凝固点降低测定摩尔质量

北京理工大学物理化学实验报告凝固点降低法测定摩尔质量班级：09111101实验日期：2013-5-7一、实验目的及要求1）用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。2)掌握精密电子温差仪的使用方法。二、实验原理非挥发性溶质二组分溶液，其稀溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种表现。根据凝固点降低的数值，可以求溶质的摩尔质量。对于稀溶液，如果溶质和溶剂不生成固溶体，固态是纯的溶剂，在一定压力下，固体溶剂与溶液成平衡的温度叫做溶液的凝固点。溶剂中加入溶质时，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低。那么其凝固点降低值ΔTf与溶质的质量摩尔浓度b成正比。Tf=Tf0－Tf=Kfb 式中：Tf0纯溶剂的凝固点、Tf浓度为b的溶液的凝固、Kf溶剂的凝固点降低常数。若已知某种溶剂的凝固点降低常数Kf，并测得溶剂和溶质的质量分别为mA,mB的稀溶液的凝固点降低值Tf，则可通过下式计算溶质的摩尔质量MB。 式中Kf的单位为K·kg·mol-1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。 图1纯溶剂和溶液的冷却曲线 图2外推法求纯溶剂和溶液的凝固点溶液的凝固点是该溶液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。本实验采用外推法来求凝固点。三、仪器与试剂凝固点管、凝固点管塞、凝固点管的套管、小搅拌杆、大搅拌杆、水浴缸、精密电子温差仪、水浴缸盖、温度计、移液管25ml、洗耳球 天平（0.0001g）、锤子、毛巾、滤纸、冰块、环己烷（A.R.）、萘（A.R.）四、实验步骤1）检查测温探头，可以用环己烷清洗测温探头并晾干。可以闻到很强的刺激性，此为环己烷的气味。2）准备冰块，用布包好，用木锤砸成碎块备用。按下图所示将仪器安装好。4）纯溶剂环己烷凝固点的测定：记录此时室温，取25.00ml环己烷放入洗净干燥的凝固点管中，将精密温差仪的测温探头插入凝固点管中。将凝固点管直接放入冰水浴中，将搅拌器调至慢档均匀缓慢地搅拌。观察温度变化，当温度显示基本不变或变化缓慢时，按精密温差仪的“设定”按钮，此时温差仪显示为“0.000”，也就是环己烷的近似凝固点。可以发现开始温度下降慢慢变慢，最后稳定在一定的数值上。5）将凝固点管从冰水浴中拿出，用毛巾擦干管外壁的水，用手温热凝固点管使结晶完全熔化，将凝固点管放入作为空气浴的外套管中，将搅拌器调至慢档均匀缓慢地搅拌。等温度下降至6-7开始定时读取并记录温度，温差仪每30s鸣响一次，读取记录温度值。温度由下降较快变为基本不变后，再继续操作、读数约10min。重复本步骤1次。现象：在记录数据时发现，温度先将越来越慢，整体趋势是先快速下降，然后缓慢下降，之后会有短暂的快速上升，最后在1.000℃左右稳定。还可以发现用搅拌器搅拌冰水浴之后温度明显下降，说明水浴温度并不均匀。溶液凝固点的测定：精确称取萘0.1127g，小心加入到凝固点管中的溶剂中，用手捂热并搅拌使其完全溶解。待萘完全溶解形成溶液后，将凝固点管放入作为空气浴的外套管中，将搅拌器调至慢档均匀缓慢地搅拌。定时读取记录温度，温差仪每30s鸣响一次，可依此定时读取温度值。温度由下降较快变为基本不变时，再继续操作、读数约10min。重复本步骤1次。现象：温度变化的趋势和测纯的环己烷凝固点一样，但是最终温度更低。实验完毕，将环己烷溶液倒入回收瓶，整理试验台。五、数据处理记录环境温度为25.8℃。计算室温25.8℃时环己烷的密度如下：ρ=0.7742g根据环己烷的密度，求得实验中所用的环己烷的质量。m实验数据记录如下，表中加粗部分为做拟合直线所用数据。表一、纯溶剂环己烷凝固点的测定（第一组）时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃011.2708103.96516201.42824301.0683010.8818403.82216501.38624601.0676010.4918703.68316801.36424901.0679010.1149003.55117101.32025201.0671209.7329303.42117401.26725501.0671509.3729603.30217701.25025801.0661809.0009903.18418001.22126101.0672108.66810203.07218301.20226401.0662408.33110502.96318601.14826701.0682708.01510802.86218901.13727001.0673007.70211102.76319201.11227301.0673307.40211402.66719501.09327601.0673607.11611702.52219801.09027901.0673906.84012002.38620100.99828201.0674206.57212302.29920400.98728501.0674506.32012602.18920700.97628801.0674806.07112902.10521000.93029101.0675105.83613202.03521300.92029401.0675405.61113501.95721600.90829701.0675705.39913801.87021900.93230001.0676005.19414101.80022200.95230301.0676304.99214401.73722500.99430601.0676604.80114701.67722801.04330901.0676904.61915001.62123101.05831201.0677204.44515301.58323401.06631501.0677504.27815601.51723701.0677804.11915901.48724001.066现象：开始温差仪数字改变比较均匀，在36min是出现最小值，之后温度上升，最后文在在1.067℃。表二、纯溶剂环己烷凝固点的测定（第二组）时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃06.2348702.41117400.89726101.046305.8659002.34117700.93826401.048605.6959302.26318000.95026701.050905.4359602.18618300.95627001.0521205.2549902.10618600.96027301.0541505.22610202.03218900.95927601.0601805.06410501.95519200.96127901.0642104.86910801.87819500.96428201.0732404.68911101.78819800.96928501.0732704.51611401.70020100.97028801.0743004.35211701.61020400.97429101.0763304.19812001.52920700.97629401.0753604.05012301.44621000.98029701.0743903.91012601.37821300.98230001.0754203.78012901.30921600.98430301.0744503.66113201.25321900.99130601.0734803.54513501.19522200.99630901.0745103.42613801.15322501.00331201.0765403.31214101.10322801.00631501.0755703.20014401.06923101.01231801.0746003.09814701.02623401.01632101.0746303.01515001.00323701.02332401.0746602.93515300.97124001.02332701.0746902.86015600.96224301.02333001.0747202.79015900.94124601.02833301.0747502.68616200.94224901.03033601.0747802.59616500.93225201.03233901.0748102.54016800.93525501.03934201.0748402.48217100.92225801.040现象：第二组实验室整个温差的变化比较平缓，在出现最小值之后上升不如第一次实验那么明显，缓慢上升。可能是由于冰融化，冰浴温度上升了。表三、溶液凝固点的测定（第一组）时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃04.4765700.3561140-0.3821710-0.777304.1606000.2371170-0.4061740-0.798603.8626300.1301200-0.4221770-0.818903.5766600.0351230-0.4501800-0.8421203.302690-0.0641260-0.4631830-0.8601503.038720-0.1591290-0.4851860-0.8821802.789750-0.2271320-0.4891890-0.9022102.536780-0.2811350-0.5271920-0.9242402.308810-0.3251380-0.5401950-0.9462702.083840-0.3541410-0.5691980-0.9643001.870870-0.3741440-0.5902010-0.9873301.663900-0.3841470-0.6142040-1.0083601.470930-0.3901500-0.6352070-1.0283901.281960-0.3741530-0.6542100-1.0514201.107990-0.2731560-0.6742130-1.0714500.9401020-0.2881590-0.6932160-1.0924800.7821050-0.3171620-0.7152190-1.1135100.6301080-0.3381650-0.7362220-1.1345400.4921110-0.3501680-0.7562250-1.155现象：温差开始变化比较平缓，开始基本匀速下降，温差出现一个极小值后，温差迅速上升，之后便开始匀速下降。表四、溶液凝固点的测定（第二组）时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃时间/s温差/℃06.6135401.4391080-0.3001620-0.322306.1865701.3351110-0.3221650-0.33605.8136001.2061140-0.3291680-0.344905.4436301.0861170-0.3351710-0.3551205.0936600.9381200-0.3411740-0.3661504.7486900.7831230-0.3441770-0.3761804.4077200.6431260-0.3401800-0.3882104.0537500.5121290-0.3351830-0.3982403.7017800.3881320-0.3271860-0.412703.4588100.2691350-0.3181890-0.4223003.2118400.1651380-0.3001920-0.433302.9778700.1091410-0.2911950-0.4443602.7209000.0431440-0.2841980-0.4543902.491930-0.0221470-0.2852010-0.4654202.241960-0.0971500-0.2742040-0.4764502.000990-0.1651530-0.2892070-0.4874801.8131020-0.2201560-0.3065101.6271050-0.2711590-0.311现象：这次实验温差变化平缓，不像上一次出现很明显的极小值，开始和最后温差均匀下降，这一点可以从实验图像中看出。从两次实验数据和图像比较可以得出，随着并的融化过冷现象不再明显。根据实验数据做∆T~t图像，并做直线拟合如下：图一、纯溶剂环己烷凝固点的测定（第一组）图二、纯溶剂环己烷凝固点的测定（第二组）图三、溶液凝固点测定（第一组）图四、溶液凝固点测定（第一组）六、实验数据计算分析查表得：K经过直线拟后合，纯溶剂环己烷冷却曲线后部分趋势线与冷却