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1、华南师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】 明确溶液凝固点的定义及获得凝固点的正确方法。 测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的相对分子质量。 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 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：ATf = T,Tf = Kfm(1)式中，Tf*为纯溶剂的
2、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 K.kg/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奈三溴甲烷T*f/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95K/(Kkgmol-i1.863.905.122039.36.914.4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:x 103 mol/kg(2)WBM WBA式中，MB为溶质
3、的相对分子质量，将(2)式代入式，贝V：x103 g/mol(3)KWfB-AT WfA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ATf，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
4、衡共存的温度。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。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（0C50C）；移液管（25mL）l 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20C为基准的差值（但在10C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2-3C，此实验寒剂温度为34C，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
6、25ml 环己烷加入凝固点测定试管中，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
7、记录（1） 粗测环己烷近似凝固点：6.4 C表 2 凝固点降低过程中精测环己烷凝固点的数值序号环己烷（1） /C环己烷（2） /C环己烷（3） /C17.3827.5457.42927.187.4577.20936.9847.3697.04846.7937.2856.956.6347.2046.78866.5397.1296.69876.5047.0536.62386.4956.9846.56696.4916.9156.524106.4876.8496.495116.4856.7916.489126.4816.7276.488136.4776.6736.485146.4746.6136.481
8、156.4716.5546.481166.4696.5026.479176.4676.456.477186.4646.4286.476196.4626.4476.474206.466.4646.473216.4576.4726.469226.4736.468236.4766.467246.4746.467256.47266.468276.468286.464296.465（2）粗测环己烷+萘溶液近似凝固点：4.8C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） /C环己烷+萘（2） /C环己烷+萘（3） /C16.3276.6896.36626.0176.6376.
9、20535.8176.4196.0745.6556.2665.95255.5326.0925.85965.4515.975.7775.3795.8595.68385.2585.7665.60395.2035.6795.524105.1555.5825.447115.0965.5035.381125.0465.4215.327134.9985.3435.263144.9485.2685.202154.9045.2025.15164.8555.1595.101174.8015.0935.051184.7625.0485.013194.7174.9984.974204.6814.9454.93521
10、4.654.8794.895224.6264.8364.847234.5884.7944.818244.734.786254.6984.758264.6844.718274.6484.691284.6084.667294.5774.635304.5394.62314.4614.594324.4254.581334.4184.565344.405354.385364.2572. 实验数据处理由图可得，环己烷的凝固点Tf2=6.490C固点，因此只取用第三次测量的数据)(2)由环己烷的密度(P =0.778g/mL),计算所取环己烷的重量WA o环己烷质量为：WA=V x p =25.00x0.7
11、78 = 19.45 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/c平均值/c T/C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。KWKf=20 Kkg/mol , M = ATf b x 103 g =(20x0.3616)m(2.07xl9.45)xl03 = 179.63 g/molfA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
13、就更为重要。本实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 C左右，要搅拌，温度均匀；测环己烷 +萘，寒剂控制在2.5-1.5 C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 C左右。如7.1C, 5.0C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，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
