凝固点降低法测定萘摩尔质量实验中测温装置的改进.doc

凝固点降低法测定萘摩尔质量实验中测温装置的改进郭成义，蒲华英，李述辉（西南石油大学基础实验教学部，四川南充，637001）摘要：长期以来，在凝固点降低法测定摩尔质量实验中普遍使用贝克曼温度计作为温差测量工具。考虑到贝克曼温度计法测量温差的诸多弱点，本文探讨用数字温度温差仪替代贝克曼温度计测量温差方面的实践与尝试，并对新、老方法进行了对比。关键词：凝固点降低法；摩尔质量；数字温度温差仪；装置改进 1 引言在一些经典物化实验中，比如凝固点降低法测定摩尔质量、燃烧热的测定、恒温槽性能测试等均要求温度测量精确到0.001，由于普通温度计精确度低，只有贝克曼温度计基本能够达到要求，多年以来，我校物化实验室正是采用贝克曼温度计作为这些实验的基本测温工具。然而内部盛装大量汞的贝克曼温度计属于易碎玻璃仪器，不仅价格昂贵，而且操作繁琐，容易损坏，使用不慎容易造成汞中毒和环境污染，客观上制约了学生的实验热情。在现代数字电子和计算机技术迅速发展的今天，传统测温手段明显落后。我校物化实验室在实践中不断摸索，逐步改用与燃烧热实验装置相配套的数字温度温差仪替代贝克曼温度计测量温差，取得了良好效果。本文以凝固点降低法测定萘摩尔质量实验为例，通过新老方案对比介绍这种测温方法的改进。2 贝克曼法测定萘摩尔质量2.1 实验原理理想稀薄溶液具有依数性。凝固点降低就是依数性的一种表现。即对一定量的某溶剂，其理想稀薄溶液凝固点下降的数值只与所含溶质的粒子数目有关，而与溶质的特性无关。假设溶质在溶液中不发生缔合和分解，也不与固态纯溶剂生成固溶体，则由热力学理论出发，可以导出理想稀薄溶液的凝固点降低Tf与溶质质量摩尔浓度bB之间的关系： （1）或 （2）由此可导出计算溶质摩尔质量MB的公式 （3）以上几式中， 分别为纯溶剂、溶液的凝固点，K； mA、mB分别为溶剂、溶质的质量kg; Kf一一溶剂的凝固点下降常数,Kkgmol-1 ;MB溶质的摩尔质量，kgmol-1.若已知Kf，测得Tf，便可用(3)式求得MB。也可由(2)式通过Tf-mB，线性回归以斜率求得MB。凝固点降低的测定方法有下列几种： 1平衡法这是最准确的方法。先测纯溶剂的液体和因体两相平衡的温度，再测溶液与纯溶剂固体两相平衡的温度，同时取一定量平衡时之液相，分析其浓度。 2Rast法樟脑的Kf值特别大，因此很容易得到较大的Tf,，这样便可用普通温度计测定凝固点降低。 3贝克曼法即过冷法) 本实验即采用此法。过冷法是将液体逐渐冷却，当液体温度到达或稍低于其凝固点时，由于新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出，这就是所谓过冷现象。若此时加以搅拌或加入品种，促使晶核产生，则大量晶体会很快形成，并放出凝固潜热，使系统温度迅速回升。温度上升的最高点即为凝固点。对纯溶剂来说，在定压条件下凝固点是固定不变的，因为此时自由度为0，见图(1)，待纯溶剂全部凝固后温度才会下降。而溶液的凝固点则不是一个恒定值。若将溶液逐步冷却，其冷却曲线与纯溶剂冷却曲线不同，见图(2)。因此测量溶液凝固点时，决不能过冷太多。如过冷很多则应测出冷却曲线，按图(2)所示的方法进行校正。 2.2 仪器与药品凝固点降低实验装置1套；贝克曼温度计、普通温度计(050) 各1支；25m1移液管1支；分析天平l台，放大镜1个。环己烷（AR）、萘（AR）。2.3 实验步骤2.3.1 调节贝克曼温度计按照使用说明调节贝克曼温度计，使环己烷的凝固点（约7）位于贝克曼湿度计的 3附近。2.3.2 安装实验装置如图为凝固点降低实验装置。将冰敲成24cm的碎块，冬天可于冰水浴槽中装入三分之一的冰和三分之二的水，夏天宜冰水各半，保持浴槽温度在3左右，可随时加减冰和水调节。用移液管取25ml分析纯的环己烷放入内套管里。注意冰水面要高于内套管中的环己烷液面。将贝克曼温度计擦干插入内套管，检查搅拌棒，使它能上下自由运动而不摩擦温度计。 水银贝克曼温度计测定凝固点降低装置图1.贝克曼温度计；2.搅拌棒；3.加样口；4.内套管；5.外套管 ；6冰水浴搅拌棒；7保温桶；8温度计2.3.3 测定纯溶剂环己烷的凝固点 先测近似凝固点。将内套管直接浸入冰水浴中，快速搅拌。当液温下降几乎停顿时，取出内套管，放入外套管内继续搅拌，记下最后稳定的温度值，即是近似凝固点。不必重复。取出内套管，不断搅拌，用手微热，使结晶完全熔化。将内套管在冰水中浸一下后立即放入外套管内，快速搅拌，此时环己烷液体温度下降。当温度降至凝固点以上0.2时停止搅拌，液温继续下降。过冷到凝固点以下0.5时迅速搅拌，温度先下降后迅速上升，用放大镜读出稳定的最高温度，即为环己烷的凝固点。重复测定，直到取得两个偏差不超过 0.005的数据为止。2.3.4 测定溶液的凝固点用分析天平称量约0.3g的萘片，放入内套管并搅拌使萘片全部溶解。同上法先测定溶液的近似凝固点，再准确测定凝固点。测定过程中过冷不得超过0.2。试剂用毕须倒入回收瓶。3 数字温度温差仪法测定萘摩尔质量3.1 实验原理与贝克曼法原理相同。3.2 仪器与药品凝固点降低实验装置1套；数字温度温差仪；普通温度计(050) 1支；25m1移液管1支；分析天平l台，电吹风1个。环己烷（AR）、萘（AR）。3.3 实验步骤3.3.1 安装实验装置洗净内套管并用电吹风吹干，采取与贝克曼法相同步骤制作冰水浴，随时加减冰和水调节，保持浴槽温度在3左右。3.3.2 测定纯溶剂环己烷的凝固点 数字温度温差仪测定凝固点降低装置图打开数字温度温差仪的电源，将温度温差转换开关设定在温差档，用移液管取25ml分析纯的环己烷放入内套管里，插入测温探头，实验过程保持冰水面始终高于内套管中的环己烷液面，并快速搅拌。观察样品管的降温过程，当温度达到最低点后，开始回升，回升至最高点又开始下降，记录最高及最低点温度，最高点温度即为样品凝固点。重复测定，直到取得两个偏差不超过0.005的数据为止。3.3.3 测定溶液的凝固点用分析天平准确称量约0.3g的萘片（保留4位有效数字），放入内套管并搅拌使萘片全部溶解，同上法测定溶液的凝固点，平行测定两次。3.3.4 数据记录及处理环己烷(25ml)第一次第二次最低温度/4.9534.966最高温度/4.9684.983萘（0.1770g）+环己烷(25ml)第一次第二次最低温度/3.2553.260最高温度/3.3503.359最高温度取平均值后：T0=4.976 T=3.355 4 实验对比分析4.1 仪器技术指标及参数对比水银贝克曼温度计数字温度温差仪温差分辨率0.010.001温差测量范围5619.999稳定度0.020.001最大测量范围20120201804.2 仪器性能及结构对比4.2.1 数字温度温差仪坚固耐用，不易损坏，避免了因贝克曼温度计损坏造成的汞中毒及环境污染。4.2.2 数字温度温差仪测试方便、测量准确，有效缩短了实验过程，使学生有足够时间发现问题、思考问题并及时处理，能达到反复练习和加深印象的实验效果。4.2.3 用数字温度温差仪代替贝克曼温度计，实现了数据读取的连续性，避免了人为读数所造成的误差。5 结论通过实践总结，我校物化实验室逐步改用与燃烧热实验装置相配套的数字温度温差仪替代贝克曼温度计，作为凝固点降低法测定萘摩尔质量实验中的测温手段。现代电子设备配以计算机采集、测试数据，自主尝试测量仪器的选择与匹配，测量电子化、输出数字化、控制智能化、装置一体化大大提高了学生兴趣，必将为学生创新意识和创新能力的提高打下坚实的基础。虽然我们充分开发利用现有设备，实现了资源共享，然而测试系统不能达到全封闭，溶液会挥发，为了达到最佳实验效果，仍建议购置凝固点降低成套专用仪器