物化实验报告-凝固点实验报告

1 凝固点的测定凝固点的测定 物化试验得好好做 一 实验目的一 实验目的 1 明确溶液凝固点的定义及获得凝固点的正确方法 2 掌握凝固点降低法测分子量的原理 加深对稀溶液依数性的理解 3 掌握贝克曼温度计的使用 4 测定环己烷的凝固点降低值 计算萘的相对分子质量 二 实验原理二 实验原理 物质的相对分子质量是了解物质的一个最基本而且重要的物理化学数据 其测定方法 有多种 凝固点降低法成的物质的相对分子质量是一个简单又比较准确的方法 凝固点降 低是稀溶液的一种依数性 这里的凝固点是指在一定压力下 溶液中纯溶剂开始析出的温 度 由于溶质的加入 使固态纯溶剂从溶液中析出的温度比纯溶剂的凝固点下降 f T f T 其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比 即 ff TTT f f T mK f 式中 为凝固点降低值 m 为溶质质量摩尔浓度 为凝固点降低常数 它与溶剂的 f T f K 特性有关 表 1 给出了部分的溶剂凝固点降低常数值 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 若称取一定量的溶质 g 和溶剂 g 配成稀溶液 则此溶液的质量摩尔浓度 B W A W 为 B m mol kg 3 AB B B 10 WM W m 2 式中 为溶质的相对分子质量 则g mol B M 3 Af Bf B 10 WT WK M 若已知某溶剂的凝固点降低常数值 通过实验测定此溶液的凝固点降低值 即可 f K f T 计算溶质的相对分子量 B M 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 对溶液 固 液两相共存时 自由度f 2 2 1 1 温 度仍可下降 但由于溶剂凝固时放出凝固热 使温度回升 回升到最高点又开始下降 所 以冷却曲线不出现水平线段 此时应加以校正 本实验通过测定纯溶剂与溶液的温度与冷却时间的关系数据 绘制冷却曲线 从而得 到两者的凝固点之差 Tf 进而计算待测物的摩尔质量 三 仪器与试剂三 仪器与试剂 仪器 仪器 凝固点测定仪 贝克曼温度计 普通温度计 0 50 移液管 50mL 烧杯 试剂 试剂 环己烷 AR 萘 AR 冰 四 实验步骤四 实验步骤 1 1 将传感器插入后面板上的传感器 将 220V 电源插入后面板上的电源插座 打开电源 开关 此时温度显示窗口显示初始状态 实时温度 温差显示窗口显示以 20 为基温 的温差值 2 2 将传感器放入冰槽中 并在冰浴槽中放入碎冰 自来水 将冰浴槽温度调至 3 5 将 空气套管插入冰浴槽内 同时按下 锁定 键 锁定基温选择量程 3 3 用移液管吸取 25mL 环己烷放入干净 烘干的凝固点测量管中 同时放入小磁子 将温 度传感器插入橡胶塞中 然后将橡胶塞塞入凝固点测量管 塞紧 4 4 将凝固点测定管直接插入冰槽中 观察温差仪的温差显示窗口显示值 直至温差显示 3 窗口显示值稳定不变 此即为纯溶剂的初测凝固点 5 5 取出凝固点测定管 用掌心握住加热 待凝固点测定管内结冰完全熔化后 将凝固点 测定管直接插入冰浴槽中 缓慢搅拌 当环己烷温度降至高于初测凝固点 0 7 时 迅 速将凝固点测定管取出 插入空气套管中 即时记下温差值 调节调速旋钮缓慢搅拌 使温度均匀下降 间隔 15 秒记下温差值 当温度低于初测凝固点时 调整调速旋钮加 速搅拌 使固体析出 温度上升时 调整旋钮继续缓慢搅拌 直至温度不再变化 持 续 60s 即显示差值极为纯溶剂的凝固点 6 6 溶液凝固点的测定 做完纯溶剂凝固点测量 取出凝固点测定管 使管中固体完全熔 化后 放入 0 23g 萘 并使其完全溶解于环己烷中 用前面的凝固点粗测方法和精确 测定方法测量 记录数据 7 测定完成后 关闭电源 清洗测定管 摆好仪器 五 实验数据与处理五 实验数据与处理 1 1 精测环己烷凝固点 精测环己烷凝固点 3 3 组 组 第一组 第一组 表表 2 精测环己烷凝固点时间精测环己烷凝固点时间 温度记录 温度记录 10s 一次 温度 一次 温度 次数12345678910111213 温度 7 5517 3587 1947 0856 9496 9086 886 7726 696 726 746 766 791 次数14151617181920212223242526 温度 6 7926 7966 7956 7966 7866 7876 576 7146 6826 6356 666 6536 616 4 由图可得 环己烷的凝固点是 6 796 第二组第二组 表表 3 3 精测环己烷凝固点时间精测环己烷凝固点时间 温度记录 温度记录 10s10s 一次 温度 一次 温度 次数123456789101112 温度 8 2917 8827 4086 8586 7256 7136 776 8136 856 8616 8596 862 次数131415161718192021222324 温度 6 8566 8576 8486 6466 8396 8156 7846 7796 7486 7196 6686 641 由图可得 环己烷的凝固点是 6 851 时间 t s 温度 5 第三组第三组 表表 4 4 精测环己烷凝固点时间精测环己烷凝固点时间 温度记录 温度记录 10s10s 一次 温度 一次 温度 由图可得 环己烷的凝固点是 6 75 2 2 精测加萘后环己烷 三组精测加萘后环己烷 三组 第一组第一组 表表 5 5 精测加萘后环己烷 精测加萘后环己烷 溶液凝固点时间溶液凝固点时间 温度记录 温度记录 10s10s 一次 温度一次 温度 次数123456789101112 温度 8 1157 687 1867 0366 8756 8116 7916 7516 7386 6896 6616 667 次数1314151617181920212223 温度 6 76 756 7566 7586 7596 766 7386 6396 66 566 42 时间 t s 6 次数123456789101112 温度 7 2315 5055 2044 9964 8414 7524 7234 7044 6984 7124 7164 726 次数131415161718192021222324 温度 4 7364 7384 7394 7414 7384 7144 6864 6714 5694 5114 414 269 由图可知 萘与环己烷混合溶液的凝固点是 4 749 第二组第二组 表表 6 6 精测加萘后环己烷 精测加萘后环己烷 溶液凝固点时间溶液凝固点时间 温度记录 温度记录 10s10s 一次 温度一次 温度 次数1234567891011 温度 6 2395 7465 3034 0184 8494 7254 6984 654 6524 714 723 次数12131415161718192021 温度 4 7324 7314 7344 7024 6614 6344 6114 6014 5824 558 时间 t s 7 由图可知 萘与环己烷混合溶液的凝固点是 4 742 第三组第三组 表表 7 7 精测加萘后环己烷 精测加萘后环己烷 溶液凝固点时间溶液凝固点时间 温度记录 温度记录 15s15s 一次 温度一次 温度 次数12345678910 温度 6 5265 5315 0024 9184 8334 7914 7454 7114 6694 609 次数11121314151617181920 温度 4 5844 6684 6794 6594 6254 6214 6114 5684 5124 41 8 由图可知 萘 环己烷混合液的凝固点是 4 668 3 3 结果计算 结果计算 查阅文献可知 纯环己烷的凝固点约为 6 6 环己烷 萘混合液的凝固点约为 4 8 根据数据处理可得环己烷以及环己烷 萘的混合液的凝固点 如下表 凝固点 123平均值 T 环己烷 6 7966 8516 75 6 799 烷 萘混合液 4 7424 748 4 668 舍掉 4 7452 014 1 环己烷密度 d 0 778g cm3 环己烷质量 W环 V d 0 778 25 g 19 45g 2 称取萘的质量为 0 23g 2 014 0 23g 19 45g 1 T B W A W 0 20 f K 将上面数据代入中 得到测量值 124 12g mol 3 Af Bf B 10 WT WK M 萘 M 查阅文献 真实值 128 18 g mol 相对误差 2 80 萘 M 时间 t s 温度 9 六 实验结果讨论与分析 六 实验结果讨论与分析 一 查文献可得 萘的相对分子质量为 128 18g mol 本实验中的结果为 124 12g mol 结果偏低 相对误差为 2 80 误差偏高原因分析误差偏高原因分析 1 测量仪器精密度存在限制 这对所测溶液的浓度有假定要求 因而 实验测得溶质摩 尔质量会随着溶液浓度改变而改变 如果采用外推法 可以获得比较准确摩尔质量数 据 而本实验并非采用此法 所以所得摩尔质量数值相对此法所得数值偏差较大 2 测量过程存在系统随机 误差 1 实验仪器的误差 仪器温度的读数与环境实际温 度存在单向的偏差 实验的时候没有校正 这带来偏差 2 寒剂的过冷程度的调节 因为冰熔解过程会造成温度变动 而反应要求的温度在一定范围内 测量整过过程寒 剂温度可能过高或过低温度存在变动 3 搅拌的程度会对溶液温度产生影响 而本 实验采用人工搅拌 人工搅不能总是一样地要求的速度搅拌 并且测溶剂与溶液凝固 点时搅拌条件并不能一致 这会造成偏差 4 粗测和精测采用的是同一份溶液 这 期间探头需要交替测量溶液和环境的温度 部分被测溶液被带出试管 造成被测溶液 的量产生误差 七 注意事项七 注意事项 1 凝固点的确定较为困难 先测一个近似凝固点 精确测量时 在接近近似凝固点时 降 温速度要减慢 到凝固点时快速搅拌 2 千万不要过冷 若过冷太甚 凝固的溶剂过多 溶液的浓度变化过大 所得凝固点偏低 3 因为在本实验中 搅拌速度的控制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一致 但是每次的搅拌速度快慢一致很难做到 会 产生误差 再者冰槽的很难控制在理想的温度 在测量时会有细微跳动 过高会导致冷却 太慢 过低则测不出正确的凝固点 导致实验也产生误差 4 用凝固点降低法测相对分子质量只适用于非挥发性溶质且非电解质的稀溶液 10 5 插入贝克曼温度计不要碰壁与触底 八 思考题 八 思考题 1 为什么要先测近似凝固点 答 因为凝固点的确定比较困难 先测一个近似凝固点 精确测量时 在接近近似凝固点 时 降温速度减慢 到凝固点时快速搅拌 先测近似凝固点 可以在测后面凝固点时减小 误差 使误差范围小于 0 006 以内 保证测定值得精确 2 根据什么原则考虑加入溶质的量 太多或太少影响如何 答 根据稀溶液依数性范围确定 太多不符合稀溶液 太少凝固点下不明显 3 测凝固点时 纯溶剂温度回升后有一恒定阶段 而溶液则没有 为什么 答 从相律分析 溶剂与溶液的冷却曲线不同 对纯溶剂两相共存时 自由度 f 1 2 1 0 冷却曲线出现水平线段 对溶液两相共存时 自由度 f 2 2 1 1 温度仍可 下降 但由于溶剂凝固时放出凝固热 使温度回升 但回升到最高点又开始下降 所以冷 却曲线不出现水平线段 4 溶液浓度太浓或者太稀对实验结果有什么影响 为什么 答 凝固点降低法测定摩尔质量只适用于稀溶液 因为只有稀溶液才具有依数性 浓度大 了 溶质分子间就会有相互作用 实际表现出来的粒子数目与真正的粒子数目会有偏离 凝固点降低公式就不再适用 不好校正 需要重新称量固体溶解或将先前配好的溶液稀释 后再重新做实验 而浓度太稀 会造成称量相对精密度变小 使误差变大 5 当溶质在溶液中有离解 缔合和生成配合的情况时 对其摩尔质量的测定值有何影响 答 由于凝固点下降公式是对于理想溶液和浓度很小的稀溶液 要求溶质在溶剂中只存在 一种形式 如果溶质有解离 缔和 溶剂化和形成配合物时 那么溶液中溶质的浓度就变 了 公式中溶质的质量摩尔浓度也变了 必然影响测定结果 一般解离使结果变大 缔和 使