实验五、凝固点降低法测定摩尔质量.doc

物理化学实验课教案 实验五 本- 08精化、生化、生物工程等专业适用实验五 凝固点降低法测定摩尔质量一、实验目的1、掌握用凝固点降低法测定萘分子量的原理。2、掌握凝固点的测定方法。 3、通过实验加深对稀溶液依数性的理解。二、实验原理当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时，则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。即： T=Tf* - Tf = KfmB (1) 式中，Tf*为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点，mB为溶液中溶质B的质量摩尔浓度，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。 若称取一定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g)，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为： (2)式中，MB为溶质的分子量。将该式代入(1)式，整理得: (3) 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T，即 可计算溶质的分子量MB。注意：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，不适用上式计算，一般只适用于强电解质稀溶液。 图5-1 纯溶剂步冷曲线示意图 图5-2 溶液步冷曲线示意图凝固点测量原理：纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存时的平衡温度。若将纯溶剂缓慢冷却，理论上得到它的步冷曲线如图5-3中的a，但实际的过程往往会发生过冷现象，液体的温度会下降到凝固点以下，待固体析出后会慢慢放出凝固热使体系的温度回到平衡温度，待液体全部凝固之后，温度逐渐下降，如图5-3中b。 溶液的凝固点是该溶液的液相与纯溶剂的固相平衡共存的温度。溶液的凝固点很难精确测量，当溶液逐渐冷却时，其步冷曲线与纯溶剂不同。如图5-3中c、d。由于有部分溶剂凝固析出，使剩余溶液的浓度增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在下降，就会出现c曲线的形状，通常也会有稍过冷的d曲线形状。此时可以将温度回升的最高值近似的作为溶液的凝固点。测量过程中过冷的影响：在测量过程中，析出的固体越少越好，以减少溶液浓度的变化，才能准确测定溶液的凝固点。若过冷太甚，溶剂凝固越多，溶液的浓度变化太大，就会出现图5-3中e曲线的形状，使测量值偏低。在过程中可通过加速搅拌、控制过冷温度，加入晶种等控制冷。图5-3 步冷曲线示意图三、实验仪器及药品仪器：凝固点测定仪1套、烧杯2个、温度温差探头2个、压片机1个、移液管(25mL)1支 固体药品：萘（AR）、冰。液体药品：环已烷（AR）。四、实验内容及步骤1、安装凝固点测定仪安装凝固点测定仪时，凝固点管、温度温差探头须清洁干燥，防止搅拌与管壁或温度计探头相磨擦。2、调节寒剂的温度取适量碎冰与水混合，使寒剂温度为23，在实验过程中不断搅拌，使寒剂保持此温度。3、溶剂凝固点的测定在安装好的凝固点测定仪中，用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入25mL环已烷，并记下水的温度，插入温度温差探头且拉动搅拌听不到碰壁与摩擦声。先将装有环已烷的凝固点管直接插入寒剂中，上下移动搅棒(勿拉过液面，约每秒钟一次)。使溶剂的温度逐渐降低，当过冷到7以后，要快速搅拌(以搅棒下端擦管底)，幅度要尽可能的小，待温度回升后，恢复原来的搅拌，同时用放大镜观察温度计读数，直到温度回升稳定为止，此温度即为环已烷的近似凝固点。 取出凝固点管，用手捂住管壁片刻，同时不断搅拌，使管中固体全部熔化，将凝固点管放在空气套管中，缓慢搅拌，使温度逐渐降低，当温度降至近似凝固点时，自支管加入少量晶种，并快速搅拌(在液体上部)，待温度回升后，再改为缓慢搅拌。直到温度回升到稳定为止，以手轻叩温度计管壁，用放大镜读数，记下稳定的温度值，重复测定三次，每次之差不超过0.06，三次平均值作为纯环已烷的凝固点。4、溶液凝固点的测定取出凝固点管，如前将管中冰溶化，用压片机将固体萘压成片，用分析天平精确称重，其重量约使凝固点下降1，自凝固点管的支管加入样品，待全部溶解后，测定溶液的凝固点。测定方法与纯环已环的相同，先测近似的凝固点，再精确测定，但溶液凝固点是取回升后所达到的最高温度。重复三次，取平均值。以上内容详细参阅复旦大学等编物理化学实验（第三版）25-27页。五、数据记录和处理1、用t/g.CM-3=0.7971-0.887910-3t/计算室温t时环已烷的密度，计算所取环已烷的重量WA。、将实验数据列入表中：室温： 大气压力：a一次/30s 步冷曲线记录时间温度物质质量凝固点Tf凝固点降低值萘的分子量测量值平均值环已烷0100T=Tf* - Tf =020030萘01000200303、由测定的纯溶剂、溶液凝固点Tf* 、Tf计算萘分子量，并判断萘在环已烷中的存在形六、思考题1凝固点降低法测定物质的摩尔质量实验中，根据什么原则考虑加入溶质的量？太多太少影响如何？2在冷却过程中，凝固点管管内液体有哪些热交换存在，它们对凝固点的测定有何影响？3估算实验测量结果误差，说明影响实验测量结果的主要因素。4用凝固点降低法测定摩尔质量，选择溶剂时应考虑哪些因素？5为什么要先测近似凝固点？七、实验注意事项1搅拌速度的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要完全一致。 2寒剂温度对实验结果也有很大影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。 八、提问： (1) 什么叫凝固点？凝固点降低法测分子量是研究哪一类相平衡体系（析出纯溶剂还是固溶体）？能否用于电解质溶液？你还知道哪些测分子量的方法。(2) 纯溶剂和溶液的步冷曲线有什么差异？为什么会出现过冷现象？过冷现象对