（注

6、意：一定不要用溫度傳感器攪拌）。用燒杯從加水口向凝固點(diǎn)測定儀加入冷劑。拉動(dòng)攪拌桿，將溫度傳感器置于凝固點(diǎn)測定儀的冷劑中。實(shí)驗(yàn)時(shí)冷劑應(yīng)經(jīng)常攪拌，并間斷地補(bǔ)充少量的碎冰或食鹽及吸出鹽水，使冷劑溫度基本保持不變。16實(shí)驗(yàn)步驟圖2 NaClH2O的相圖17實(shí)驗(yàn)步驟3、純水凝固點(diǎn)的測定 設(shè)置軟件參數(shù)。 用移液管準(zhǔn)確移取25.00mL蒸餾水，加入洗凈、干燥后的凝固點(diǎn)測量管中（內(nèi)管）。將測量管直接放入冷劑中，將攪拌槳和溫差測量傳感器放入測量管中，將攪拌開關(guān)置于慢的位置，打開凝固點(diǎn)測定儀開關(guān)，攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)，且箱內(nèi)燈亮，溶劑逐步冷卻（如觀察窗壁上有冰霧可打開觀察窗玻璃進(jìn)行擦除）。將溫度溫差測量儀置零（只能置一次零

7、）。開始用軟件記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)有固體析出時(shí)，關(guān)閉凝固點(diǎn)測定儀電源，從冷劑中取出測量管，迅速將管外冰水擦干，放入空氣套管中，再打開開關(guān)，緩慢而均勻地?cái)嚢柚?，觀察讀數(shù)，直至讀數(shù)穩(wěn)定，此乃蒸餾水的近似凝固點(diǎn)。關(guān)閉測定儀開關(guān)。 18實(shí)驗(yàn)步驟 取出凝固點(diǎn)管，用手溫?zé)嶂构苤械墓腆w完全融化。再將凝固點(diǎn)管直接放入冷劑中緩慢攪拌，使溶劑較快地冷卻。當(dāng)溶劑溫度降至高于近似凝固點(diǎn)0.5 時(shí)，迅速取出測量管，擦干冰水后放入空氣套管中，并緩慢攪拌，使蒸餾水溫度均勻降低，當(dāng)溫度低于近似凝固點(diǎn)溫度參考值0.2 時(shí)，將調(diào)速開關(guān)撥到快擋，防止過冷使固體析出。當(dāng)固體析出時(shí)，調(diào)速開關(guān)撥到慢擋，注意觀察讀數(shù)直到穩(wěn)定，記錄溫差值，此即

8、蒸餾水的凝固點(diǎn)。重復(fù)測定兩次，要求平均誤差小于0.006 。19實(shí)驗(yàn)步驟4 溶液凝固點(diǎn)的測定 取出測量管。使冰融化，加入準(zhǔn)確稱量的1g左右的蔗糖，待其完全溶解后，重復(fù)步驟3，測出溶液的凝固點(diǎn)。重復(fù)測定兩次，要求平均誤差小于0.006 。20實(shí)驗(yàn)步驟5 實(shí)驗(yàn)完畢，將電源開關(guān)置于斷的位置，排除冷劑，倒出溶液樣品，清洗玻璃管，玻璃缸，傳感器。擦干傳感器。關(guān)閉儀器和計(jì)算機(jī)開關(guān)。21實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵本實(shí)驗(yàn)一定要注意攪拌所測液體。冷劑溫度應(yīng)基本保持在低于純?nèi)軇┠厅c(diǎn)23 。如果過冷在0. 7以上時(shí)還未析出固體，應(yīng)加入固體冰，控制過冷。每次加入的固體大小應(yīng)盡量一致。可考慮更換干燥的測量管測溶液的凝固點(diǎn)。融化冰時(shí)不要

9、將攪拌槳和溫差傳感器上的固體冰灑落在測量管外。應(yīng)注意計(jì)算機(jī)當(dāng)前屏幕顯示的數(shù)據(jù)記錄有限。22數(shù)據(jù)處理 溶劑步冷曲線數(shù)據(jù)23數(shù)據(jù)處理 溶質(zhì)步冷曲線數(shù)據(jù)24數(shù)據(jù)處理室溫: 大氣壓: 冷劑溫度:25數(shù)據(jù)處理1、分別作出溶劑、溶液的步冷曲線。2、計(jì)算蔗糖的摩爾質(zhì)量。已知水的 。26注意事項(xiàng)1、連接、斷開攪拌器的插頭，一定要切斷電源開關(guān)，攪拌器要防止扯斷連線，不要跌落任何儀器。2、應(yīng)從加水口向凝固點(diǎn)測定儀加入冷劑。注意該儀器面板后有電線。3、溫度、溫差測量儀只能置一次零。4、文件名不應(yīng)重復(fù)，注意保存數(shù)據(jù)。5、溶液、溶質(zhì)的純度直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6、實(shí)驗(yàn)時(shí)要保持?jǐn)嚢铇慌c試管壁摩擦。7、注意不要損壞玻璃儀器。

10、8、一定不要用溫度傳感器攪拌。9、不要讓液體、食鹽灑落在計(jì)算機(jī)和溫度溫差測量儀上。27思考題1、為什么會(huì)產(chǎn)生過冷現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)中深度過冷對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？如何控制過冷？2、溶劑在冷卻過程中，達(dá)凝固點(diǎn)后步冷曲線會(huì)出現(xiàn)一段水平線；而溶液在冷卻過程中達(dá)凝固點(diǎn)后步冷曲線卻是一段逐漸下降的斜線。為什么？3、根據(jù)什么原則考慮加入溶質(zhì)的量？ 太多太少有何影響？如要獲得更準(zhǔn)確的相對分子量，如何安排實(shí)驗(yàn)？ 28參考文獻(xiàn)1 第5屆全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請賽（試卷C1） 實(shí)驗(yàn)C1 凝固點(diǎn)降低法測定未知物的摩爾質(zhì)量. 大學(xué)化學(xué)，2006，21（6）: 60 62.2 邱金恒 孫爾康 吳強(qiáng). 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn). 北京: 高等教育出版社，2010.3