凝固点降低法测定摩尔质量

物理化学实验报告

姓名

班级 学号

2013.3.21

日期凝固点降低法测定摩尔质量

实验目的及要求

1) 用凝固点降低法测定萘的摩尔质量 2) 掌握精密电子温差仪的使用方法

原理

非挥发性溶质二组分溶液，其稀溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种表现。

溶剂中加入溶质是，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低，其凝固点降低值ΔTf与溶质的质量摩尔浓度b成正比。

Kf

TfTfTfKfbBmBMBmA

*得出：

MBKfmB TfmAT,Tf以上各式中：f分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K。

*mA、mB分别为溶剂、溶质的质量，单位kg；

Kf为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质有关，单位K·kg·mol-1；若已知溶剂的Kf值，通过实验测得∆Tf，便可用第二个式子求得MB。

曲线1为理想的纯溶剂凝固过程。

曲线2为实际溶剂的凝固过程，有过冷现象出现。 曲线3在溶液中当有溶剂凝固析出时，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降。因有凝固热放出，冷却曲线的斜率发生变化，即温度的下降速度变慢。

曲线4如果溶液过冷程度不大，析出固体溶剂的量很少，对原始溶液浓度影响不大，则以过冷回升的最高温度作为该溶液的凝固点。

T/K12345t/s纯溶剂和溶液的冷却曲线

本实验确定凝固点采用外推法，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，作曲线后面部分的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交，其交点就是凝固点。其作图原理如下图:

T纯溶剂冷却曲线ΔT外推凝固点溶液冷却曲线t/s 仪器与试剂

凝固点管凝固点管塞凝固点管的套管搅拌器大搅拌杆水浴缸精密电子温差仪水浴缸盖温度计移液管25ml 洗耳球电子天平锤子布块冰块环己烷萘

实验步骤

65423711 玻璃缸2 玻璃套管3 凝固点管4 搅拌器5 搅拌器6 温差仪探头7 冰水浴温度计8 精密温差仪8 1. 安装实验装置：

实验装置如图。检查测温探头要求洁净，用环己烷清洗测温探头并晾干。冰水浴槽中准备好冰和水，温度最好控制在3.5℃左右。用移液管取25.00ml（或用0.01g精度的天平称量20.00g左右）分析纯的环己烷注入已洗净干燥的凝固点管中。注意冰水浴高度要超过凝固点管中环己烷的液面，将精密电子温差仪的测温探头擦干、插入凝固点管中，注意测温探头应位于环己烷的中间位置，检查搅拌杆，使之能自由转动，不与测温探头和管壁接触摩擦。

2. 纯溶剂环己烷凝固点的测定：

粗测定：记录此时室温，取25.00ml环己烷放入洗净干燥的凝固点管中，将精密温差仪的测温探头插入凝固点管中，注意测温探头应位于环己烷液体的中间位置。将凝固点管直接放入冰水浴中，打开搅拌器电源开关，使其转动搅拌。观察温度变化，当温度显示基本不变或变化缓慢时，说明此时液相中开始析出固相，按精密温差仪的“设定”按钮，此时温差仪显示为“0.000”，也就是环己烷的近似凝固点。

将凝固点管从冰水浴中拿出，用毛巾擦干管外壁的水，用手温热凝固点管使结晶完全熔化，至精密温差仪显示约6～7℃，将凝固点管放入作为空气浴的外套管中，均匀缓慢搅拌。定时读取并记录温度，温差仪每30s鸣响一次，可依此定时读取温度值。当样品管里面液体中开始出现固体时，再继续操作、读数约10min。

3. 溶液凝固点的测定：

精确称取萘0.1034g，小心加入到凝固点管溶剂中，注意不要让萘粘在管壁，并使其完全溶解。注意在使萘溶解时，不得取出测温探头，溶液的温度不得过高，以免超出精密温差测量仪的量程。

待萘完全溶解形成溶液后，将凝固点管放入作为空气浴的外套管中，均匀缓慢搅拌，1～2s一次为宜。定时读取记录温度，温差仪每30s鸣响一次，可依此定时读取温度值。当样品管里面液体中开始出现固体（固体是环己烷）时，再继续操作、读数约10min。

4. 实验完毕，将环己烷溶液倒入回收瓶。

数据处理

1) 计算室温t℃时环己烷的密度。

室温为17.1℃。根据计算公式ρ/(g·cm-3)=0.7971-0.8879×10-3t/℃ 得ρ=0.782(g·cm-3)

2) 列表记录时间～温度数据，并画出纯溶剂和溶液的步冷曲线，用外推法求凝固点。然后求出凝固点降低值Tf，计算萘的摩尔质量。

由图1可知测得相对凝固点为-0.024K； 由图2可知测得相对凝固点为-0.027K； 由图3可知测得相对凝固点为-0.800K；

则纯溶剂的平均相对凝固点为（-0.024+-0.027）/2=-0.026K； ∆Tf=-0.026-（-0.800）=0.774K； 查表的Kf=20.0K·kg·mol-1；

其中mA=ρ*V=0.782*25.00=19.6g； mB=0.1034g

根据公式得MB=1000*20.0*0.1034/（0.774*19.6）=136g/mol； 查表可知萘的摩尔质量为128.18g/mol

相对误差为（136-128.18）/128.18*100%=6.10%

溶剂凝固点测定数据及冷却曲线

1 时间 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 温度 8.344 7.904 7.466 7.056 6.667 6.266 5.904 5.556 5.219 4.887 4.566 4.26 3.954 3.704 3.434 3.184 2.934 2.702 2.478 2.262 2.058 1.864 时间 690 720 750 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170 1200 1230 1260 1290 1320 温度 1.667 1.482 1.303 1.131 0.96 0.805 0.659 0.51 0.368 0.235 0.103 -0.024 -0.139 -0.234 -0.218 -0.149 -0.102 -0.075 -0.061 -0.053 -0.05 -0.049 时间 1350 1380 1410 1440 1470 1500 1530 1560 1590 1620 1650 1680 1710 1740 温度 -0.051 -0.054 -0.058 -0.062 -0.067 -0.072 -0.076 -0.081 -0.086 -0.091 -0.096 -0.102 -0.106 -0.111

溶剂凝固点测定数据及冷却曲线

2 时间 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 温度 3.938 3.713 3.43 3.188 2.93 2.687 2.455 2.23 2.024 1.822 1.633 1.454 1.274 1.109 0.954 0.798 0.654 0.513 0.383 0.254 0.134 0.024 -0.078 -0.176 时间 750 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170 1200 1230 1260 1290 1320 1350 1380 1410 1440 温度 -0.261 -0.274 -0.215 -0.156 -0.116 -0.092 -0.078 -0.072 -0.069 -0.064 -0.063 -0.066 -0.07 -0.075 -0.08 -0.084 -0.089 -0.095 -0.1 -0.106 -0.112 -0.117 -0.124 -0.13 时间 1470 1500 1530 1560 1590 1620 1650 1680 1710 1740 1770 1800 1830 1860 1890 1920 1950 1980 温度 -0.135 -0.141 -0.146 -0.151 -0.154 -0.157 -0.162 -0.166 -0.17 -0.174 -0.178 -0.183 -0.185 -0.189 -0.194 -0.199 -0.203 -0.207

溶液凝固点测定数据及冷却曲线

时间 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 温度 时间 温度 时间 温度 温度 时间 温度 3.804 780 -0.372 1530 -0.871 2280 -1.013 3030 3.577 810 -0.469 1560 -0.877 2310 -1.028 3060 3.334 840 -0.562 1590 -0.833 2340 -1.033 3090 3.091 870 -0.65 1620 -0.888 2370 -1.035 3120 2.856 900 -0.737 1650 -0.894 2400 -1.037 3150 2.64 930 -0.818 1680 -0.902 2430 -1.04 3180 2.434 960 -0.895 1710 -0.907 2460 -1.043 3210 2.222 990 -0.971 1740 -0.912 2490 -1.046 3240 2.018 1020 -1.044 1770 -0.917 2520 -1.048 3270 1.831 1050 -1.119 1800 -0.92 2550 -1.05 3300 1.646 1080 -1.18 1830 -0.926 2580 -1.052 3330 1.472 1110 -1.242 1860 -0.932 2610 -1.056 3360 1.304 1140 -1.292 1890 -0.938 2640 -1.06 3390 1.143 1170 -1.259 1920 -0.944 2670 -1.061 3420 0.982 1200 -1.09 1950 -0.951 2700 -1.065 3450 0.838 1230 -0.992 1980 -0.956 2730 -1.069 3480 0.693 1260 -0.939 2010 -0.962 2760 -1.072 0.556 1290 -0.902 2040 -0.967 2790 -1.078 0.424 1320 -0.882 2070 -0.972 2820 -1.08 0.292 1350 -0.872 2100 -0.977 2850 -1.082 0.17 1380 -0.862 2130 -0.981 2880 -1.088 0.055 1410 -0.857 2160 -0.981 2910 -1.092 -0.058 1440 -0.852 2190 -0.982 2940 -1.094 -0.168 1470 -0.858 2220 -0.983 2970 -1.096 -0.271 1500 -0.865 2250 -0.986 3000 -1.099 时间 -1.103 -1.107 -1.108 -1.109 -1.112 -1.115 -1.107 -1.119 -1.12 -1.122 -1.124 -1.127 -1.13 -1.132 -1.136 -1.139

误差分析

由结果可知相对误差为6.10%,相对误差稍微有些大，但在误差允许范围内，可以认为测得值与真实值相差不多。

产生误差原因以及本次实验中一些不当的操作：

1. 冰水浴温度调节不是很合适，冰放得较多，导致测量结果中并无绝对的平台期出现，而是温度缓慢向降低，根据老师所说是由于环境温度较低使体系凝固放出的热比传给环境的热少。水浴温度最好在3摄氏度左右为好，环己烷的凝固点为6.5摄氏度。

2. 由计算公式可知萘的质量最小，其误差的大小对结果的影响最大，所以在溶解时一定要注意不要把萘粘在凝固点壁上，而且要是萘尽量完全溶解后在进行测量，以减小误差。在实验完后发现凝固点底部有微量固体萘，有些怀疑最初可能有一些萘未溶解，导致结果偏大。

注意事项

1) 测温探头擦干后再插入凝固点管。不使用时注意妥善保护测温探头。 2) 加入固体样品时要小心，勿粘在壁上或撒在外面，以保证量的准确。 3) 熔化样品和溶解溶质时切勿升温过高，以防超出温差仪量程。

4) 判断样品管中是否出现固体，不是直接观察样品管里面，而是从记录的温度数据上判断，即温度由下降较快变为下降较慢的转折处。

思考问题

1) 如溶质在溶液中离解、缔合和生成配合物，对摩尔质量测定值如何影响？ 答：溶质缔合和生成配合物会使溶液中的溶质相对减少，使∆Tf偏小，根据公式可知会使摩尔质量的测定值偏大。而离解则会使溶液中溶质的量相对增加，∆Tf变大，使测量值偏小。

2) 加入溶质的量太多或太少有何影响？ 答：因为稀溶液具有依数性本实验公式成立的前提是在稀溶液中，溶质太多可能会超出稀溶液的依数性性质，而且另一方面由于溶质太多，凝固点下降过多，不容易测量。如果溶质太少又会造成溶液凝固点下降不是很明显，不易测定而且增大误差。

3) 为什么会有过冷现象产生？

当实际液体温度达到或稍低于其凝固点时，由于纯溶剂中分子大小一样，运动分布，电性等比较均匀，分子之间不容易相互聚集形成结晶，因而不发生凝固，仍以液态存在，而发生过冷现象。而此时若加入晶种或者震荡搅拌，则会有大量晶体生成，并放出凝固热，使体系温度迅速回升到稳定的平衡温度。