物理化学实验b-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陈其乐2009011876化92 （同组：张圣夫）实验日期：2012年3月21 r,提交报告h期：2012年3月21 r带实验的助教姓名：王冬老师1引言1.1实验目的l1.1用凝固点降低法测定蔡的摩尔质量l1.2学会用步冷曲线对溶液凝固点进行校正13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=t；_tf=kfxbb其屮，47；为凝固点降低值，t；、7分别为纯溶剂、溶液的凝固点，九为溶液质量摩尔浓度，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加的溶质溶于

2、质量为加人的溶剂小而构成，则上式可写为:式屮:1000伽mxma10叽“t严a溶剂的凝固点降低常数（单位为kjcgumor' ）；溶质的摩尔质量（单位为g3nol ）o如果已知溶液的k/值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值atr利用上式即可求出溶 质的摩尔质塑。常用溶剂的k/值见下表。常用溶剂的（值烷醇 剂 己脑己 溶水苯蔡环樟环tf/kkf/(k kg mof1)273.151.853278.683 5.12353.440 6.94279.6920.0451.9037.7279.694 39.3实验屮，要测暈溶剂和溶液的凝固点z差。对于纯溶剂如图271所示，将溶剂逐渐降低至过 冷（

3、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 成吋，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。如把回升的最尚点温度作为凝固点，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2-7-1 (b)所示

4、方法, 外推至弓校正。(a)(b)图1溶剂和溶液的步冷曲线2实验操作2.1实验用品2仪器数字温度/温差计(1212°c, 0.002°c)冷阱 大试管 移液管(25ml) 磁力搅拌器 可制冷超级恒温槽(-20-100°c)分析天平(公用) 秒表2. 1. 2药品尿素2. 2实验条件表2：实验条件温度/v压力/kpa湿度/%19.0101.4941.52. 3实验步骤2. 3. 1仪器装置仪器装置如图2-7-2所示，将恒温槽温度调至-6°c左右，通入冷阱。在室温下，用移液管 移取25泊坏己烷，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

5、。 调整磁力搅拌器转速旋钮至适当旋转速度，保持恒定。图2凝固点降低实验装置图2. 3. 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岀。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。収出大试管，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，直到取得两个偏差不超过± 0. 005°c 的值。取其平均值作为溶剂水的凝固点。2. 3. 3溶液凝

6、固点的测定取出大试管，在管中加入0. 4000g （准确到0. 0002g）的尿素，注意不要粘于管壁上（可 先将蔡压成片）。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1°c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10秒记录一个值，到最高点，将最高点温度记 录下來（用此点估算尿素的摩尔质量）。此后再恢复到半分钟记录一个值，记录67个点， 实验结束。3结果与讨论3.1原始实验数据3.1.1水的凝固点测定我们一共测定了三组水的凝固点，第一组数据降温过快不太正常，并且没有记录完整。因此这里就列

7、 出所记录的第二组和第三组数据。表3：水的凝固点测定第一次第二次时间/min 蔽 时间/min 蔽时间/min时间/min蔽/5c/5c/吋/5c0,000. 39311'00-0.587o' 000. 3868' 30-0. 0080'300. 33811'30-0.627o' 300. 3759f 00-0. 038r000.28112'00-0. 665l'oo0. 3579' 30-0. 0541'300. 22912' 30-0. 6981'300. 33110' 000.4162

8、'000. 18213, 00-0. 7222' 000. 29710' 100.5182' 300. 12913' 30-0.7532' 300.27610' 200. 5423'000. 08114' 00-0.7863' 000. 23910, 300. 5583' 300. 02414' 30-0.8163'300.21110' 400. 5714' 00-0. 03015'00-0. 9404' 000. 19210' 500. 5774&#

9、39; 30-0. 06815, 300. 4584' 300. 16311'000. 5845'00-0. 11315' 400. 5065'000. 130ir io0. 5925, 30-0. 16615' 500. 5335'300. 11811'200. 5986' 00-0. 20816, 000. 552& 000. 08711'300. 5996' 30-0. 2471& 100. 5676' 300. 0761t400. 6027' 00-0. 28616,

10、 200. 5777' 000. 05211'500. 6067' 30-0. 33016' 300. 5867' 300. 02112'000. 6088'00-0. 37016'400. 5958'000. 0008' 30-0. 40616, 500. 6029' 00-0. 44117'000. 6089' 30-0. 47517, 100.61210' 00-0. 50517'200. 62310, 30-0. 5423.1.2尿素溶液凝固点的测定尿素溶液凝固点的测

11、定一共进行了两组。第一组的数据出现了明显异常，造成了将近100%的误差。 因此这里只列出第二组数据。对于第一组误差的讨论见后。表4：尿素溶液凝固点的测定时间/in in温度/°c时间/min温度厂co'000. 1836' 30-0.238o'300. 1567'00-0.269l'oo0. 1297'30-0.273l'3o0.0957'400. 0372' 000.0627' 500. 1262'300.0308'000. 1443'00-0. 0048' 100. 1

12、513' 30-0. 0438'200. 1534'00-0. 0768'300. 1544' 30-0.1078'400. 1525' 00-0.1388' 500. 1525' 30-0.1729' 000. 1506'00-0. 20332计算的数据、结果3.2.1水的凝固点的计算将水的凝固点测定数据绘制成图，得到:(p) aln75<ddlu 一7 0 7 o o o- control 1i160.5-time (min)control2iii0 6 12time (min)图2：水在降温时的

13、步冷曲线根据c有数据，得到两组数据测得的水的凝固点:表5：水的凝固点测定组数第一组 第二组凝固点厂c0.6020.598平均凝固点/弋0. 6003.2.2尿素溶液的凝固点计算根据尿素溶液降温时的步冷数据，作出步冷曲线:0.3(p)5bdiu一0.0-0.3-0369time (min)图3：尿素溶液降温时的步冷曲线通过步冷曲线，我们可以观察到尿素溶液在结晶后同样出现了平台，用外推法去求凝固点，如下图所示:(p) ajn-eedlu 一-0.3-i1ivi369time (min)图4：外推法求尿素溶液凝固点3.2.3尿素摩尔质量的计算10mrh公式m = kf r ,其中号=丄&勢用

14、乜肮小7 tfma4me = 0.4000 g ma = 25 q实验测得：爭="00 - q.15o = 9.45q =g将上述参量代入公式，得到：m= 65 怎 ewg?mcl尿素摩尔质量的标准值二60.050 g- xior-因此实验的相对误差为:s5.sg4-6a.as06050-xioa%= 9.g1%3.3讨论分析3. 3. 1实验结果分析本次实验的时间比较长，实验结果的重复性也比较差。我们一共做了五组步冷曲线，其中两组因为操 作问题而造成了很大的偏差。前一组是因为冷阱和器壁相接触，从而使得降温过快且不均匀；造成后一组 数据偏差的原因则不是很明朗，可能是多种误差原因叠加的

15、结果，最后根据实验结果计算出的尿素摩尔质 量相对误差高达100%o当我们融化了晶体重新测定后，得到的结果便理想得多。本次实验屮我们测得的水的凝固点偏高，但是由于重复性比较好，可见是仪器本身的误差所致。而测 得的尿素溶液的凝固点也相应较高。在测定过程中，经常出现长吋间的过冷现象。我们通常采用往体系内加入小冰渣的方法，来提供结品 所需要的核心。加入小冰渣后，溶液的过冷现象马上消失，温度读数出现飞跃，并且迅速达到凝固点的平 台。最后测得的误差为9.81%,还是在可接受范i韦i内的。实验结果的误差分析见后。3.3.2误差因素及消除方法讨论3.3.2.1水的凝固点的测量：客观因素：溶剂步冷曲线的测定难以

16、得到温度真正恒定不变的平台，因此在确定溶剂凝固点时会引入一定的误 差。主观因素：测定过程中溶剂内温度很难保持一致，虽然有转子的搅拌，但还是有一定的温度分布。因此调整温度 计位置、加入小冰渣等过程都会引起温度读数的突变，从而使得步冷曲线失准。3.322尿素的质量称量：由于称量的质量较少，并且在尿素品体的转移过程中，在称量纸上也会造成尿素的残余，可能最终会 导致质量称量的误差。3.3.2.3水体积的误差：加入水的过程会引入水体积的误差。而在测量过程中，调整转子转速后会使得部分水溅到管壁或者活 塞上，导致水的体积减少，这样在整个实验过程中水的体积是有所变化的，但在计算过程中是按一样的体 积计算的，造

17、成了体积称量的误差。3.3.2.4温度测量的误差：因为温度计的探头是出于液体的中下部，所以液体内部温度分布的均匀与否就决定了测量的温度是否 准确。因为很难保证大试管完全位于冷阱正中央，也很难保证转子的转速是最合适，所以温度分布存在梯 度，造成误读测量误差。而且数字温度计本身的读数也不稳定，造成读数的误差。3.3.2.5作图的误差因为溶液的步冷曲线图的数据是每隔30秒测量一次所得，时间间隔较大，很可能在其中的温度变化 被错过，造成数据点的缺失。而且再利用步冷曲线进行外推时，对数据的拟合也存在误差，対两条线交点的坐标值判断也存在误差, 导致通过曲线所得溶液凝固点的数据不准确。3.326实验条件的误

18、差；计算中的水的密度是与实验温度密切相关的，但是实验室温度的记录是在实验开始是记录的，当吋实 验室人很少，温度也较低。随着实验进行，大家排放出的热量势必会使实验室温度升高，所以密度的值也 会改变，造成计算的误差。水和尿素晶体中可能含有其他杂质，由于依数性，这些杂质对对凝固点有影响。4结论4.1稀溶液是有依数性的凝固点降低是依数性的一种表现。4.2利用凝固点降低法可以测量物质的相对分子质量，本实验利用凝固点降低法测得尿素的相对分子质量 为65.884 g/mol,由文献值得到尿素的摩尔质量为60.050 g/mol,相对误差为：9.81%4.3纯溶剂和溶液都有步冷曲线，利用步冷曲线可以计算出凝固

19、点。5参考文献ri贺德化.麻英.张连庆.基础物理化学实验.高等教育出版社.20082朱文涛.物理化学.清华大学出版社.19956附录思考题6.1实验中所配溶液浓度，太浓或太稀都会使实验结果产生佼大的误差，为什么？因为使用的公式：（仇是在理想稀薄溶液或者理想溶液的假设前提下推导出的，只有浓度较 低时才可能近似满足这一条件，所以不适用于浓溶液。又因为可以看到47与溶液浓度成正比，若溶液a 稀的话，过小，会对测量带來很大的误差，从而使计算结果误差很大。6.2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？纯溶剂两相共存时，自由度厂=12+1=0,为一水平线段，对应纯溶剂的凝固点。而溶液两相共存 吋，自由度f=22+1 = 1,因溶液中有溶剂不断凝固析出时，溶液浓度不断增大，温度逐渐降低，没有 相对恒