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萘的摩尔质量。
2．掌握用贝克曼法测定溶液凝固点降低的方法。
3．能熟练地调节和使用精密电子温差测量仪。
4．训练间接误差计算方法。
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∆T f与溶质质量摩尔浓度b B之间的关系：
（1）
或（2）
由此可导出计算溶质摩尔质量M B的公式
（3）
以上几式中，
——分别为纯溶剂、溶液的凝固点，K；
m A、m B——分别为溶剂、溶质的质量kg;
K f一一溶剂的凝固点下降常数,K·kg·mol-1 ;
M B——溶质的摩尔质量，kg·mol-1.
若已知K f，测得∆T f，便可用(3)式求得M B。也可由(2)式通过∆T f-m B，线性回归以斜率求得M B。
凝固点降低的测定方法有下列几种：
1．平衡法
这是最准确的方法。先测纯溶剂的液体和因体两相平衡的温度，再测溶液与纯溶剂固体两相平衡的温度，同时取一定量平衡时之液相，分析其浓度。
2．Rast法
樟脑的K f值特别大，因此很容易得到较大的∆T f,，这样便可用普通温度计测定凝固点降低。
3．贝克曼法〔即过冷法)
本实验即采用此法。
过冷法是将液体逐渐冷却，当液体温度到达或稍低于其凝固点时，由于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。若此时加以搅拌或加入品种，促使晶核产生，则大量晶体会很快形成，并放出凝固潜热，使系统温度迅速回升。温度上升的最高点即为凝固点。对纯溶剂来说，在定压条件下凝固点是固定不变的，因为此时自由度为0，见图4—1(a)，待纯溶剂全部凝固后温度才会下降。而溶液的凝固点则不是一个恒定值。若将溶液逐步冷却，其冷却曲线与纯溶剂冷却曲线不同，见图4—1(b)。因此测量溶液凝固点时，决不能过冷太多。如过冷很多则应测出冷却曲线，按图4—1(b)所示的方法进行校正。
三、仪器与药品生产厂家南大万和
详见/_d269356633.htm /product_view.asp?id=59
1.FPD-2A凝固点降低试验装置：
JDW-3F精密温差测量仪 FPD-2A凝固点（冰点仪）搅拌装置，凝固点下降专用玻璃，南京大学应用物理研究所专用实验软件
2.FPD-3A凝固点降低试验装置：
JDT-4B精密温度温差测量仪（含加接口）FPD-2A凝固点（冰点仪）；搅拌装置，凝固点下降专用玻璃，南京大学应用物理研究所专用实验软件
3.FPD-3B凝固点降低试验装置：
FPD-3B凝固点降低试验装置；搅拌装置，凝固点下降专用玻璃，南京大学应用物理研究所专用实验软件
4.FPD-4A凝固点降低试验装置（半导体制冷）：
FPD-4A凝固点降低试验装置（半导体制冷）；南京大学应用物理研究所专用实验软件
凝固点降低实验装置1套；精密电子温差测量仪、普通温度计(0一25℃)各1支；25m1移液管1支；分析天平l台，放大镜1个。
分析纯的苯、萘。
四、实验步骤
1．调节精密电子温差测量仪
按照附录中仪器3的方法调节精密电子温差测量仪，使纯苯的凝固点5．5℃位于精密电子温差测量仪的3。附近。
2．安装实验装置
图4—2为凝固点降低实验装置。冰水浴槽中装入三分之二的冰和三分之一的水，使浴槽温度在2℃以下。用移液管取25ml分析纯的苯放入内套管里。注意冰水面要高于内套管中的苯液面。将精密电子温差测量仪擦干插入内套管，检查搅拌棒，使它能上下自由运动而不摩擦温度计。
3．测定纯溶剂苯的凝固点
先测近似凝固点。将内套管直接浸入冰水浴中，快速搅拌。当液温下降几乎停顿时，取出内套管，放入外套管内继续搅拌，记下最后稳定的温度值，即是近似凝固点。不必重复。
取出内套管，不断搅拌，用手微热，使结晶完全熔化。将内套管在冰水中浸一下后立即放入外套管内，快速搅拌，此时苯液温度下降。当温度降至凝固点以上0.2℃时停止搅拌，液温继续下降。过冷到凝固点以下0.5℃时迅速搅拌，温度先下降后迅速上升，用放大镜读出稳定的最高温度，即为苯的凝固点。重复测定，直到取得三个偏差不超过± 0.005℃的数据为止。
4．测定溶液的凝固点
用分析天平称量约0.3g的萘片，放入内套管并搅拌．使萘片全部溶解。同上法先测定溶液的近似凝固点，再准确测定凝固点。测定过程中过冷不得超过
0.2℃。
苯液用毕须倒入回收瓶。
5．苯的密度
苯的密度可以下面的经验公式计算
ρ/（kg·m-3）=900.05-1.0636×（t/℃）＋0.0376×10－3×（t/℃）
五、关键操作及注意事项
1．实验所用的内套管必须洁净、干燥。调好精密电子温差测量仪后一定要先擦去水银球上的水，然后再插入已经冷却的内套管。
2．苯易挥发，对结果有较大影响，因此要先做好准备工作再移液，并要马上盖好塞子。
3．冷却过程中的搅拌要充分，但不可使搅拌桨超出液面，以免把样品溅在器壁上。
4．结品必须完全熔化。在熔化过程中切勿使精密电子温差测量仪温升过高、水银球超过顶端。
六、数据处理
1．计算萘的摩尔质量，并与文献值比较，求其百分误差。若误差超过±3％，实验须重做。注意精密电子温差测量仪测出的∆T f要校正。校正方法见附录中仪器3。
2．考虑称量、移液和温度测量三项误差来源，进行误差计算，并分析主要误差来源。
七、思考与讨论
1．原理中计算公式的导出作了哪些近似处理，如何判断本实验中这些假设的合理性?
2．本实验所使用的测温仪器精密电子温差测量仪的设计思想是什么?请提出其它测温方案。
3．测定溶液凝固点时若过冷程度太大对结果有何影响？溶液系统和纯溶剂系统的自由度各为多少？
4．外套管的功用是什么?
参考文献：南京大学出版社物理化学实验复旦大学物化实验山东大学物化实验南京南大万和科技有限公司官方网站
