凝固点降低法测定物质的相对分子质量纯萘环己烷.docx

1、凝固点降低法测定物质的相对分子质量纯萘环己烷华南师X大学实验报告课程名称 物理化学实验 实验项目 凝固点降低法测相对分子质量【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测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的相对分子质量。3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。4掌握贝克曼温度计的使用方法。【实验原理】1、凝固点降低法测分子量的原理 化合物的分子量是一个重要的物理化学参数。用凝固点降低法测定物质的分子量是一种简单而又比较准确的方法。稀溶液有依数性，凝固点降低是依数性的一种表现。稀溶液的凝固点降低（对析出物是纯溶剂的体系）与溶液中物质的摩尔分数的关系式为：Tf= T

2、f*Tf= Kfm (1)式中，Tf*为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点，m为溶液的质量摩尔浓度，Kf为溶剂的凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。表一给出了部分溶剂的凝固点降低常数值。如环己烷的Kf=20 Kkg/mol，萘的Kf= 6.9Kkg/mol。 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/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95Kf/(Kkgmol-1)1.863.905.122039.36.914.4若称取一定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g)，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度mB为:mol/

3、kg (2)式中，MB为溶质的相对分子质量，将(2)式代入(1)式，则：g/mol (3)若已知某溶剂的凝固点降低常数Kf值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值Tf，即可计算溶质的相对分子量MB。2、凝固点测量原理 纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存时的平衡温度。若将纯溶剂缓慢冷却，理论上得到它的步冷曲线如图中的 A , 但实际的过程往往会发生过冷现象，液体的温度会下降到凝固点以下，待固体析出后会慢慢放出凝固热使体系的温度回到平衡温度，待液体全部凝固之后，温度逐渐下降，如图中的B。 图中平行于横坐标的CD线所对应的温度值即为纯溶剂的凝固点 Tf*。溶液的凝固点是该溶液的液相与纯溶剂的固相平衡共存

4、的温度。溶液的凝固点很难精确测量，当溶液逐渐冷却时，其步冷曲线与纯溶剂不同，如图中III 、IV 。由于有部分溶剂凝固析出，使剩余溶液的浓度增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在下降，冷却曲线不会出现“平阶”，而是出现一转折点，该点所对应的温度即为凝固点（III曲线的形状）。当出现过冷时，则出现图IV的形状，此时可以将温度回升的最高值近似的作为溶液的凝固点。3、测量过程中过冷的影响在测量过程中，析出的固体越少越好，以减少溶液浓度的变化，才能准确测定溶液的凝固点。若过冷太甚，溶剂凝固越多，溶液的浓度变化太大，就会出现图中 V 曲线的形状，使测量值偏低。在过程中可通过加速搅拌、控制过冷温度，加

5、入晶种等控制冷,同时需要按照图中曲线V所示的方法校正。【仪器药品】1.仪器：凝固点测定仪1套； 贝克曼温度计；普通温度计(050)；移液管(25mL)1支；洗耳球；烧杯； 2.试剂：纯萘（AR）；环己烷（AR），密度为0.7780.779g/mL；碎冰 【实验步骤】1.接好传感器, 插入电源。2.打开电源开关，温度显示为实时温度，温差显示为以20为基准的差值（但在10以下显示的是实际温度）。3.锁定基温选择量程：将贝克曼温度计插入水浴槽，调节寒剂温度低于测定溶液凝固点的2-3，此实验寒剂温度为34，然后将空气套管插入槽中，按下锁定键。4.用25ml移液管准确移取25ml 环己烷加入凝固点测定试

6、管中，橡胶塞塞紧，插入贝克曼温度计。5.将凝固点试管直接插入寒剂槽中，均匀搅拌，此时环己烷的温度逐渐下降，然后略有回升，直至温度显示稳定，此时温度就是环己烷的初测凝固点。6.取出凝固点测定试管，用手捂住管壁使环己烷熔化，再次插入寒剂槽中，缓慢搅拌，当温度降低到高于初测凝固点的0.5度时，迅速将试管取出、擦干，插入空气套管中，记录温度显示数值。每10秒记录一次温度。7.重复第6步平行再做2次。8.溶液凝固点测定：称取0.3 g 萘片加入凝固点测定试管，待完全溶解后，重复以上6、7步骤。9.实验结束，拔掉电源插头。【实验数据与处理】1.实验数据记录（1）粗测环己烷近似凝固点：6.4 表2 凝固点降

7、低过程中精测环己烷凝固点的数值序号环己烷（1）/环己烷（2）/环己烷（3）/17.3827.5457.42927.187.4577.20936.9847.3697.04846.7937.2856.956.6347.2046.78866.5397.1296.69876.5047.0536.62386.4956.9846.56696.4916.9156.524106.4876.8496.495116.4856.7916.489126.4816.7276.488136.4776.6736.485146.4746.6136.481156.4716.5546.481166.4696.5026.47917

8、6.4676.456.477186.4646.4286.476196.4626.4476.474206.466.4646.473216.4576.4726.469226.4736.468236.4766.467246.4746.467256.47266.468276.468286.464296.465（2）粗测环己烷+萘溶液近似凝固点：4.8表3 凝固点降低过程中精测环己烷+萘溶液凝固点的数值序号环己烷+萘（1）/环己烷+萘（2）/环己烷+萘（3）/16.3276.6896.36626.0176.6376.20535.8176.4196.0745.6556.2665.95255.5326.09

9、25.85965.4515.975.7775.3795.8595.68385.2585.7665.60395.2035.6795.524105.1555.5825.447115.0965.5035.381125.0465.4215.327134.9985.3435.263144.9485.2685.202154.9045.2025.15164.8555.1595.101174.8015.0935.051184.7625.0485.013194.7174.9984.974204.6814.9454.935214.654.8794.895224.6264.8364.847234.5884.7944

10、.818244.734.786254.6984.758264.6844.718274.6484.691284.6084.667294.5774.635304.5394.62314.4614.594324.4254.581334.4184.565344.405354.385364.2572.实验数据处理（1）各样品的冷却曲线图由图可得，环己烷的凝固点Tf1=6.502由图可得，环己烷的凝固点Tf2=6.490由图可得，环己烷的凝固点Tf3=6.493由图可得，环己烷+萘溶液的凝固点Tf=4.425（第一、二次测量数据所作的图难以观察到凝固点，因此只取用第三次测量的数据）（2）由环己烷的密度（=0

11、.778g/mL），计算所取环己烷的重量WA 。环己烷质量为：WAV 25.000.77819.45 g（3）将实验数据列入表2中表 2 凝固点降低实验数据物质质量/g测量值/平均值/Tf/环己烷19.456.5026.4952.076.4906.493萘0.36164.4254.425（4）根据式(3)，由所得数据计算萘的分子量，并计算与理论值的相对误差。Kf20 Kkg/mol ，g (200.3616)(2.0719.45)103179.63 g/mol查文献可得：萘的相对分子质量为128.18 ，经计算相对误差为 40.1%。【实验结果与讨论】本实验结果的相对误差为 40.1%，造成误

12、差如此大的原因可能有：1.在恒压条件下纯溶剂体系只要两相平衡共存就可达到平衡温度，但实际上只有固相充分分散到液相中，也就是固液两相的接触面相当大时，平衡才能达到。如凝固点管置于空气套管中，温度不断降低达到凝固点后，由于固相是逐渐析出的，此时若凝固热放出速度小于冷却所吸收的热量，则体系温度将不断降低，产生过冷现象。这时应控制过冷程度，采取突然搅拌的方式，使骤然析出的大量微小结晶得以保证两相的充分接触，从而测得固液两相共存的平衡温度。为使过冷状况下大量微晶析出，实验中应规定一定的搅拌方式。对于两组分的溶液体系，由于凝固的溶剂量多少会直接影响溶液的浓度，因此控制过冷程度和确定搅拌速度就更为重要。本实

13、验由于仪器固定了搅拌速度，在过冷是没有充分搅拌，没有控制好过冷程度，对实验的结果产生一定误差。2.冰槽的很难控制在理想的温度，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点，本实验在测量萘时冰槽温度已较高，导致实验也产生误差。【实验评注与拓展】（1）本实验成功的关键点：1.搅拌速率。2.冰水浴寒剂温度控制，测环己烷控制在4.5-3.5 左右，要搅拌，温度均匀；测环己烷+萘，寒剂控制在2.5-1.5 左右，搅拌均匀。3.精测的开始温度控制在粗测凝固点以上的0.5 左右。如7.1，5.0开始。4.每个凝固点测定3次，共6次，凝固点求平均值，再求凝固点的降低。（2）拓展凝固点降低是稀溶液的依数性之一，

14、降低值的多少直接反映溶液中溶质有效质点的数目。如果溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和生成络合物等情况，均影响溶质在溶剂中的表观分子量。因此，凝固点降低法还可用来测定弱电解质的电离度、溶质的缔合度、活度及活度系数等。另外，利用凝固点降低这个性质，在科研中还可用来鉴定物质的纯度及求物质的熔化热，在冶金领域还可配制低熔点合金。【提问与思考】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，降温速度要减慢，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X围小于0.006以内，保证测定值得精确 根据什么原则考虑加入溶质的

15、量？太多或太少影响如何？答：根据稀溶液依数性X围确定，太多不符合稀溶液，太少凝固点下降不明显。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。影响凝固点精确测量的因素有哪些？答：溶液过冷程度控制；冰水浴温度控制在3。50C左右；搅拌速度控制，温度升高，快速搅拌；溶剂溶质精确测量，浓度不能太高。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，缔和使结果变小，由于溶质出现这种情况，凝固点下降公式已不适用，所以测定结果没有意义。【参考文献】1 何广平等编著.物理化学实验.：化学工业，2007.122 傅献彩等编著.物理化学.第五版.：高等教育，2005.73 贺德华等.M基础物理化学实验.：高等教育，2008