凝固点降低测萘相对分子质量.doc

凝固点降低测萘相对分子质量一、实验目的1.测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的分子量。2. 掌握溶液凝固点的测定技术。3. 技能要求：掌握冰点降低测定管、数字温差仪的使用方法，实验数据的作图处理方法。二、实验原理1、凝固点降低法测分子量的原理 化合物的分子量是一个重要的物理化学参数。用凝固点降低法测定物质的分子量是一种简单而又比较准确的方法。稀溶液有依数性，凝固点降低是依数性的一种表现。稀溶液的凝固点降低（对析出物是纯溶剂的体系）与溶液中物质的摩尔分数的关系式为： Tf=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。 已知某溶剂的凝固点降低常数Kf,并测得溶液的凝固点降低值T，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mB为: (2) 将(2)式代入(1)式，则： (3) 因此，只要称得一定量的溶质（WB）和溶剂（WA）配成一稀溶液，分别测纯溶剂和稀溶液的凝固点，求得Tf，再查得溶剂的凝固点降低常数，代入(3)式即可求得溶质的摩尔质量。* 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。2、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，如图中的B。 图中平行于横坐标的CD线所对应的温度值即为纯溶剂的凝固点 Tf*。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，如图中III 、IV 。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，冷却曲线不会出现“平阶”，而是出现一转折点，该点所对应的温度即为凝固点（III曲线的形状）。当出现过冷时，则出现图IV的形状，此时可以将温度回升的最高值近似的作为溶液的凝固点。3、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，就会出现图中 V 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,同时需要按照图中曲线V所示的方法校正。 三、实验药品SWC-LG 凝固点测定仪1套; FPD-3A 凝固点测定仪1套; 数字贝克曼温度计; 普通温度计(050); 移液管(50mL)1只；洗耳球； 精密温度计、分析天平、台秤、烧杯;纯萘 环己烷（分析纯）20mL移液管一支碎冰 四、实验步骤1、接好传感器, 插入电源。2、打开电源开关，温度显示为实时温度，温差显示为以20度为基准的差值（但在10度以下显示的是实际温度）。3、锁定基温选择量程：将传感器插入水浴槽，调节寒剂温度低于测定溶液凝固点的2-3度，此实验寒剂温度为3.5-4.5度，然后将空气套管插入槽中，按下锁定键。4、用20ml移液管准确移取20ml 环己烷加入凝固点测定试管中，橡胶塞塞紧，插入传感器。5、将凝固点试管直接插入寒剂槽中，观察温差，直至温度显示稳定不变，此时温度就是环己烷的初测凝固点。6、取出凝固点测定试管，用掌心加热使环己烷熔化，再次插入寒剂槽中，缓慢搅拌，当温度降低到高于初测凝固点的0.5度时，迅速将试管取出、擦干，插入空气套管中，记录温度显示数值。每15秒记录一次温度。* 搅拌速度调节：刚开始缓慢搅拌，在温度低于初测凝固点时，加速搅拌，待温度上升时，又恢复缓慢搅拌。 7、实验过程中发现在仪器中测量所得数据出现反复，考虑到是测量过程中搅拌的原因，因此，我们小组在测量一组数据后换了一台自动搅拌的仪器进行溶液凝固点测定：称取0.15-0.20 g 萘片加入凝固点测定试管，待完全溶解后，重复以上6、7、8步骤。8、实验结束，拔掉电源插头。五、注意事项1、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，使测量值偏低。在过程中可通过加速搅拌、控制过冷温度，加入晶种等控制过冷度。2、搅拌速度的控制和温度温差仪的粗细调的固定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。温度-温差仪的粗细调一经确定，整个实验过程中不能再变。3、纯水过冷度约0.71(视搅拌快慢)，为了减少过冷度，而加入少量晶种，每次加入晶种大小应尽量一致。4、冷却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。六、实验数据与数据处理1、相对湿度：81%大气压：1020.3hPa室温：21.82、SWC-LG型凝固点实验装置测量数据记录与处理 （1）环己烷的粗测数据记录如下：环己烷粗测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/157.0913456.9056757.023306.9593606.9546907.015456.8373756.9987057.015606.7383907.0277207.012756.6534057.0517357.006906.5824207.0687507.0021056.5154357.087656.9951206.4534507.0847806.9951356.3914657.0897956.9981506.4514807.0898107.0021656.6024957.0898256.9991806.5975107.0858406.9981956.5735257.0778556.9982106.4535407.0738706.9982256.3595557.0618856.9982406.3095707.0589006.9982556.2655857.0589156.9982706.3216007.0549306.9962856.2966157.0479456.9923006.2636307.0429606.9943156.8436457.0399757.0013306.8586607.0329907.00510057.006数据处理：由上数据可知在前一段时间内数据上下波动，因此取后半段时间作图；所取数据如下：环己烷粗测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/157.0891657.0393156.998307.0851807.0323307.002457.0771957.0233456.999607.0732107.0153606.998757.0612257.0153756.998907.0582407.0123906.9981057.0582557.0064056.9981207.0542707.0024206.9981357.0472856.9954356.9981507.0423006.9954506.9964656.992作图如下：图一： SWC-LG型凝固点实验装置粗测环己烷由图一可知，环己烷凝固点为6.998。 （2）环己烷的精测数据记录如下：环己烷精测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/157.3323457.0436756.93410206.939307.3173607.0356906.93310356.942457.3043757.0267056.93210506.945607.293907.0187206.9310656.962757.2754057.017356.9310806.994907.2594207.0037506.92610957.0171057.2424356.9967656.92611107.0321207.234506.997806.92611257.0431357.2154656.9847956.92511407.051507.2014806.9788106.92511557.0541657.1864956.9738256.92411707.0541807.1735106.9678406.92511857.0521957.1585256.9638556.92512007.0482107.1455406.9578706.92512157.0442257.1325556.9548856.92612307.0372407.1195706.9519006.92712457.032557.1085856.9469156.92912607.0212707.0956006.9449306.92912757.0122857.0846156.9419456.9312907.0043007.0736306.9399606.93113056.9943157.0636456.9379756.93113206.9853307.0546606.9369906.93413356.97510056.93613506.966数据处理：根据环己烷精测数据作图如下：图二：SWC-LG型凝固点实验装置精测环己烷由图二可知，精测数据并不理想，因此不作为环己烷凝固点测定进行计算。、（3）环己烷+萘（0.1705g）的粗测数据记录如下：环己烷+萘粗测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/156.0413455.0146754.78310204.251305.9273605.0026904.76110354.232455.7783754.9927054.7410504.215605.6673904.9917204.7110654.195755.5744054.9867354.69510804.157905.4964204.9817504.67110954.1331055.4294354.9757654.64711104.1041205.3744504.977804.61611254.0781355.3274654.9647954.58411404.0581505.2874804.9638104.55711554.0381655.2534954.9598254.52911704.0191805.2225104.9558404.50111853.9951955.1945254.9488554.47412003.9782105.1685404.948704.4512153.9752255.1455554.9288854.42612303.9852405.1225704.9149004.40312453.9852555.1025854.8999154.38112603.9292705.0826004.8849304.36212753.8822855.0626154.8649454.34212903.8543005.0526304.8459604.32313053.8293155.0386454.8259754.30313203.83305.0246604.8049904.28713353.78710054.26913503.767数据处理：将环己烷+萘粗测数据作图如下：图三：SWC-LG型凝固点实验装置粗测环己烷+萘由图三可知，环己烷+萘凝固点为4.966。（4）环己烷+萘（0.1705g）的精测数据记录如下：环己烷+萘精测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/155.0843155.0046304.9279454.78305.0793305.0016454.9239604.776455.0743454.9986604.9189754.765605.0633604.9946754.9139904.755755.0553754.9916904.90810054.75905.0473904.9877054.90310204.7451055.0384054.9857204.89810354.7351205.0324204.9817354.89310504.7251355.0274354.9777504.88610654.7191505.0224504.9727654.88210804.7161655.0214654.977804.87710954.71805.024804.9657954.87111104.6871955.024954.968104.86611254.6662105.0195104.9578254.8611404.6462255.0185254.9538404.85911554.6372405.0175404.9498554.8511704.6292555.0155554.9458704.84911854.6222705.0125704.9438854.84412004.6132855.015854.9389004.83812154.6063005.0076004.9359154.82812304.5976154.9319304.80512454.585数据处理：将环己烷+萘精测数据作图如下：图四：SWC-LG型凝固点实验装置精测环己烷+萘由图四可知，精测环己烷+萘图出现两个拐点，分别为5.022和4.850，由该图不足以说明环己烷+萘凝固点，因此选择粗测环己烷+萘凝固点作为其凝固点进行计算。3、FPD-3A型凝固点实验装置测量数据记录与处理本实验用FPD-3A型凝固点实验装置进行环己烷以及环己烷+萘凝固点测定时，利用文献所得环己烷凝固点为6.6，环己烷+萘凝固点为4.5数据，作为其各自粗测所得值，直接进行精测。数据及处理如下：（1） 环己烷精测：数据记录如下：环己烷精测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/157.143456.696906.64307.073606.697056.64457.033756.687206.64606.983906.687356.64756.944056.687506.64906.914206.677656.641056.884356.677806.641206.864506.677956.641356.834656.678106.641506.824806.668256.641656.84956.668406.641806.785106.668556.641956.775256.668706.642106.765406.668856.642256.755556.659006.642406.745706.659156.642556.735856.659306.642706.726006.659456.642856.716156.659606.643006.716306.659756.643156.76456.659906.643306.76606.6510056.646756.65数据处理：对上表数据进行作图如下：图五：FPD-3A型凝固点实验装置精测环己烷由图五可知，FPD-3A型凝固点实验装置测得环己烷凝固点为6.64。（2） 环己烷+萘（0.1736g）精测：数据记录如下：环己烷+萘精测时间t/s温度/时间t/s温度/时间t/s温度/15153454.636904.5230303604.627054.5245453754.617204.5160603904.617354.575754054.67504.4990904204.67654.481051054354.67804.471201204504.67954.461351354654.68104.451501504804.68254.431651654954.68404.4411801805104.598554.4411951955254.598704.42102105404.588854.392252255554.579004.392402405704.579154.392552555854.569304.362702706004.569454.342852856154.559604.343003006304.559754.343153156454.549904.313303306604.5310054.36754.52数据处理：将如上环己烷+萘精测数据作图如下：图六：FPD-3A型凝固点实验装置精测环己烷+萘由图六可知，FPD-3A型凝固点实验装置测得环己烷+萘（1.736g）凝固点为4.60。4、萘相对分子量计算由数据处理2、3得如下表：凝固点实验装置型号纯环己烷凝固点 /萘质量/g环己烷+萘凝固点/凝固点降低/SWC-LG6.9980.17054.9662.032FPD-3A6.640.17364.602.04根据 其中，Kf为环己烷凝固点降低常数，查表为20K.Kg/mol；WB为萘质量，g；Tf为凝固点降低，K；WA为环己烷质量，g；查表得在室温下环己烷密度为，因此，环己烷质量为将数值代入如上式得：凝固点实验装置型号萘相对分子质量/(g/mol)SWC-LG107.89FPD-3A109.42取两次平均值得萘相对分子质量为108.66 g/mol。5、相对误差计算查表得萘的相对分子质量为128.18 g/mol因此实验测得值与理论值相对误差为：七、讨论1、搅拌对实验的影响对比两种型号装置，其差别主要为实验过程中搅拌的方式，其中SWC-LG型号装置为人为搅拌FPD-3A型号装置为机械搅拌。机械搅拌可以保证实验过程中搅拌速度均匀，且全程搅拌。而在用SWC-LG型号进行测量时，本实验过程中没有进行搅拌。对比SWC-LG型号装置与FPD-3A型号装置实验结果可知。全程搅拌所得步冷曲线不出现过冷点，且所得结果比较好。而如果实验过程中，不进行搅拌，所得步冷曲线比较差，甚至找不出凝固点，如图二、四。实验过程中，搅拌的作用有如下：（1）由于管壁温度较管中心温度低，液体内部温度不均匀，凝固时先从靠近管壁的地方凝固，慢慢向中心凝固。为使液体温度均匀，需进行搅拌。（2）实验过程中，若凝固热放出速度小于冷却所吸收的热量，则体系温度将不断降低，产生过冷现象。这时应控制过冷程度，采取突然搅拌的方式，使骤然析出的大量微小结晶得以保证两相的充分接触，从而测得固液两相共存的平衡温度。2、寒剂温度对实验的影响实验过程中寒剂起到使液体降温的效果。当出现过冷现象时，若寒剂温度过低，则凝固热抵偿不了散热，此时温度不能回升到凝固点，在温度低于凝固点时完全凝固，从而得不到正确的凝固点。其次，由图四图像中可知，图中出现第二个拐点，在第二个拐点以后，体系温度下降加快，这是由于寒剂温度降低使得体系温度下降的速度加快。若寒剂温度较高，则液体温度下降速度较慢，甚至不能使液体凝固。3、实验测得数据分析实验测得萘的相对分子质量较理论值偏低，其原因可能是由于部分环己烷凝固使得萘的浓度增大，实验测得的环己烷+萘凝固点数值降低，从而使得测得的凝固点降低值增大，根据可得，计算所得的萘相对分子质量较小。八、结论由凝固点降低测得萘的相对分子质量为108.66g/mol，实验过程中搅拌以及寒剂温度的控制对实验影响较大。