凝固点降低法测定摩尔质量

1、凝固点降低法测定摩尔质量林茜妍2008011908 化82 （同组人：张琬露）实验日期：2011年3月24日提交报告日期：2011年3月24日实验教师：江寅1引言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:=Tf =Tf -Tf =Kf X)B其中，=Tf为凝固点降低值， Tf*、Tf分别为纯溶剂、溶液的凝固点，bB为溶液质量摩尔浓度，Kf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mB的溶质溶于

2、质量为 mA的溶剂中而构成，则上式可写为:式中:KfTf = KfM = KfM xmA103mB汀m溶剂的凝固点降低常数（单位为KLkgLmoL）；M 溶质的摩尔质量（单位为gLmol）。汀f，利用上式即可如果已知溶液的 Kf值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值 求出溶质的摩尔质量。常用溶剂的Kf值见下表。表2-7-1 常用溶剂的Kf值溶齐U*Tf /KKf / Kkgmo水273.151.853苯278.6835.12萘353.4406.94环己烷279.6920.0樟脑451.9037.7环己醇279.69439.3实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶剂如图2-7-1所示，将

3、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（4（

4、b）图2-7-1 溶剂和溶液的步冷曲线2实验操作2.1实验用品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（-20- 100C）、分析天平（公用）、秒表2.药品环己烷（分析纯） 萘（分析纯）2.2实验条件实验室温度：T0 =17 c2.3实验步骤1. 仪器装置仪器装置如图2-7-2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25ml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。i硝城样器湫试管左温浚传感器丘网緒子图

5、2-7-2 凝固点降低实验装置图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 0.005 C 的值。取其平均值作为溶剂环己烷的凝固点。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 ）的萘

6、，注意不要粘于管壁上 （可 先将萘压成片）。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6C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每15秒记录一个值，到最高点，将最高点温度记录下来（用此点估算萘的摩尔质量）。此后再恢复到半分钟记录一个值，记录67个点，实验结束。环己烷溶液倒入回收瓶。2.4注意事项1 实验所用大试管必须洁净、干燥。温度探头冲洗干净，用滤纸擦干。2 环己烷易挥发，移液完成后马上盖好塞子。3.搅拌要充分，但也不可以使液体溅到器壁或橡皮塞上。4 结晶必须完全融化后，再进行下一次实验。5冷阱

7、内要干燥，实验前应擦干。冷阱与大试管间不要直接接触。3结果与讨论3.1原始实验数据1.两组分质量：奈的质量：mB -0.1503g ；环己烷密度：、/(g cm) =0.7971-0.9285 10珂r =0.781g/ml ； 体积：V=25ml 从而得到环己烷的质量mA =V = 19.525g2.纯溶剂凝固点原始数据时间010203040506016.5386.5406.5406.5406.5416.5416.54026.5646.5646.5656.5646.5646.5616.56236.5546.5556.5556.5526.5506.5486.546由上述结果计算出均值，得到下表

8、，选择第一组和三组数据的平均值作为溶剂的凝固点。序号凝固点T/ C平均值16.54026.5636.54636.551所以，环己烷纯溶剂的凝固点为：T=6.546 273.15 = 279.696K3.萘-环己烷溶液凝固点测量：测量萘-环己烷凝固温度对时间 t的变化值，当温度降至 6C时开始，每隔30秒记录一 次温度，当温度降至最低点注意记录数值和时间，开始回升后依然每隔30秒记录一个值，到最高点时，再将最高温度记录下来，此后依然每隔30秒记录一个值，记录 7个。按照记录的温度和时间数据做出降温曲线图。曲线的前半段和后半段都将近似成直线，将后半段直线反推延长与前半段直线相交，得到交点对应的温度

9、即为萘-环己烷溶液的凝固点。t/sT/ C06.079305.981605.886905.7961205.7111505.6301805.5552105.4812405.4122705.3463005.2833305.2243605.166362(t min)5.160(T min)3905.285405( t ma* 5.288(T maR4205.2864505.2794805.2745105.2685405.2625705.2566005.2506.25图1溶液中温度随时间的变化曲线 再将直线拟合外推求得 Tf *值700该表为T随t变化的原始数据，将表格中的数据作图得到下图2 6 8

10、6 46555度温y=-0.0002x+5.3673100200300400500600时间t(s)图2溶液温度随时间的变化曲线的外推情况 所得直线方程为y=-0.0002x+5.36732R =0.9992R=0.9996估计交点坐标为(289.2，5.3096)Tf 值为 Tf =5.31CTf =6.546 5.310 =1.236K3.2数据结果的处理Kf =20.0K Kg mol,m0.1500g ； mA -19.55g ；-1.236K因此可以计算得到萘的摩尔质量:Kf103mBEmA-20.03100.15031.236 19.525= 124.56g/mol由文献值得到萘的

11、摩尔质量为：128.16g/mol相对误差为:124.56-128.16128.16100% = 2.8%【分析】关于溶剂的凝固点的测定， 虽然最后的平均值和文献数值比较接近，但各组的实验数据相差比较大，可能与实验条件下的准确值存在一定的误差。而在对溶液步冷曲线的测定中，到达最高点后的线性也非常理想，但是交点数值的读取可能存在不合理性，导致最后带入计算公式后得到萘的摩尔质量与文献值相差比较大。下次会努力寻找新的方法解决这一问题。3.3误差分析及注意事项1考虑称量、移液和温度测量（交点坐标估算也存在误差，但不好衡量）三项误差来源, 计算结果的相对误差（分别用平均误差和标准误差表示）。由于M二K

12、f103mB103mBK fLTf mA=TfV平均误差计算:（E）简单处理取、2 （0.001 环二 3.742 10= 5.42 10 0.542%込丄二2=00空空.3744mBV：Tf0.1503 25.001.236标准误差计算方式:103. ：mBf、2K，TfPV 丿/3弋肌r1124.56、(828.74 0.0003)2(-4.982 0.01)2(100.78 3.742 10)2-3.45 100.345%2. 环己烷、萘粉含有其他杂质，由于依数性，这些杂质对对凝固点有影响，但是影响是非常小的，几乎可以忽略。但是内套管一定要干燥，否则就会形成水-环己烷-萘三组分系统， 就

13、不满足依数性的公式了。3实验中磁子的转速、以及数字温度计探头的位置对实验有一定的影响，尤其是磁子的转 速，直接影响到散热的速度。所以本实验在测量过程中最好保持平行三组实验的磁子转速相 同。与杂质影响相同，磁子以及温度计位置对实验的影响都很小，可以忽略。4数据处理时拟合直线，将后半段直线反向延长取交点，算出交点。这样得出的交点的纵 坐标才是真正的萘-环己烷混合液凝固点。4.参考文献1清华大学化学系物理化学实验编写组.物理化学实验.北京：清华大学出版社，1991. 45532朱文涛物理化学（上册）北京：清华大学出版社，1995.1901925思考题1.实验中所配溶液浓度，太浓或太稀都会使实验结果产

14、生较大的误差，为什么？Tf KfbB是在理想稀薄溶液的假设前提下推导出的，所以不适用于浓溶液。而若溶 液太稀的话，.-：Tf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？因为对于纯溶剂来说， 测定凝固点时影响的只有温度，而对于溶液来说，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。3. 为什么会产生过冷现象？液体在凝固时，首先要析出细小的晶体颗粒，而小颗粒由于表面张力，存在附加压力， 固体颗粒越小，其凝固点越低，所以液体在开始凝固时，需要比凝固点更低的温度，就会出现过冷现象。4原理中计算公式的导出作