物化实验报告

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1、物理化学实验报告创作：欧阳理武汉大学凝固点降低法测定摩尔质量一、实验目的用凝点阵依法测定某未知物的摩尔质量 学会用步冷曲线对溶液凝点进行校正 通过本实验了解掌握凝点阵依法测定摩尔时间：2021.03.051.2.3.质量的原理，加深对稀溶液依数性的理解。二、实验原理稀溶液具有依数性，凝点阵低是依数性的一种表 现，它与溶液质量摩尔浓度的关系为：其中，ATf为凝点阵低值，Tf、丁/分别为纯溶剂、溶液 的凝点，bB为溶液质量摩尔浓度，气为凝点阵低常 数，它只与所用溶剂的特性有关。如果稀溶液是由质量 为mB的溶质溶于质量为mA的溶剂中而构成，则上式可写 为:103 mM = K BfAT m(*)溶剂

2、的凝点阵低常数(单位为即式中:K-kg-mol-1)m溶质的摩尔质量(单位为g/mol)o如果已知溶液的 气值，则可通过实验测出溶液的凝点阵低值ATf，利用上式即可求出溶质的摩尔质量。实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶 剂如图1 （a）所示，将溶剂逐渐阵低至过冷（由于新相 形成需要一定的能量，故结晶并不析出），温度阵低至 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。对于纯修剂来说， 在一定压力下，凝固点是固定不变的，直到全部液体凝 固成固体后才会下阵。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

3、断析出溶剂晶体，所以溶液的浓 度逐渐楮大，凝固点会逐渐阵低。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，应测出步冷曲线，接下一页图 1（b）所示方法，外推至Tf校正。图1溶制和溶波的步冷曲线三、实验装置，仪器及操作3.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图1. 仪器精密数字温度计玻璃搅拌棒恒温浴槽 冷阱大试管 移液管（25ml）分析天平计算机2. 药品待测药品蒸馏水3. 测试装置示意图（见下图）图2凝固点降低法测定摩尔质量实验装置示意图3.2实验条件表2

4、实验条件实验温度（C）大气压（kPa）_20.0 _ _101.253.3实验操作步骤及方法要点1，接装置图将凝固点仪装置安装好。2. 分层加入足量的冰块和食盐组成冰盐浴。3. 打开精密数字温度计开关。打开计算机，打开计算 机，打开其中“凝固点”软件窗口。点击“开始绘 图”，计算机即开始读取温度计该数，并且给每次该数 编号。同时在左半部分温度一时间图中自动画出温度随 时间变化图。4. 测定纯溶剂（水）的凝固点，用移液管取25ml蒸馏水 直接浸入冰盐浴中搅拌，但需要控制温度，不要使水在 管壁结成块状晶体，较渐变的方法是将凝固管从冰浴中 交替的取出和浸入。开始结晶时，先将凝固管外冰水擦 干，然后插

5、入空气套管中搅拌（也可之间放入冰盐浴中 进行搅拌，但需要控制冷却的温度）在温度回升至最高 且保持平衡时（此时温度计该数最少1520个点基本保 持不变），点击“停止绘图”停止实验并以excel格式保 存所得到的实验数据。完成一组实验后，用手温热凝固 管，使环己烷晶体全部溶化，重新置凝固管于冰浴中，如上法操作重复进行三次。如果在测量过程中过冷现象 比较严重，可加入少量晶种，促使晶体析出，温度回 升。5. 取出大试管，用分析天平秤取 0.10g左右（准确到 0.0001g）的未知物质加入到凝固管内，注意不要粘于管 壁，使其溶解，同上法测定溶液的凝固点并重复测定三 次。3.4实验注意事项注意注意过冷过

6、程和搅拌速度！四、实验数据记录及绘图 五计算的数据、结幕利用冷却曲线计算溶液凝固点Tf为得到准确的溶液凝固点，将溶液凝固后温 度回升又下阵的部分做反向延长钱，与开始的温 度下阵线相交，分别选取钱性程度较好的有效数 据区进行线性拟合，所得到两条直线的交点即为 溶液的凝固点。结果如下图3所示：图3步冷曲钱有效数据区线性拟合结果。取开始温度下阵段和再阵温段进行钱性拟合， 所得直钱的交点即为所求溶液的凝固点。根据实验测量所得到的结果，分别计算拟合曲钱的方 程并联立得到溶液凝固点的温度值：组别温度下降段方程温度稳定段方程凝 固点C平均值C纯水1Y=-0.0128x+1.8981Y=0.0002x- 0.

7、1247-0.09358-0.09174纯水2Y=-0.0536x+1.1922Y=0.0004x- 0.0895-0.08000纯水3Y=-0.0120x+1.0413Y=0.0003x- 0.1302-0.10163待测 溶液1Y=-0.0419x+1.8673Y=-0.0003x- 0.1848-0.19960-0.20164待测 溶液2Y=-0.0477x+1.7805Y=-0.0004x- 0.1812-0.19779待测 溶液3Y=-0.0431x+1.5853Y=-0.0004x- 0.1909-0.20754综上，用步冷曲钱法得到纯水的凝固点为- 0.09174 C,待测溶液的

8、凝固点为-0.20164 根据凝固点变化计算未知物的摩尔质量利用前述凝固点测定结果，可根据公式(*)，即M _ k I。3mBf ：计算未知物的摩尔质量。由已知：AZ户 T* T= 0.20164C - 0.09174C = 0.1099C = 0.1099KK = 1.84 K-kg-mol-1 将以上数据代入前述计算公式，得 未知物的摩尔质量为Mb= 1.84 x 1000 x 0.1000 / (25.0000x0.1099) = 66.97 g/mol因此由实验测量计算得到的未知物的摩尔质量为 66.97g/mol。六实验讨论分析测定溶质凝固点的测量误差分析：测定溶质凝固点时，对于三组

9、数据进行镁差分析可得:X lx - X平均误差:5=，可得 3 = 1.7931x10-5标准误差：七厂，可得o = 4.2345x10-3因此测量结果精确度可用标准误差表示为：T广- 0.201640.00423(C) 测定溶质(纯水)凝固点过程中产生误差的可能原因 及分析/对溶质的凝点测量彳，产生误差的可能原因如下/ 首先，在测定过程彳的每一次测定的条件可能不 同，从而导致测定结果的误差较大。例如，测定时 虽然我们十分注意仪器的装配，但如果大试管的管 壁不慎碰到了冷阱，很有可能导致所测定的温度不 准确。同时，搅拌器的不均匀或者彳途发生变化可 能导致溶质结晶过程彳各部分的热传导率等物理化 学

10、性质不均一，从而导致测量误差。 测定未知物摩尔质量过程中的产生误差的可能原因及 分析/数据处理中的近似：在推导摩尔质量的计算公式过程 彳，进行了必要的数学近似，例如认为纯修剂的摩尔熔 化焓是常数，Tf*xTf=(Tf)2等。在一般实验条件下，这些 处理虽然不会对实验结果产生显著的影响，但是在测量 过程较为精确时，则可能导致测量结果出现微小的偏 大。实验条件的改变：在测量溶剂和溶液的凝点的时 候，实验条件很可能出现改变，这其彳包括环境因素和 人为因素的影响。比如环境温度的改变导致实验温度的 改变，冷阱彳循环水的温度不稳定也可能导致实验条件 的变化。测量体系的改变：在实验数据的处理过程彳认为测量

11、体系的组成没有变化，但是在实际情况彳，很可能由于 操作原因改变测量体条的组成。具体而言，在加入萘的 时候可能会导致溶质环己烷有微量蒸发，或者在称取萘 的过程中出现的操作失误。这些改变可能使得体系中mA 减小或者mB楮大，从而使得实验结果偏大。测定仪器的误差：测量过程中，精密温度计的数值并 不是很稳定，有时会出现波动现象。此外，在记录过程 中，数据是人为判读和记录的，所以测定的温度值可能 与实际有所差异。这样会导致根据测定数据所作的步冷 曲线与实际曲线有所不同，也可能导致最后测量结果的 误差。 考虑称量、移液和温度测量三项误差来源的误差计算若Y为间接测量值，Xk为直接测量值，则两者之间关系可以表

12、示为：Y= f(Xk)U y a In f 12结果的相对不确定度公式了 = Fax气2称量过程的误差为0.0002g,数字精密温度记测量误差为0.001 C,移液管误差为0.01ml,则有：AT = T * T , U =.,2U 2 = -、2 x 0.001 , M = K m / AT p V f f f ATf 1 Tf B f B f A A从而，称量、移液和温度测量三项误差来源的误差分别为 0.0014, 0.0012 和 0.00040。由结果可知，误差的主要来源是称量和测温过程中所产生的误差。综合以上结果，得：Mb = 66.97x(10.002) =(66.970.13)g

13、/mol上偌论本次实验通过凝固点阵依法测定未知物的摩尔质量，测定结果汇总如下：纯水纯溶剂凝固点：弓*=-009174C。未知物溶液凝固点/ Tf = -0.20164C.未知物的摩尔质量：M/66.970.13g/mol八实验思考题实验中所配溶液浓度，太浓或太稀都会使实验结果产 生较大的误差，为什么?在本次实验中，溶液的浓度应使得测定过程中有部分 溶质凝固析出，但还有一部分剩余溶液，且其浓度应当 保持在一定的值。因此，如果溶液太稀，可能在析出的 时候会完全析出，从而使得测量的凝固点温度不准确。 另一方面，溶液浓度太小会使得凝固点的变化量太小， 从而使实验中的误差对结果的影响很大，造成结果不准

14、确。而如果溶液太浓，首先就会使得溶液的性质不符合 稀溶液的依数性原理，使得计算公式不适用于所测定的 体系，造成较大的实验误差。 为什么会产生过冷现象？在凝固过程中，新生的固相在生成时由于其颗粒直 径很小，比表而能较高，所以体系很难自发地向能量较 高的方向进行。此时即使温度阵低到相变点（凝固点） 以下，相变过程也无法发生，从而导致体系的温度低于 凝固点，即过冷现象（此体系成为过冷液体）。在此状 况下，老体系的能量升至很高或收到外界干扰（比如投 入大小适宜的晶核），液体即会迅速凝固为固体，发生 相变过程。 原理中计算公式的导出作了哪些近似处理，如何判断 本实验中这些假设的合理性？f xfT 旧答：

15、在计算公式的推导过程从 dln 丁节注T出 发，进行了 一下几项近似处理：a）测定溶液符合稀溶液依数性，为理想稀薄溶液 （溶质分子在溶液中的活度近似等于1）。b）纯溶剂的摩尔溶化焓不随温度T变化。c) Tf* Tf=(Tf)2d) 析出的第一粒固体是纯固体实验中溶剂的浓度很小，所以析出的固体可近似 认为是纯固体。溶液可以近似认为是理想稀薄溶液。因为 Tf较小，其变化而导致摩尔熔化热的变化可以 忽略，也因此可以近似认为Tf* Tf=(Tf)2。最终实验 结果与理论值较吻合，说明推导过程中的这些近似是 合理的。九参考文献1张连庆等.步冷曲线法对凝固点阵低测定摩尔质量的改进.大学化学.北京：大学化学编辑部,2006.第21卷.第二期.5456.H W Salzberg,et al. Physical chemistryM. New York:Macmillan Publishing Co.,1978:106