【清华】凝固点

1、实验7凝固点降低法测定摩尔质量姓名：张圣夫 学号：2009011878班级：化92 （同组实验者姓名：陈其乐）实验日期：2012-3-21 提交报告日期：2012-3-23带实验的老师或助教姓名：王冬1引言1.1 实验目的1 .用凝固点降低法测定蔡的摩尔质量2 .学会用步冷曲线对溶液凝固点进行校正3 .通过本实验加深对稀溶液依数性的认识1.2 实验原理稀溶液具有依数性，凝固点降低是依数性的一种表现，它与溶液质量摩尔浓度的关系为:*二 Tf - = Kf>bbB为溶液质量摩尔浓度，K f为凝其中，为凝固点降低值，Tf、Tf分别为纯溶剂、溶椒的凝固点, 固点降低常数，它只与所用溶剂的特性有关

2、。如果稀溶液是由质量为 mB的溶质溶于质量为mA的溶剂中而构成，则上式可写为:1000mB= K f KM xmA103mBTfmA式中:Kf 溶剂的凝固点降低常数（单位为KLkgLmol ）；精品文档9M 溶质的摩尔质量（单位为 g|_mol）。Tf ,利用上式即可求出溶质的摩尔如果已知溶液的Kf值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值 质量。常用溶剂的Kf值见下表。表1常用溶剂的Kf值溶剂*Tf /KK f / KLkgLmol水273.151.853苯278.6835.12蔡353.4406.94环己烷279.6920.0樟脑451.9037.7环己醇279.69439.3实验中，要测量溶

3、剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶剂如图2-7-1所示，将溶剂逐渐降低至过冷（由于新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出），温度降低至一定值时出现结晶，当晶体生成时，放出的热量使体系温度回升，而后温度保持相对恒定。对于纯溶剂来说，在一定压力下，凝固点是固定不变的， 直到全部液体凝固成固体后才会下降。相对恒定的温度即为凝固点。对于溶液来说，除温度外还有溶液浓度的影响。当溶液温度回升后，由于不断析出溶剂晶体，所以溶 液的浓度逐渐增大，凝固点会逐渐降低。因此，凝固点不是一个恒定的值。如把回升的最高点温度作为凝 固点，这时由于已有溶剂晶体析出，所以溶液浓度已不是起始浓度，而大于起始浓度，这时的凝固点不是原

4、浓度溶液的凝固点。要精确测量，应测出步冷曲线，按图2-7-1 （b）所示方法，外推至 Tf校正。（a）（b）图1溶剂和溶液的步冷曲线2实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图1 .仪器数字温度/温差计（-12-12C, 0.002C） 冷阱 大试管 移液管（25ml）磁力搅拌器可制冷超级恒温槽（-20100C）分析天平（公用）秒表2 .药品尿素（分析纯）2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）温度：19.0 C 压力：101.49kPa 湿度：41.5%2.3 实验操作步骤及方法要点1 .仪器装置仪器装置如图2所示，将恒温槽温度调至 2c左右，通入冷阱。在室温下，用移液管移取25m

5、l环己烷， 加入大试管。调整数字温度计的测温探头，使探头顶端处于液体的中下部。调整磁力搅拌器转速旋钮至适 当旋转速度，保持恒定。2 .溶剂凝固点的测定观察数字温度计的变化，此时温度逐渐降低，当温度降低到最低点之后，温度开始回升，说明此时晶 体已经在析出。直到升至最高，在一段时间内恒定不变。此时温度即为溶剂的凝固点，记下温度值。 取出大试管，不要使溶剂溅到橡皮塞上，用手捂住试管下部片刻或用手抚试，用手温将晶体全部融化（注 意不要使温度升高过多，避免以后实验的降温时间过长）。将大试管放回冷阱， 重复上述操作。如此再重复数次，直到取得三个偏差不超过 ± 0.005C的值。取其平均值作为溶剂

6、环己烷的凝固点。3 .溶液凝固点的测定取出大试管，在管中加入0.15g左右（准确到0.0002g）的蔡，注意不要粘于管壁上（可先将蔡压成片）。 拿掉磁力搅拌器上的冷阱，将大试管直接放在磁力搅拌器上搅拌至全部融解，然后按装置图将仪器装好。 观察数字温度计，当温度降至6 c时打开秒表，半分钟记录一次温度值，当温度降至最低开始回升后（晶体析出），注意观察，将最高点温度记录下来（用此点估算蔡的摩尔质量）。此后再记录 67个点，实验结束。环己烷溶液倒入回收瓶。3结果与讨论3.1 原始实验数据1 .尿素：m=0.4000g。溶剂（去离子水）体积： V =25ml2 .纯溶剂凝固点原始数据表2:纯溶剂凝固点

7、测定数据於组第二组时间/min温度/ C时间/min温度/0'000.3930'000.3860'300.3380'300.3751'000.2811'000.3571'300.2291'300.3312'000.1822'000.2972'300.1292'300.2763'000.0813'000.2393'300.0243'300.2114'00-0.0304'000.1924'30-0.0684'300.1635'00-

8、0.1135'000.1305'30-0.1665'300.1186'00-0.2086'000.0876'30-0.2476'300.0767'00-0.2867'000.0527'30-0.3307'300.0218'00-0.3708'000.0008'30-0.4068'30-0.0089'00-0.4419'00-0.0389'30-0.4759'30-0.05410'00-0.50510'000.41610'

9、30-0.54210'100.51811'00-0.58710'200.54211'30-0.62710'300.55812'00-0.66510'400.57112'30-0.69810'500.57713'00-0.72211'000.58413'30-0.75311'100.59214'00-0.78611'200.59814'30-0.81611'300.59915'00-0.94011'400.60215'300.45811&

10、#39;500.60615'400.50612'000.60815'500.53316'000.55216'100.56716'200.57716'300.58616'400.59516'500.60217'000.60817'100.61217'200.6233.溶液凝固点测量：表3:溶液凝固点测定数据时间/min温度/ C0'000.1830'300.1561'000.1291'300.0952'000.0622'300.0303'00-0

11、.0043'30-0.0434'00-0.0764'30-0.1075'00-0.1385'30-0.1726'00-0.2036'30-0.2387'00-0.2697'30-0.2737'400.0377'500.1268'000.1448'100.1518'200.1538'300.1548'400.1528'500.1529'000.1503.2计算的数据、结果1 .求溶剂的凝固点：按照记录的温度和时间数据做出降温曲线图。当温度达到一个最低点后

12、，发生突变，温度突然迅速升高，到达某一温度后几乎保持恒定。该恒定温度即为溶剂的凝固点。（对两次溶剂的凝固点测量均作此处理）第一次:溶剂步冷曲线如图2所示：图2:溶剂步冷曲线（第一组）溶剂的凝固点温度为 0.602 C第二次：同样作溶剂步冷曲线如图 3所示:溶剂的凝固点温度为 0.599 C故,溶剂的平均凝固点温度为：=T1+T2 = 0.602+0.599 =0.601 。2 .求溶液的凝固点：作溶液的步冷曲线，并对上升段和稳定时部分曲线分别进行线性拟合，两条拟合直线交点即为溶液凝固点温度，拟合结果如图 4所示：图4:溶液步冷曲线两条拟合直线结果如表4、表5:表4:溶液凝固点测量曲线中直线拟合

13、1InterceptSlopeStatisticsValueErrorV9lueErrorAdj. R-Square日-14.223一1.36一表5:溶液凝固点测量曲线中直线拟合2InterceptSlope堂白廿劭csValueErrorValueErrorAdj R-SquareQ.077&70.014440,00173032857求得：两条直线交点为：t=7.7259min , T=0.1472 C;即溶剂的凝固点温度为0.147C3 .尿素摩尔质量的计算103mc由公式M = K f,其中1mu实验测得：代入公式，得：尿素摩尔质量的标准值因此实验的相对误差为:3.3讨论分析1

14、.实验分析：本次实验可以说是我这个学期所做的物化实验中耗时最长的，倒不是因为实验本身有多复杂，而是实验的可重复性差，每组实验又耗时颇长所导致的，像我们组这次实验就一共做了有5组，有2组实验无效重做了。其中第一组是因为在测量过程中大试管碰到了冷阱壁导致局部过冷测量误差过大。第二组测溶液 凝固点时，测得凝固点异常，误差高达100%,而当我们将晶体完全融化重新测量时，实验结果就正常了，至今也没有弄明白具体原因，我们讨论猜测应该是多种误差累计而导致的。本实验中，我们组所测得的溶剂、溶液凝固点均偏高，但是重复性良好，所以认为应当是仪器误差所 导致的，由于实验最终所需的是溶剂和溶液凝固点的差值，所以对实验

15、结果影响不大。另外在实验中，当温度已经降至凝固点以下许多时，我们往往会通过加入小冰晶的方式来促进晶体的 生成，以达到温度回升测量凝固点的作用。但是，由于温度已经低于凝固点了，所以一加入冰晶，溶液就 会迅速以冰晶为晶核快速生长，往往在半分钟内就能达到凝固点附近，因此，在加入冰晶后，必须马上开 始10s 一个进行记数，否则可能会导致实验结果不准确。2 .误差分析：A.步冷曲线的测定：在通过测量步冷曲线时，理想状况是取最终温度恒定的值作为溶剂或溶液的凝固点，而实际上，这个 “平台”是基本上不可能出现的，通常是到达凝固点附近后温度由迅速升高改为缓慢升高，我们只能取均 值作为凝固点，存在一定误差。B.尿

16、素的测量：再将尿素称量后转移入试管的过程中，必然会在称量纸上有一定的残留从而引起误差。C.溶剂体积误差：在测量过程中，为防止试管内液体局部过冷，我们往往会把搅拌器转子转速调的很高，从而导致液体 飞溅到管壁或活塞上，这样会导致测量那个过程中实际液体体积小于计算时所用值，导致误差。D.温度测量误差：温度计探头位于液体中下部，而实际上试管内液体温度分布是不可能绝对均匀的，即使已将搅拌器转 子转速调的很高，因此在对温度进行测量时存在一定的误差。E.数据的误差在实验中我们在最低温度之前采取30s记一个数，在最低温度之后则10s记一个数，而在后续的实验处理中我发现，在最低点之前的数基本是没有什么作用的，而

17、在最低点之后，由于产生晶体后，溶液结晶 速度非常快，所以所能得到的实际有用的数很少，起不到好的拟合数据的作用，存在误差。3 . 改进方法：对于上述误差，我认为很通过以下方法有所改进：A.将转移完尿素的测量纸用分析天平测量三次，取均值，与之前测得尿素质量求差， 作为实际尿素质量。B.调整合适的搅拌器转速，尽量不使溶液飞溅。C.采用电脑记数的方法，提高记数频率，数据多了，也就便于拟合了。4结论1 .利用凝固点降低法可以测量物质的相对分子质量，本实验测得尿素相对分子质量为65.304g/mol,与文献值60.050g/mol,相对误差为 8.75%。2 .凝固点降低是稀溶液具有依数性的一种表现。5参

18、考文献1 .基础物理化学实验，贺德化、麻英、张连庆，高等教育出版社，2008;2 .物理化学，朱文涛，清华大学出版社，1995。6附录1 .实验中所配溶液浓度，太浓或太稀都会使实验结果产生较大的误差，为什么？答：因为依数性凝固点降低公式：ATf =KfbB是在理想稀薄溶液或者理想溶液的假设前提下推导出的，只有浓度较低时才可能近似满足这一条件，所以不适用于浓溶液。又因为可以看到 ATf与溶液浓度成正比，若溶液太稀的话，ATf过小，会对测量带来很大的误差，从而使计算结果误差很大。2 .测凝固点时，纯溶剂温度回升后能有一相对恒定阶段，而溶液则没有，为什么？答：纯溶剂两相共存时，自由度f=1 2+1 = 0,为一水平线段，对应纯溶剂的凝固点。故纯溶剂的凝固点只是压力的函数，在压力基本不变的情况下，凝固点是一个定值，所以会有最后的