凝固点降低法测定相对分子质量.docx
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凝固点降低法测定相对分子质量
凝固点降低法测定相对分子质量
西安交通大学实验报告
课程：
物理化学实验
系别：
专业班号：
组别：
第二大组实验日期：
2015年4月3日
姓名：
学号：
交报告日期：
2015年4月10日
同组者：
实验名称：
凝固点降低法测定相对分子质量
一、实验目的
1.用凝固点降低法测定萘的相对分子量。
2.掌握步冷曲线法测定液体凝固点的方法。
3.掌握数字贝克曼温度计的使用方法。
二、实验原理
稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低（析出固态纯溶剂）、沸点升高（溶质不挥发）和渗透压的数值，仅与一定量溶液中溶质的质点数有关，而与溶质的本性无关，故称这些性质为稀溶液的依数性。
固体物质和它的液体成平衡时的温度称为凝固点。
加一溶质于纯溶剂中，其溶液的凝固点必然较纯溶剂的凝固点低，其降低的数值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。
对于在溶液中不离解、不缔合的溶质的稀溶液有如下关系式：
①
式中：
—纯溶剂的凝固点；
—浓度为C的溶液的凝固点；
—比例常数。
如果C以质量摩尔浓度（
：
每千克溶剂所含溶质的物质的量）来表示，
则为溶剂的摩尔凝固点降低常数，今以
表示这个常数，于是①示可改写为：
②
若取一定量的溶质
和溶剂
配制成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度
为：
③
式中：
为溶质的相对分子质量。
如果已知溶剂的
值，则测定此溶液的凝固点降低值即可按下式计算溶质的相对分子质量。
④
纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存的平衡温度。
若将纯溶剂逐步冷却，其冷却曲线如图1中Ⅰ的曲线图形。
但实际过程中往往发生过冷现象，即在过冷时开始析出固体后，温度才回升到稳定的平衡温度，当液体全部凝固后，温度再逐渐下降，其冷却曲线呈现如图1中Ⅱ的形状。
溶液的凝固点是该溶液的液相与溶剂的固相共存的平衡温度。
若将溶液逐步冷却，其冷却曲线与纯溶剂不同，见图9中Ⅲ、Ⅳ。
由于部分溶剂凝固而析出，使剩余溶液的浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也逐渐下降。
本实验所要测定的是浓度已知的溶液的凝固点。
因此，所析出的溶剂固相的量不能太多，否则要影响原溶液的浓度。
如稍有过冷现象如图9中Ⅳ所示，对相对分子质量的测定，无显著影响；如过冷严重，则冷却曲线如图9中Ⅴ所示，测得之凝固点将偏低，影响相对分子质量的测定结果。
因此在测定过程中必须设法控制适当的过冷程度，一般可控制寒剂的温度、搅拌速度等方法来达到。
由于稀溶液的凝固点降低值不大，因此温度的测量需要用较精密的仪器，在本实验中采用精密温差测量仪。
做好本实验的关键：
一个是控制搅拌速度，每次测量时的搅拌条件和速度尽量一致。
二是寒剂的温度，过高则冷却太慢，过低则测不准凝固点，一般要求较溶剂的凝固点低3～4℃，因此本实验中采用冰—水混合物作冰浴。
图1冷却曲线
三、仪器和药品
凝固点测定仪、水银温度计、SWC-II型数字贝克曼温度计、压片机、秒表、环己烷（
）、萘（分析纯）。
四、实验步骤
1.调节寒剂的温度
调节冰的量使寒剂F的温度处于3℃左右。
在实验过程中用搅拌器D经常搅拌并根据寒剂的温度要经常补充少量的冰，使寒剂保持此温度。
2.环己烷的凝固点测定
用移液管吸取30mL环己烷，把它加入凝固点管A。
然后塞上橡皮塞，并调整贝克曼温度计的探头B使其浸入环己烷的液面之下。
先将盛放环己烷液体的凝固点管A直接插入寒剂F中，当刚有固体析出时迅速将其外壁擦干，当其析出的固体完全融化后迅速将其插入空气套管E中。
打开秒表，每15秒记录一次待测系统的温度。
重复试验。
取出凝固点管A，用手温热之。
待管中的固体刚完全熔化后，将它直接插入空气套管E中冷却。
后续的操作同上，重复测量两次。
3.溶液凝固点的测定
取出凝固点管A，使管中的环己烷熔化。
把压成片状并已精准测量的的萘加入到环己烷中。
然后测定该溶液的凝固点，测定方法与上述相同。
五、数据记录与处理
1.数据记录
纯溶剂第一次
纯溶剂第二次
溶液第一次
溶液第二次
溶液第三次
时间t/s
温度T/℃
时间t/s
温度T/℃
时间t/s
温度T/℃
时间t/s
温度T/℃
时间t/s
温度T/℃
0
6.975
0
6.981
0
6.908
0
7.041
0
7.073
15
6.819
15
6.862
15
6.728
15
6.849
15
6.889
30
6.779
30
6.817
30
6.554
30
6.669
30
6.709
45
6.770
45
6.793
45
6.381
45
6.502
45
6.545
60
6.764
60
6.777
60
6.220
60
6.324
60
6.382
75
6.761
75
6.767
75
6.060
75
6.174
75
6.229
90
6.758
90
6.761
90
5.927
90
6.018
90
6.091
105
6.756
105
6.759
105
5.807
105
5.893
105
5.962
120
6.753
120
6.754
120
5.712
120
5.791
120
5.852
135
6.750
135
6.748
135
5.720
135
5.805
135
5.764
150
6.745
150
6.744
150
5.775
150
5.824
150
5.779
165
6.739
165
6.740
165
5.794
165
5.827
165
5.804
180
6.734
180
6.735
180
5.796
180
5.822
180
5.810
195
6.729
195
6.731
195
5.790
195
5.817
195
5.808
210
6.725
210
6.725
210
5.783
210
5.811
210
5.801
225
6.719
225
6.723
225
5.779
225
5.806
225
5.791
240
6.712
240
6.717
240
5.779
240
5.803
240
5.790
255
6.700
255
6.712
255
5.774
255
5.793
255
5.781
270
6.697
270
6.705
270
5.765
270
5.784
270
5.774
285
6.692
285
6.700
285
5.753
285
5.780
285
5.772
300
6.687
300
6.695
300
5.742
300
5.773
300
5.767
315
6.684
315
6.690
315
5.732
315
5.764
315
5.754
330
6.679
330
6.686
330
5.723
330
5.757
330
5.744
345
6.675
345
6.681
345
5.717
345
5.749
345
5.737
360
6.673
360
6.677
360
5.710
360
5.746
360
5.728
375
6.669
375
6.671
375
5.700
375
5.743
375
5.721
390
6.663
390
6.667
390
5.691
390
5.738
390
5.713
405
6.658
405
6.662
405
5.682
405
5.733
405
5.708
420
6.653
420
6.656
420
5.674
420
5.725
420
5.704
435
6.651
435
6.652
435
5.665
435
5.718
435
5.698
450
6.647
450
6.650
450
5.656
450
5.712
450
5.692
465
6.642
465
6.647
465
5.647
465
5.704
465
5.684
480
6.639
480
6.643
480
5.640
480
5.696
480
5.673
495
6.636
495
6.640
495
5.630
495
5.688
495
5.667
510
6.632
510
6.637
510
5.621
510
5.680
510
5.657
525
6.631
525
6.636
525
5.612
525
5.673
525
5.648
540
6.632
540
6.633
540
5.601
540
5.663
540
5.640
555
6.634
555
6.631
555
5.592
555
5.656
555
5.632
570
6.634
570
6.629
570
5.582
570
5.647
570
5.624
585
6.634
585
6.627
585
5.573
585
5.636
585
5.616
600
6.635
600
6.625
600
5.563
600
5.622
600
5.608
615
6.635
615
6.625
615
5.550
615
5.611
615
5.602
630
6.636
630
6.623
630
5.538
630
5.604
630
5.593
645
6.636
645
6.620
645
5.527
645
5.597
645
5.583
660
6.636
660
6.620
660
5.516
660
5.588
660
5.575
675
6.639
675
6.619
675
5.504
675
5.579
675
5.565
690
6.637
690
6.618
690
5.494
690
5.574
690
5.556
705
6.633
705
6.616
705
5.482
705
5.562
705
5.545
720
6.633
720
6.615
720
5.468
720
5.552
720
5.534
735
6.631
735
6.615
735
5.455
735
5.538
735
5.524
750
6.630
750
6.612
750
5.442
750
5.528
750
5.514
765
6.628
765
6.611
765
5.429
765
5.518
765
5.505
780
6.622
780
6.611
780
5.418
780
5.510
780
5.494
795
6.626
795
6.608
795
5.405
795
5.504
795
5.486
810
6.629
810
6.610
810
5.391
810
5.495
810
5.480
825
6.630
825
6.611
825
5.376
825
5.487
825
5.472
840
6.630
840
6.604
840
5.361
840
5.478
840
5.464
855
6.629
855
6.602
855
5.348
855
5.468
855
5.453
870
6.626
870
6.603
870
5.335
870
5.460
870
5.440
885
6.620
885
6.603
885
5.321
885
5.451
885
5.429
900
6.628
900
6.602
900
5.305
900
5.444
900
5.418
915
6.615
915
6.599
915
5.290
915
5.434
915
5.404
930
6.612
930
6.597
930
5.276
930
5.423
930
5.394
945
6.609
945
6.594
945
5.260
945
5.410
945
5.385
960
6.607
960
6.592
960
5.242
960
5.401
960
5.376
975
6.606
975
6.589
975
5.225
975
5.390
975
5.350
990
6.605
990
6.586
990
5.210
990
5.377
990
5.343
1005
6.603
1005
6.585
1005
5.194
1005
5.365
1005
5.326
1020
6.600
1020
6.579
1020
5.176
1020
5.354
1020
5.310
1035
6.598
1035
6.576
1035
5.162
1035
5.343
1035
5.294
1050
6.596
1050
6.575
1050
5.146
1050
5.334
1050
5.275
1065
6.593
1065
6.571
1065
5.131
1065
5.324
1065
5.258
1080
6.591
1080
6.567
1080
5.116
1080
5.313
1080
5.237
1095
6.590
1095
6.566
1095
5.101
1095
5.301
1095
5.219
1110
6.587
1110
6.562
1110
5.086
1110
5.291
1110
5.199
1125
6.583
1125
6.559
1125
5.068
1125
5.277
1125
5.173
1140
6.581
1140
6.555
1140
5.050
1140
5.262
1140
5.148
1155
6.577
1155
6.553
1155
5.032
1155
5.248
1155
5.123
1170
6.574
1170
6.549
1170
5.014
1170
5.237
1170
5.098
1185
6.570
1185
6.546
1185
4.997
1185
5.231
1185
5.074
1200
6.567
1200
6.541
1200
5.229
1200
5.049
1215
6.563
1215
6.536
1215
5.222
1215
5.025
1230
6.560
1230
6.532
1230
5.212
1230
5.001
1245
6.557
1245
6.529
1245
5.202
1260
6.554
1260
6.525
1260
5.188
1275
6.551
1275
6.519
1275
5.174
1290
6.549
1290
6.513
1290
5.159
1305
6.545
1305
6.506
1305
5.148
1320
6.542
1320
6.498
1320
5.136
1335
6.538
1335
6.491
1335
5.122
1350
6.533
1350
6.485
1350
5.110
1365
6.529
1365
6.477
1365
5.097
1380
6.526
1380
6.465
1380
5.082
1395
6.521
1395
6.453
1395
5.068
1410
6.515
1410
6.441
1410
5.053
1425
6.510
1425
6.428
1425
5.040
1440
6.503
1440
6.414
1440
5.026
1455
6.495
1455
6.402
1455
5.012
1470
6.485
1470
6.388
1470
4.998
1485
6.474
1485
6.376
1500
6.464
1500
6.363
1515
6.452
1515
6.348
1530
6.437
1530
6.331
1545
6.417
1545
6.314
1560
6.395
1560
6.293
1575
6.375
1575
6.269
1590
6.353
1590
6.242
1605
6.333
1605
6.215
1620
6.314
1620
6.182
1635
6.294
1635
6.143
1650
6.273
1650
6.106
1665
6.251
1665
6.069
1680
6.230
1680
6.030
1695
6.207
1695
5.989
1710
6.180
1725
6.150
1740
6.119
1755
6.080
1770
6.040
1785
5.996
2.根据环己烷的密度计算实验中所用环己烷溶剂的质量
。
环己烷的体积
环己烷的密度
环己烷的质量
萘片的质量
3.根据环己烷溶剂和溶液的步冷曲线，确定溶剂和溶液的凝固点。
由1中的数据可绘制如下步冷曲线：
溶剂第一次：
溶剂第二次：
溶液第一次：
溶液第二次：
溶液第三次：
由上面的步冷曲线可得：
物质
凝固点/℃
凝固点降低值/℃
测量值
平均值
0.771
环己烷
第一次（粗测）
6.685
6.637
第二次
6.622
第三次
6.605
萘的环己烷溶液
第一次
5.899
5.866
第二次
5.826
第三次
5.874
4.用纯溶剂和溶液的凝固点
、
计算萘的摩尔质量，并计算该结果的相对误差。
计算
，
且经查得萘的相对分子质量
，
故相对误差
。
六、误差分析
1.实验过程中寒剂的温度不易控制，故可能造成过冷现象。
2.实验数据处理时，切线位置的确定并无法十分准确，可能造成部分误差。
七、思考题
1.若用凝固点降低法测定分子量，则选择溶剂时应考虑哪些问题？
答：
首先要能很好的溶解溶质，且当溶质在溶液里有解离、缔合、溶剂化或形成配合物等情况时不适用。
其次凝固点不应太高或太低应在常温下易达到。
如水、苯、环己烷等。
2.为什么会产生过冷现象？
如何控制过冷程度？
答：
过冷现象是由于溶解在溶液中的溶质在温度降到凝固点以后，没有晶体析出而达到过饱和状态的现象。
原因是刚刚析出的固体颗粒小，比表面积大，表面吉布斯函数高。
为了控制过冷程度，因而寒剂的温度不能大大低于待测的凝固点，而且在凝固点附近时应该加速搅拌。
当过冷后温度回升，立即改用原先较缓慢的搅拌方式。
3.根据什么原则考虑加入溶质的量？
为什么溶液不能太浓也不能太稀？
答：
根据实验原理稀溶液的依数性以及称量精密度等考虑加入溶剂的量。
根据稀溶液依数性，溶质加入量要少，而对于称量相对精密度来说，溶质又不能太少。
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