5实验一凝固点降低法测分子量.docx

1、5实验一凝固点降低法测分子量实验一 凝固点降低法测定溶质的摩尔质量一、目的要求1根据稀溶液的依数性质，利用凝固点降低法测定非电解质溶质摩尔质量。2掌握SWC-型精密数字温度温差测量仪的使用方法。二、实验原理将一不挥发、非电解质溶于某溶剂时，溶液上方溶剂的蒸气压会比纯溶剂的蒸气压低，导致溶液的沸点升高，凝固点降低，并导致产生渗透压。对于稀溶液，这些物理量的变化仅仅与溶液中溶质的质点的数目有关，而与溶质的本性无关，故称这些性质为稀溶液的“依数性”。在纯溶剂中加入不挥发非电解质后，形成二组分溶液。设纯溶剂的凝固点为Tf*，溶液的凝固点为Tf。如果溶液很稀，溶液凝固时可认为是固态纯溶剂的化学势1S(T

2、,p)和溶液中的溶剂的化学势1L(T,p,x1)相等，即：上式改写为:： 式中，Gm-液态纯溶剂凝固为固态纯溶剂时的摩尔吉布斯能变化。对上式求微分，根据吉布斯-亥姆霍兹公式可得：式中，fusHm-纯溶剂的摩尔熔化焓。对上式积分，得：由于Tf*和Tf相差不大，可将fusHm看着常量设：Tf= Tf*Tf，Tf*Tf (Tf*)2，稀溶液时（x2很小），将对数项展开：则： (1-1)式中，Tf*-纯溶剂的凝固点，K；Tf-溶液的凝固点；Tf-溶液的凝固点降低值；nA-溶剂的物质的量，mol； nB-溶质物质的量；fusHm-溶剂摩尔熔化焓，J/mol。上式可改写成：(1-2)MA-溶质的摩尔质量，

3、kg/mol；mB-溶液的质量摩尔浓度，mol/kg；Kf-溶剂的凝固点降低常数，Kmol-1kg，它是溶剂的特征常数，其数值只与溶剂的性质有关。根据质量摩尔浓度的定义，由式（1-2）可得：，因此:(1-3)式中，WB-溶质的质量，kg；A-溶剂的质量；B-溶质的摩尔质量，kg/mol。由式(1-3)可知，已知溶剂的Kf后，只要测得Tf即可计算B。一些常见溶剂的凝固点和凝固点降低常数列在表1-1中，其他溶剂的凝固点降低常数可在有关化学手册中查找。表1-1 常见溶剂的凝固点和凝固点降低常数溶剂水苯环己烷萘三溴甲烷醋酸凝固点/K273.15278.65279.65353.5280.95289.75

4、Kf /Kkgmol-11.865.12206.9014.43.90纯溶剂的凝固点是液-固共存时的平衡温度。将纯溶剂冷却时，温度将随时间逐步下降。开始凝固时，由于体系处于两相平衡，体系的自由度为0，因此温度将保持不变，直到液相全部凝固后，体系又变为单相，温度再继续均匀下降，如图1-1（a）。Temp.a b c d eTf*Tftime图1-1 冷却曲线图Fig.1-1 cooling curve理论上，在恒压的条件下，纯溶剂体系只要有两相平衡共存时就可达到平衡温度。但实际上，只有固相充分分散到液相中，也就是固、液两相的接触面相当大时，平衡才能达到。因此采用上述方法测定体系的凝固点时，测定值与

5、真实值有一定的偏差，我们可以利用体系的过冷现象来测定比较准确的凝固点值。将凝固点管置于冰水浴中的空气套管中，温度不断降低，到达凝固点时实际上并没有固相析出，体系温度将继续降低，产生过冷现象，这是一种介稳状态。这时控制过冷的程度，采取突然搅拌的方式，促使体系中大量的微晶析出，保证两相充分接触，从而利用温度回升以测得固-液的平衡温度，回升的最高温度可视为精确凝固点，其冷却曲线如图1-1（b）。溶液的凝固点是纯溶剂的固相和溶液两相平衡时的温度，其冷却曲线与纯溶剂的有所不同。当有溶剂凝固析出时，剩余溶液的浓度将增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降，如图1-1（c）。如果溶液过冷程度不大，析出固体溶剂的量对

6、浓度影响也就不大，则以过冷回升的温度作为凝固点，这对测定结果不会有多大影响，如图1-1（d）；但过冷程度太深，将出现图1-1（e）的情况，此时凝固点的测定结果会偏低。因此实验过程中要注意控制过冷程度，特别是溶液的过冷程度不能太深。三、仪器试剂冰水浴缸(约2 L，附木盖)：1个；凝固点管：1根；SWC-型精密数字温度测量仪：1台；100温度计：1支；空气套管：1根；搅拌器大、小各1根；洗耳球：1个；移液管(25mL)：1支；压片机：1台；称量瓶(40 25mm)：1个；环已烷(A.R)；萘(A.R)。四、实验内容1.按图1-2装好测定装置。冰浴缸内冰水温度在3左右，用移液管移取25mL纯环已烷于

7、干燥洁净的凝固点管中。将温度测量仪的测温探头插入液面下，注意不要与管底接触，塞紧软木塞，以免环已烷挥发。精密数字温差测量仪选择温差测量档，温度测量精确到0.001，基温可选择0。图1-2 凝固点测定装置1.凝固点管;2.温度温差测量仪探头;3.4搅棒;5.空气套管;6.冰浴缸;7.温度计Figure 1-2 Apparatus for freezing point determination1. Freezing tube; 2. Thermometer probe; 3,4. Stirrer; 5. Air jacket; 6. Thermostat; 7. Thermometer2纯溶剂（

8、环己烷）的近似凝固点的测定。测定环己烷的近似凝固点，将盛有环已烷的凝固点管直接插入冰水浴中（管内液面要高于管外水面，否则管壁上可能析出一层薄环已烷的晶体，这层晶体会造成下一步实验中得不到过冷现象）。上下移动搅拌器同时避免与温度计相磨擦。当有晶体析出时，将凝固点管取出擦干，放入空气套管中后放入冰浴缸中。缓缓搅动环已烷，观察精密温度测量仪的读数，直至温度稳定，取此温度为环己烷的“近似凝固点”。3纯溶剂（环己烷）的精确凝固点的测定。把凝固点管取出，用手温热，并缓缓搅动环已烷，使晶体完全融化。再将凝固点管直接插入冰水浴中，并缓缓搅动环已烷，待温度降至高于“近似凝固点”0.5时，迅速取出凝固点管，擦干后

9、插入空气套管，同空气套管一起放入冰浴中缓慢冷却，这时不再搅动环已烷以产生过冷现象。当温度低于近似凝固点0.20.3左右时，急速搅拌，促使大量微晶析出。当温度出现回升时，立即改为缓慢搅拌，记下温度到达的最高点，此即为环已烷精确凝固点。重复测定几次，直到两个连续读数间的差不超过0.006，取其平均值，此平均值即为环己烷的凝固点。4在干燥洁净的称量瓶中装入压成小片的萘片(重0.2 g 0.3g)，在分析天平上称出称量瓶和萘的总重，然后把萘片加入环已烷中，再称量空瓶（两次之差便是溶质萘的准确质量）。缓缓搅动溶液，待萘片全部溶解后，按照上述步骤2和步骤3的方法先后测定溶液的近似凝固点和精确凝固点。在测定

10、各个凝固点准确值时，应经常用搅拌器搅动冰浴，使水浴内温度均匀。五、数据处理1利用t /gcm-3=0.79710.887910-3t/计算室温条件下环已烷的密度，算出25mL环已烷的质量。2把实验所得数据列表，计算萘在环己烷中的相对摩尔质量，判断萘在环已烷中的存在形式。3估算实验误差，说明实验成败的关键。实验指导一、预习要求1了解冰点降低法测定溶质相对摩尔质量的原理及方法。2了解实验的基本操作步骤及关键之处。二、操作要求1熟练使用SWC-型精密数字温度温差测量仪。2准确判断过冷现象。三、注意事项1冰浴温度始终要控制在3左右，实验过程中要经常搅拌并注意补充碎冰。2实验过程中，当环已烷加入凝固点管

11、中后，要迅速塞上橡皮塞，一是为了防止环已烷的挥发，同时也可减少环已烷和空气接触。实验过程中尽量减少凝固点管中的环已烷和空气的接触，防止空气中的少量水气冷凝下来形成二组份溶液，使实验无法进行。3温度计探头不要接触到凝固点管的底部和管壁，最好是保持在液体的中央。搅拌时，搅拌器要注意不要磨擦到温度探头和冷凝管壁，搅拌器从冷凝管底部搅到液体的液面下，不要超出液面。4测定近似凝固点时（特别是加入萘后），应保持溶液只有少量的晶体。5测量精确凝固点时，要注意在凝固点管壁上不能有晶体，不然会观察不到过冷现象。过冷程度应该在0.20.3，最多不超过0.5。6所用搅拌器，凝固点管及温度温差测量仪的测温探头均需干燥

12、洁净。实验室的湿度过大，凝固点管密闭不好时会有少量的水汽冷凝，这时形成了多元溶液体系，溶剂凝固点和溶液凝固点都测量不到精确数据，应该更换新的干燥洁净的凝固点管重新实验。有条件的实验室可考虑除湿。四、思考题1为什么冰浴的温度控制在3左右？太高或太低对实验有什么影响？2在本实验装置中，哪些部分是体系，哪些部分是环境？3为什么加入萘的重量要在0.20.3g，太多或太少有什么不利？4当溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时，测定的结果有何意义？五、讨论本实验的结果常常低于理论值。造成测量值偏低的原因主要有两个方面：首先是环已烷的挥发，由于环已烷的挥发，溶质实际的浓度高于计算值，使得测量的Tf偏

13、大，由式（1.3）计算的分子量偏低；另一方面是“近似凝固点”测量不准，过冷程度太深，Tf偏大。在实验中往往会遇到这样一种情况，在测定凝固点的准确值时，温度还未降到低于“近似凝固点”0.3时，甚至有时还高于“近似凝固点”，温度就不再继续下降了，这是因为此时的凝固点管中已有晶体析出，说明“近似凝固点”测得偏低，应重测。六、附录SWC-型数字精密温度温差测量仪的使用SWC-型数字精密温度温差测量仪是一种实验室常用的精密温度计，测量温度时的精度为0.01，测量范围为-50150，测量系统的温差时精度可达0.001，测量范围为19.999。图1-3是仪器前面板示意图。Initialization Tem

14、p.1. 操作前准备 将仪器后板的电源线接入220V电网，检查探头并将其和后盖的“Rt”端子对应连接紧，将探头插入被测物中深度大于50mm，打开电源开关。图1-3 SWC-型精密数字温度温差测量仪Fig.1-3 SWC- digital precise thermometer2. 温度测量 将“温度/温差”按钮置于“温度”档，显示器显示“000.00”，表示仪器处于温度测量状态。将面板“测量 /保持”按钮置于测量位置。3. 温差测量(1)将面板“温度/温差”按钮置于“温差”档，此时显示器显示器显示“00.000o”，表明仪器处于温差测量状态。(2)将面板“测量/保持”按钮置于测量位置。(3)根据被测体系温度以及实验过程是升温或降温合理调节“基温选择”。 4. 保持功能的操作当温度和温差的变化太快无法读数时，可将面板“测量/保持”按钮置于“保持”位置，读数完毕应转换到“测量”位置，跟踪测量。5. 接口 仪器提供了BCD码输出接口和RS232C串行接口，将接口按仪器使用说明与微机连接，或与自行设计的接口连接后，即可打印，记录，或实现自动控制。6. 使用与维护注意事项(1)作温差测量时，“基温选择”在一次实验中不允许换档。(2)当跳跃显示“0000”时，表明仪器已超量程，检查温度传感器是否接好，检查被测物的温度和基温选择是否合适。(3)仪器数字不变，可检查仪器是否处于“保持”状态。