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凝固点降低法测定摩尔质量

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.

物理化学实验报告

姓名

班级

学号

日期 2013.3.21 .

. BABfBffffmmMKbKTTT*凝固点降低法测定摩尔质量

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

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。

溶剂中加入溶质是，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低，其凝固点降低值ΔTf与溶质的质量摩尔浓度b成正比。

得出：

以上各式中：ffTT,*分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K。

mA、mB分别为溶剂、溶质的质量，单位kg；

Kf为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质有关，单位K·kg·mol-1；若已知溶剂的Kf值，通过实验测得∆Tf，便可用第二个式子求得MB。 AfBfBmTmKM.

.

本实验确定凝固点采用外推法，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，作曲线后面部分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。其作图原理如下图:

仪器与试剂

凝固点管 凝固点管塞 凝固点管的套管 搅拌器 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 电子天平 锤子 布块 冰块 环己烷 萘 345t/sT/K12t/sΔTT外推凝固点溶液冷却曲线纯溶剂冷却曲线纯溶剂和溶液的冷却曲线 曲线1为理想的纯溶剂凝固过程。

曲线2为实际溶剂的凝固过程，有过冷现象出现。

曲线3在溶液中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。

曲线4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。 .

. 实验步骤

1. 安装实验装置：

实验装置如图。检查测温探头要求洁净，用环己烷清洗测温探头并晾干。冰水浴槽中准备好冰和水，温度最好控制在3.5℃左右。用移液管取25.00ml（或用0.01g精度的天平称量20.00g左右）分析纯的环己烷注入已洗净干燥的凝固点管中。注意冰水浴高度要超过凝固点管中环己烷的液面，将精密电子温差仪的测温探头擦干、插入凝固点管中，注意测温探头应位于环己烷的中间位置，检查搅拌杆，使之能自由转动，不与测温探头和管壁接触摩擦。

2. 纯溶剂环己烷凝固点的测定：

粗测定：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，注意测温探头应位于环己烷液体的中间位置。将凝固点管直接放入冰水浴中，打开搅拌器电源开关，使其转动搅拌。观察温度变化，当温度显示基本不变或变化缓慢时，说明此时液相中开始析出固相，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。

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，至精密温差仪显示约6～7℃，将凝固点管放入作为空气浴的外套管中，均匀缓慢搅拌。定时读取并记录温度，温差仪每30s鸣响一次，可依此定时读取温度值。当样品管里面液体中开始出现固体时，再继续操作、读数约10min。

3. 溶液凝固点的测定： 51426731 玻璃缸2 玻璃套管3 凝固点管4 搅拌器5 搅拌器6 温差仪探头7 冰水浴温度计8 精密温差仪8.

. 精确称取萘0.1034g，小心加入到凝固点管溶剂中，注意不要让萘粘在管壁，并使其完全溶解。注意在使萘溶解时，不得取出测温探头，溶液的温度不得过高，以免超出精密温差测量仪的量程。

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，均匀缓慢搅拌，1～2s一次为宜。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。当样品管里面液体中开始出现固体（固体是环己烷）时，再继续操作、读数约10min。

4. 实验完毕，将环己烷溶液倒入回收瓶。

数据处理

1) 计算室温t℃时环己烷的密度。

室温为17.1℃。根据计算公式 ρ/(g·cm-3)=0.7971-0.8879×10-3t/℃

得ρ=0.782(g·cm-3)

2) 列表记录时间～温度数据，并画出纯溶剂和溶液的步冷曲线，用外推法求凝固点。然后求出凝固点降低值Tf ，计算萘的摩尔质量。

由图1可知测得相对凝固点为-0.024K；

由图2可知测得相对凝固点为-0.027K；

由图3可知测得相对凝固点为-0.800K；

则纯溶剂的平均相对凝固点为（-0.024+-0.027）/2=-0.026K；

∆Tf=-0.026-（-0.800）=0.774K；

查表的Kf=20.0 K·kg·mol-1；

其中mA=ρ*V=0.782*25.00=19.6g；

mB=0.1034g

根据公式得MB=1000*20.0*0.1034/（0.774*19.6）=136g/mol；

查表可知萘的摩尔质量为128.18g/mol

相对误差为（136-128.18）/128.18*100%=6.10%

溶剂凝固点测定数据及冷却曲线

1

时间 温度 时间 温度 时间 温度

30 8.344 690 1.667 1350 -0.051

60 7.904 720 1.482 1380 -0.054

90 7.466 750 1.303 1410 -0.058

120 7.056 780 1.131 1440 -0.062

150 6.667 810 0.96 1470 -0.067

180 6.266 840 0.805 1500 -0.072

210 5.904 870 0.659 1530 -0.076

240 5.556 900 0.51 1560 -0.081

270 5.219 930 0.368 1590 -0.086

300 4.887 960 0.235 1620 -0.091 .

. 330 4.566 990 0.103 1650 -0.096

360 4.26 1020 -0.024 1680 -0.102

390 3.954 1050 -0.139 1710 -0.106

420 3.704 1080 -0.234 1740 -0.111

450 3.434 1110 -0.218

480 3.184 1140 -0.149

510 2.934 1170 -0.102

540 2.702 1200 -0.075

570 2.478 1230 -0.061

600 2.262 1260 -0.053

630 2.058 1290 -0.05

660

1.864 1320 -0.049

溶剂凝固点测定数据及冷却曲线

2

时间 温度 时间 温度 时间 温度

30 3.938 750 -0.261 1470 -0.135

60 3.713 780 -0.274 1500 -0.141

90 3.43 810 -0.215 1530 -0.146

120 3.188 840 -0.156 1560 -0.151

150 2.93 870 -0.116 1590 -0.154

180 2.687 900 -0.092 1620 -0.157

210 2.455 930 -0.078 1650 -0.162

240 2.23 960 -0.072 1680 -0.166

270 2.024 990 -0.069 1710 -0.17

300 1.822 1020 -0.064 1740 -0.174 .

. 330 1.633 1050 -0.063 1770 -0.178

360 1.454 1080 -0.066 1800 -0.183

390 1.274 1110 -0.07 1830 -0.185

420 1.109 1140 -0.075 1860 -0.189

450 0.954 1170 -0.08 1890 -0.194

480 0.798 1200 -0.084 1920 -0.199

510 0.654 1230 -0.089 1950 -0.203

540 0.513 1260 -0.095 1980 -0.207

570 0.383 1290 -0.1

600 0.254 1320 -0.106

630 0.134 1350 -0.112

660 0.024 1380 -0.117

690 -0.078 1410 -0.124

720 -0.176 1440 -0.13

溶液凝固点测定数据及冷却曲线

时间 温度 时间 温度 时间 温度 温度 时间 温度 时间

30 3.804 780 -0.372 1530 -0.871 2280 -1.013 3030 -1.103

60 3.577 810 -0.469 1560 -0.877 2310 -1.028 3060 -1.107

90 3.334 840 -0.562 1590 -0.833 2340 -1.033 3090 -1.108

120 3.091 870 -0.65 1620 -0.888 2370 -1.035 3120 -1.109

150 2.856 900 -0.737 1650 -0.894 2400 -1.037 3150 -1.112

180 2.64 930 -0.818 1680 -0.902 2430 -1.04 3180 -1.115

210 2.434 960 -0.895 1710 -0.907 2460 -1.043 3210 -1.107

240 2.222 990 -0.971 1740 -0.912 2490 -1.046 3240 -1.119

270 2.018 1020 -1.044 1770 -0.917 2520 -1.048 3270 -1.12

300 1.831 1050 -1.119 1800 -0.92 2550 -1.05 3300 -1.122

330 1.646 1080 -1.18 1830 -0.926 2580 -1.052 3330 -1.124

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凝固点降低法测定摩尔质量

凝固点降低法测定摩尔质量

凝固点降低法测定摩尔质量

一．实验目的

1．用凝固点降低法测定尿素的摩尔质量。

2．掌握固点降低法测摩尔质量的原理。

二．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非挥发

性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值

∆Tf（即纯溶剂和溶液的凝固点之差）与溶质质量摩尔浓度bB之间的关

系：

（1）

由此可导出计算溶质摩尔质量MB的公式：

（2）

以上各式中：，分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K；mA、mB分别为

溶剂、溶质的质量，单位kg；Kf为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质

有关，单位K·kg·mol-1；MB为溶质的摩尔质量，单位kg·mol-1。

若已知溶剂的Kf值，通过实验测得∆Tf，便可用式(2)求得MB。也可

由式(1)通过∆Tf－mB的关系，线性回归以斜率求得MB。表1给出了几种

溶剂的凝固点降低常数值。

表1 几种溶剂的凝固点降低常数值

溶剂水醋酸苯环己烷环己醇萘三溴甲烷

T*f/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95

Kf/(K·kg·mol-1)1.863.905.122039.36.914.4

通常测定凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，使其结晶。但是，实

际上溶液冷却到凝固点，往往并不析出晶体，这是因为新相形成需要一

定的能量，故结晶并不析出，这就是所谓过冷现象。然后由于搅拌或加

入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝。

溶剂和溶液的冷却曲线如图所示。

结晶，由结晶放出的凝固热，使体系温度回升。

从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂，固－液两

相共存时，自由度f=1-2+1=0，冷却曲线出现水平线段，其形状如图

1(1)所示。对溶液，固－液两相共存时，自由度f=2-2+1=1，温度仍可

凝固点降低法测摩尔质量

凝固点降低法测摩尔质量

1

【实验名称】凝固点降低法测摩尔质量

【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：

*×

ffffBTTTKb

其中，

fT为凝固点降低值，*

fT、

fT分别为纯溶剂、溶液的凝固点，

Bb为

溶液质量摩尔浓度，

fK为凝固点降低常数，它只与所用溶剂的特性有关。如果

稀溶液是由质量为

Bm的溶质溶于质量为

Am的溶剂中而构成，则上式可写为：

1000

×

×B

ff

Am

TK

Mm即下式：

310

B

f

fAm

MK

Tm

（*）

式中：

fK——溶剂的凝固点降低常数（单位为K•kg•mol-1

）；

M——溶质的摩尔质量（单位为g/mol）。

如果已知溶液的

fK值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值

fT，利用

上式即可求出溶质的摩尔质量。

通常测凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，但冷却到凝固点，并不析出晶体，

往往成为过冷溶液。然后由于搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固

热，使体系温度回升，当放热与散热达到平衡时，温度不再改变。此固液两相共

存的平衡温度即为溶液的凝固点。

图1 溶剂（1）与溶液（2）的冷却曲线 2

【仪器药品】

1.仪器

SWC-LGe自冷式凝固点测定仪；移液管25 mL；分析天平；吸耳球。

2.药品

环已烷，萘。

【实验步骤】

1. 打开制冷系统电源、制冷、循环开关，设定制冷温度为 -2℃；同时打开凝固

点测定仪电源开关与观察窗口。

2. 用移液管准确移取25mL环己烷于干燥的样品管中，塞上样品管盖（带搅拌杆

与传感器）。

3. 双击电脑桌面“凝固点多机通讯实验系统”；点“是”链接一台；点击“设置”

菜单，选择通讯口为COM3；在下面的实验参数中选择“环己烷”。

4. 初测样品的凝固点

当制冷系统达到设定温度并稳定一段落时间（一般10

分钟）后，将样品管从空气套管

中取出（如有结冰请用手心将其焐化），放入制冷系统中的冷却液中，用手动方式不停地快

速搅拌样品。待样品温度降到7～11℃

凝固点降低法测定摩尔质量 2

凝固点降低法测定摩尔质量 2

凝固点降低法测定摩尔质量

1 引言[1]

1．1实验目的

（1）用凝固点降低法测定萘的摩尔质量；

（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：

*ffffB×TTTKb

式中，fT为凝固点降低值，*fT、fT分别为纯溶剂、溶液的凝固点，Bb为溶液质量摩尔浓度，fK为凝固点降低常数，它只与所用溶剂的特性有关。如果稀溶液是由质量为Bm的溶质溶于质量为Am的溶剂中而构成，则上式可写为：

BffBA1000××mTKMm

即

3BBffA10mMKTm

式中：fK为溶剂的凝固点降低常数（单位为1Kkgmol）；BM为溶质的摩尔质量（单位为1gmol）。

如果已知溶液的fK值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值 fT，利用上式即可求出溶质的摩尔质量。

实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶剂如图1（a）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浓度溶液的凝固点。要精确测量，应测出步冷曲线，按图1（b）所示方法，外推至fT校正。

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

DC-2010节能型智能恒温槽 宁波新芝生物科技有限公司， CJ-2磁力搅拌器 北京林元佳业科技有限公司， SWC精密数字温度温差仪，冷阱， 大试管， 移液管（25ml），分析天平（公用）

凝固点降低法测定摩尔质量 3

凝固点降低法测定摩尔质量 3

一、实际实验步骤

1、检查电源，温度传感器接口和电源设备连接的正确性。开启凝固点实验装置电源，设置温度，使基温选择由“自动”变为“锁定”。将基温设置为了20摄氏度。

2、用移液管迅速量取50毫升环己烷，加入提前烘干好的凝固点管，将凝固点管盖和搅拌棒在凝固点管上装配好，小心放入恒温空气夹套中，并将温度传感器放入凝固点管中。

3、连接搅拌器导杆和搅拌棒，搅拌器横向连杆的挂钩钩住搅拌棒上端的圆环，找到合适的位置，使搅拌棒搅拌过程中不与凝固点管之间有摩擦，将搅拌速率调节旋钮先旋转至“慢”。

4、将搅拌速率调节至“快”，观察温度和温差值的变化情况。

5、待观察到温度和温差值相接近时，将搅拌速率调节至“慢”，开始记录数据，每30s记录一次温度和温差的变化数值。

6、保持慢速搅拌，持续记录温差和温度变化，直至样品开始结晶。

7、取出凝固点管，用手捂热，使管内固体完全融化。称取0.2671g萘，投入凝固管中，待其完全溶解后，将凝固管放入恒温空气夹套中并连接好搅拌系统。

8、适当调节温度的数值，当样品温度降低到10摄氏度左右，按锁定键。记录温差和温度的变化。

9、取出样品管，用手捂热，使管内固体完全溶化，溶液倒入废液缸中，将样品管、搅拌棒和温度传感器清洗干净，结束实验。

二、实验药品

50毫升环己烷、0.2671g萘

三、装置图

四、数据记录及处理

1、 环己烷 50毫升 室温：20摄氏度

环己烷密度：ρ（环己烷）=0.7971-0.8879*0.001*T =0.7919-0.8879*0.001*20

=38.9671g

萘的摩尔质量为：M=128.17g/mol m（萘）=0.2671g

表1 环己烷温度温差记录表

时间/s 温度/℃ 温差/摄氏度

30