4.凝固点降低法测定蔗糖的摩尔质量

凝固点降低法测定蔗糖的摩尔质量

一、实验目的

(1) 掌握一种常用的相对分子质量测定方法。 (2) 掌握数字式贝克曼温度计的使用。 (3) 通过实验进一步理解稀溶液理论。 二、实验原理

固体溶剂与溶液成平衡的温度称为溶液的凝固点。含非挥发性溶质的双组份稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点。凝固点降低是稀溶液依数性质的一种表现。当确定了容积的种类和数量后，溶剂凝固点降低值仅取决于所含溶质分子的数目。对有理想溶液，根据相平衡条件，西溶液的凝固点将低于溶液成分与溶液成分关系由范霍夫(van’t Hoff)凝固点降低公式给出

TfR(Tf)2fHm(A)nB

nAnB式中，Tf为凝固点降低值；Tf为纯溶剂的凝固点；fHm(A)为摩尔凝固热；na

和nB分别为溶剂和溶质的物质的量。当溶液的浓度很稀时，nB nBMAmBKfmB TfmHf(A)nAmHf(A)式中MA 为溶剂的摩尔质量；mB 为溶质的质量摩尔浓度;Kf为质量摩尔凝固点降低常数。

如果已知溶剂的凝固点降低常熟Kf，并测得此溶液的凝固点降低值△Tf，以及溶剂和溶质的质量mA、mB ,则溶质的摩尔质量由下式求得

MBR(Tf)2R(Tf)2KfmB (3)

TfmA应该注意，如果溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和配合物形成等情况时，不能简单的理由公式(3)计算溶质的摩尔质量。显然，溶液凝固点降低法可用于溶液热力学性质的研究，例如电解质的电离度、溶质的缔合度、溶剂的参透系数和活度系数等。

纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存时的平衡温度。若将纯溶剂逐步冷却，理论上其冷却曲线(或称步冷曲线)应如图(Ⅰ)所示。但实际过程中往往发生过冷现象，即在过冷而开始析出固体时，放出的凝固热才使体系的温度回升到平衡温度，待液体全部凝固后，温度再逐渐下降，其步冷曲线呈图(Ⅱ)的形状。过冷太甚，会出现如图（Ⅲ）的形状。

溶液凝固点的精确测量，难度较大。当将溶液逐步冷却时，其步冷曲线与纯溶剂不同，见图(Ⅳ)(Ⅴ)(Ⅵ)。由于溶液冷却时有部分溶剂凝固析出，使剩余溶液浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在逐渐下降，出现如图(Ⅳ)的形状。通常发生稍有过冷现

象，则出现(Ⅴ)的形状，此时可将温度回升的最高值近似地作为溶液的凝固点。若过冷太甚，凝固的溶剂过多，溶液的浓度变化过大，则出现(Ⅵ)的形状，测得的凝固点将偏低，影响溶质摩尔质量的测定结果。因此在测量过程中应该设法控制过冷的程度，一般可通过控制制冷剂的温度、搅拌速度等方法来达到。

严格的说，纯溶剂和溶液的冷却曲线，均应通过外推法求得凝固点Tf和Tf。如图（Ⅲ）

曲线应以平台段温度为准。曲线(Ⅵ)则可以将凝固后相得冷却曲线向上外推至液相段相交，并以此交点温度作为凝固点。 仪器 试剂：

凝固点测定仪 一套 烧杯（1000ml） 一只 数字式贝克曼温度计 一台 压片机 一台 温度计 一支 去离子水 移液管（25ml） 一支 蔗糖 碎水

三实验步骤

（一 ）仪器安装

按图将凝固点测定仪安装好。凝固点，数字式贝克曼温度计探头及搅拌均须清洁和干燥，防止搅拌时搅拌棒与管壁或温度计相摩擦。

（二 ）调节寒剂温度

调节冰水的量使寒剂的温度为-0.5摄氏度（寒剂的温度不低于所测定溶液凝固点3摄氏度为宜）。将传感器放入冰槽中，并在冰槽中放入敲碎的冰块和自来水，加入适量的食盐将恒温槽温度控制在低于蔗糖溶液-2～-3摄氏度。

（三） 溶剂凝固点测定

用移液管吸取30ml去离子水放入洗净，烘干的凝固点测定管中。

先将盛有去离子水的凝固点管直接插入寒剂中，上下移动搅拌棒，是统计逐步冷却。当有固体析出时，从寒剂中取出凝固点管，将管外冰水擦干，插入空气套管中，缓慢而均匀的搅拌。观察贝克曼温度计读书，至稳定，此乃去离子水初测凝固点。取出凝固点测定管，用手心握住加入，待水完全融化后将凝固点插入冰槽中。缓慢搅拌，当去离子水降至高于初测凝固点温度0.2摄氏度时，迅速取出擦干出啊如空气管套中。缓慢搅拌使温度均匀下降。当温度低于初测凝固点是，应急速搅拌，是固体析出，温度开始上升，直至回升到稳定。此为去离子水（纯溶剂）凝固点，再重复两次，平均误差小于0.1摄氏度。

（四） 溶液凝固点测定——蔗糖水溶液凝固点测定

取出凝固点测定管，是管中冰完全溶化后，放入事先已称量的1g左右蔗糖。待其完全溶解后，按纯溶剂凝固点测定方法，先测近似凝固点，然后再精确测量，平均误差应小于0.01摄氏度

四数据记录与结果处理

1.由水的密度计算水的质量Wa

2.由测定的纯溶剂、溶液的凝固点 计算蔗糖的摩尔质量，并计算测量值与理论值的相对误差。

五：实验注意事项

1：本实验的关键是控制过冷程度与搅拌速度。实验当中容易产生过冷现象。 2：冰槽温度应不低于凝固点3℃最佳。一般控制在2 ~3℃。

3：除装置外，实验室的环境，溶剂和溶质的纯度都直接影响实验的可靠性和温度性。

六．参考文献

1. 《物理化学》上册 第四章第九节稀溶液的依数性 （ 南京大学傅献彩等编 ） 2. 物理化学实验（第3版）/复旦大学 等编，庄继华 等修订 图书。

3. 凝固点降低法测定摩尔质量实验装置的改进（采用电磁搅拌代替传统的手动搅拌） 洛阳师范学院化学化工学院

4.步冷曲线法———对凝固点降低测定摩尔质量的改进清华大学化学系。（按图1 ( b)所示方法外推至 Tf 校正。）

5. 凝固点降低测定蔗糖的摩尔质量 华南师范大学物理化学研究所

附：实验数据。蔗糖质量= 1.0560g 蔗糖溶液凝固点=2.5℃ T(室)=25℃

水的凝固点降低常数kf =1.86×10k*mol*g

3 -1

水的初测凝固点=0.092℃

溶剂凝固点 T1=-0.0917℃ T2=-0.102℃ T3=-0.102℃