凝固点降低法测定摩尔质量宋予晴/2011030014 生14 周小玉实验日期：20130413，提交报告日期：2013041x李琛1 引言（简明的实验目的/原理）【1】1.1 实验目的：1) 用凝固点降低法测定尿素的摩尔质量2) 学会用不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：ΔTf=Tf*-Tf=Kf×bB式中ΔTf为凝固点降低值；Tf*、Tf分别为纯溶剂、溶液的凝固点；bB为溶液的质量摩尔浓度，Kf为凝固点降低常数如果稀溶液是由质量为mB的溶质溶于质量为mA的溶剂中而构成，则上式可写为：ΔTf=Kf×103mBMB×mA即MB=Kf⋅103mBΔTfmA式中Kf为溶剂的凝固点降低常数（单位为K⋅kg⋅mol-1）；MB为溶质的摩尔质量（单位为g⋅mol-1）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ΔTf，利用上式即可求出溶质的摩尔质量本实验中用到的溶剂水的Kf=1.853 K∙kg∙mol-1实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差对于纯溶剂如下图(a)所示，将溶剂逐渐降低至过冷（由于新相形成需要一定的能量，故晶体并不析出），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，凝固点式固定不变的，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剂来说，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，这是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，如图(b)所示方法，外推至Tf校正2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图数字温度/温差计（-12-12℃，0.001℃），冷阱，大试管，移液管（25mL），磁力搅拌器，可制冷超级恒温槽（-20-100℃），分析天平 实验装置图蒸馏水，尿素2.2 实验条件（实验温度、湿度、压力等）室温、标准大气压2.3 实验操作步骤及方法要点【2】1) 仪器装置 将恒温槽温度调至-6 ºC左右，通入冷阱用移液管移取25 mL去离子水，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2) 溶剂凝固点的测定 观察数字温度计，当温度降至1 ºC时，打开秒表，每半分钟记录一次温度值。
当温度降低到最低点后，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拭，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±0.006 ºC的值取其平均值作为溶剂水的凝固点3) 溶液凝固点的测定 取出大试管，在管中加入0.4 g左右（准确到 0.0002 g）的尿素，注意不要粘于管壁上（可先将尿素压成片）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溶解，然后按装置图将仪器装好观察数字温度计，当温度降至1 ºC时，打开秒表，每半分钟记录一次温度值，当温度降至最低开始回升后（晶体析出），注意观察，将最高点温度记录下来此后再记录6～7个点，实验结束3 结果与讨论 3.1 原始实验数据称取尿素的重量 = 0.4078g t/sT1/℃T2/℃T3/℃T4/℃T5/℃T尿素/℃00.9730.9770.9690.9250.9800.997300.8790.9080.8980.8460.9000.929600.7990.8320.8290.7710.8210.868900.7130.7650.7620.6950.7470.8021200.6260.6980.6950.6230.6740.7391500.5480.6320.6280.5530.6040.6771800.4700.5680.5650.4840.5320.6152100.4000.5060.5020.4160.4650.5562400.3310.4410.4380.3500.3990.4962700.2640.3790.3790.2830.3330.4373000.1980.3170.3200.2190.2690.3793300.1340.2600.2630.1560.2070.3213600.0700.2030.2050.0950.1480.2653900.0090.1470.1500.0350.0910.207420-0.0520.0910.097-0.0240.0330.155450-0.1100.0360.043-0.082-0.0200.102480-0.168-0.014-0.008-0.137-0.0760.048510-0.225-0.066-0.06-0.193-0.130-0.004540-0.279-0.116-0.110-0.247-0.182-0.053570-0.334-0.167-0.158-0.302-0.233-0.1016000.177-0.214-0.207-0.351-0.283-0.1486300.266-0.261-0.255-0.4000.238-0.1946600.289-0.307-0.302-0.4540.256-0.2406900.305-0.336-0.349-0.5090.260-0.2867200.3170.2380.2130.1940.258-0.3297500.3270.2540.2630.2350.256-0.3737800.3210.2500.2620.2390.255-0.4158100.3070.2500.2650.2410.255-0.4568400.3000.2480.2640.2430.253-0.4978700.3060.2470.2660.2430.253-0.5379000.3190.2470.2660.244-0.5759300.3110.2450.2650.245-0.6149600.3250.245-0.6519900.3120.245-0.68810200.3220.245-0.72510500.314-0.75810800.322-0.794-0.826-0.859-0.891-0.922-0.954-0.985-1.015-1.046-1.074-1.102-1.130-1.157-1.184-1.210-0.370-0.313-0.309-0.308-0.309-0.309-0.309-0.309-0.310-0.310凝固点0.2480.2450.254加粗为最后选用的3组测量溶剂凝固点的数据。
3.2计算的数据、结果T2/℃-步冷曲线T4/℃-步冷曲线T5/℃-步冷曲线溶剂的凝固点Tf*=0.249℃T尿素/℃-步冷曲线溶液的凝固点Tf=-0.308℃由此得ΔTf=0.557℃进而得到MB=Kf⋅103mBΔTfmA=1.853×1000×0.40780.557×25=54.27g/mol3.3讨论分析测得的尿素摩尔质量MB=54.27g/mol，实际的尿素摩尔质量应为MB=60.05g，相对误差=9.63%实验过程中，第一次测得的溶剂凝固点存在问题，主要原因是，包裹用纸未插入大试管和冷阱之间，导致冷阱与大试管有接触，温度降速过快，没有恒定温度平台出现另外，应当使结晶在室温下搅拌过程中全部融化，再进行下次实验实验开始时，为使温度降速增快，可以将大试管放入冰水混合物中降温，同时搅拌大试管中的蒸馏水和冰水混合物4 结论实验测得的尿素摩尔质量MB=54.27g/mol5 参考文献【1】贺德华，麻英，张连庆.基础物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，2008.【2】补充材料：凝固点降低法测定摩尔质量（修改）6 附录（计算的例子、思考题等）1) 实验中所配的溶液浓度太大或太稀都会使实验结果产生较大的偏差。
为什么？浓度太大时，溶液不再严格符合依数性；而浓度太低时，凝固点降低不明显，温差较小，会使得相对误差增大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？因为当溶液温度回升后，不断析出溶剂晶体，导致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？由于新相形成需要一定的能量，故晶体并不在第一次到达凝固点时析出4) 原理中计算公式的导出做了哪些近似处理，如何判断本实验中这些假设的合理性？在凝固点时由平衡关系可以得到实验原理中的凝固点降低公式是将此浓度下的尿素水溶液看作理想溶液（符合Raoult定律）而导出的若要验证实验原理的近似是否合理，可考察尿素水溶液的相图，定量计算其偏离Raoult定律的程度若偏离较小，则假设合理，可用此方法测定尿素的摩尔质量。