凝固点降低法测定摩尔质量-讲义.pdf

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1、凝固点降低法测定摩尔质量一实验目的一实验目的1.掌握用凝固点降低法测定物质相对摩尔质量的方法。2.通过实验加深对稀溶液依数性质的理解。3理解、绘制冷却曲线，并通过冷却曲线校正凝固点。二实验原理二实验原理假设溶质在溶液中不发生缔合、分解或挥发，也不与固态纯溶剂生成固溶体，那么，溶液的凝固点将低于纯溶剂凝固点，这是稀溶液（视为理想）的依数性之一。即对一定量的某溶剂，其理想稀溶液凝固点下降的数值只与所含非挥发性溶质的质点数目有关，而与溶质的其它特性无关。由热力学理论出发，可以导出理想稀溶液的凝固点降低值Tf（即纯溶剂和溶液的凝固点之差）与溶质质量摩尔浓度 bB 之间的关系为：T Tf fT Tf f

2、*T Tf f K Kf fb bB B（1）式中，Tf为凝固点降低值，Tf*、Tf分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K；bB为溶液中溶质 B 的质量摩尔浓度，单位 molkg-1；Kf为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关，单位 Kkgmol-1。若称取一定量的溶质 mB(g)和溶剂 mA(g)，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为(2)(2)mBbB103BAM m式中，MB为溶质的摩尔质量，单位 kgmol-1。将（2）式代入(1)式，整理得：（3）WBMB Kf103(g/mol)WATf若已知某溶剂的凝固点降低常数 Kf值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值Tf，即可

3、根据(3)式计算溶质的摩尔质量 MB。表 1 给出了几种溶剂的凝固点降低常数值。纯溶剂的凝固点为其液相和固相共存的平衡温度。若将液态的纯溶剂逐步冷却，在未凝固前温度将随时间均匀下降，开始凝固后因放出凝固热而补偿了热损失，体系将保持液一固两相共存的平衡温度而不变，直至全部凝固，温度再继续下降。其冷却曲线如图 1 中 1 所示。但实际过程中，当液体温度达到或稍低于其凝固点时，晶体并不析出，这就是所谓的过冷现象。此时若加以搅拌或加入晶种，促使晶核产生，则大量晶体会迅速形成，并放出凝固热，使体系温度迅速回升到稳定的平衡温度；待液体全部凝固后温度再逐渐下降。冷却曲线如图 1 中 2。溶液的凝固点是该溶液

4、与溶剂的固相共存的平衡温度，其冷却曲线与纯溶剂不同。当有溶剂凝固析出时，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降。因有凝固热放出，冷却曲线的斜率发生变化，即温度的下降速度变慢，如图 1 中 3 所示。本实验要测定已知浓度溶液的凝固点。如果溶液过冷程度不大，析出固体溶剂的量很少，对原始溶液浓度影响不大，则以过冷回升的最高温度作为该溶液的凝固点，如图 1 中 4 所示。确定凝固点的另一种方法是外推法，如图 2 所示，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，作曲线后面部分（已经有固体析出）的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交，其交点就是凝固点。本实验通过测定纯溶剂与溶液的温度与冷却时间的关系

5、数据，绘制冷却曲线，从而得到两者的凝固点之差Tf，进而计算待测物的摩尔质量。三仪器和试剂三仪器和试剂凝固点测定仪，精密电子温差测量仪，电子天平，移液管(50mL)，蒸馏水，尿素，粗盐，冰。（或环己烷，萘）1.精密数字温差仪；2.内管搅棒；3.投料支管；4.凝固点管；5.空气套管；6.寒剂搅棒；7.冰槽；8.温度计。凝固点降低实验装置凝固点降低实验装置四实验步骤四实验步骤1准备冷浴为使溶剂和溶液能够凝固，需要温度达到比溶剂凝固点低 23的冷浴（即冷却环境）。在冰水浴槽中装入三分之二的冰和三分之一的水，将温度计插入冷浴中，搅拌，冷浴温度达到比溶剂凝固点低 23后，将电子温差测量仪采零、锁定，将定时

6、时间间隔为设 10s。仪器一旦锁定，整个实验过程中就不能关闭！2溶剂冷却曲线的测定仪器装置如图所示。用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入 50mL 溶剂（纯水或环己烷），插入洁净的搅拌环和温度传感器，不断搅拌，观察温度的变化，当温度接近 1（视具体情况而定，先测近似的凝固点）时，开始记录“温差”值，并加快搅拌速度，待温度回升后，恢复常规搅拌速度，如此可以减少过冷段的数据组数。通常温度的变化规律为“下降上升稳定”，即有过冷现象。当温度达到稳定段后，在稳定段再读数57 组，即可结束读数。取出凝固点管，用手捂住管壁片刻，同时不断搅拌，使管中固体全部融化，重复测定溶剂温度随时间的变化关系，共三次，每次

7、的稳定段读数之差应不超过 0.006。3溶液冷却曲线的测定用电子天平称量约 0.4g 的溶质（尿素或萘）。如前将凝固点管中的冰融化，将准确称量的溶质（尿素或萘）加入管中，待其溶解后，同步骤2，先测近似的凝固点，再精确测定溶液的温度随时间的变化关系，共三次。五数据记录与处理五数据记录与处理1数据记录室温：_；大气压：_Pa。2数据处理各取一组合理数据，绘制纯溶剂和溶液的冷却曲线，分别找出纯溶剂和溶液的凝固点，并求出凝固点降低值 Tf，用相关公式计算出溶质的摩尔质量，并与理论值进行比较。六注意事项六注意事项1实验所用的凝固点管必须洁净、干燥。实验时应将测温探头擦干后再插入凝固点管。不使用时注意妥善保护测温探头。2搅拌时不可使搅拌环超出液面，以免把液体带出，造成误差。3加入固体样品时要小心，勿粘在壁上或撒在外面，以保证量的准确性。4 结晶必须完全融化后才能进行下一次的测量，每次测量搅拌速度应一致。5凝固点测定仪经“清零”、“锁定”后，其电源就不能关闭，否则只有重做。七思考题七思考题1.何为稀溶液的依数性？2.何为过冷现象？如何控制溶液的过冷程度？3.在精确测定凝固点时为什么要急速搅拌？4.为什么测定溶剂的凝固点时，过冷程度大一些对测定结果影响不大，而测定溶液凝固点时却必须尽量减少过冷现象？5.在冷却过程中，为什么要使用空气套管？