实验五 凝固点降低法测摩尔质量

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1、物理化学实验讲义凝固点降低法测摩尔质量实验五、凝固点降低法测摩尔质量Ⅰ、目的要求1．用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。2．通过实验掌握溶液凝固点的测量技术，并加深对稀溶液依数性的理解。Ⅱ、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。固体溶剂与溶液成平衡时的温度称为溶液的凝固点。在溶液浓度很稀时，确定了溶剂的种类和数量后，溶剂凝固点降低值仅仅取决于所含溶质分子的数目。稀溶液的凝固点降低（对析出物为纯固相溶剂的体系）与溶液成分的关系式为式中ΔTf为凝固点降低值；Tf*为以绝对温度表示的纯溶剂的凝固点；ΔfHm为摩尔凝固热；n1为溶剂的摩尔数；n2为溶质的摩尔数。当溶液很稀时，n2<

2、，则式中M1为溶剂的摩尔质量，m2为溶质的质量摩尔浓度，Kf称为溶剂的凝固点降低常数。如果已知溶剂的凝固点降低常数Kf，并测得该溶液的凝固点降低值ΔTf，溶剂和溶质的质量W1、W2，就可以通过下式计算溶质的摩尔质量M2。凝固点降低值的多少，直接反映了溶液中溶质的质点数目。溶质在溶液中有离解、缔合、溶剂化和络合物生成等情况存在，都会影响溶质在溶剂中的表观摩尔质量。因此溶液的凝固点降低法可用于研究溶液的电解质电离度，溶质的缔合度，溶剂的渗透系数和活度系数等。4物理化学实验讲义凝固点降低法测摩尔质量凝固点测定方法是将已知浓度的溶液逐渐冷却成过冷溶液，然后促使溶液结晶；当晶体生成时，放出的凝固热使体系

3、温度回升，当放热与散热达成平衡时，温度不再改变，此固液两相达成平衡的温度，即为溶液的凝固点。本实验测定纯溶剂和溶液的凝固点之差。纯溶剂在凝固前温度随时间均匀下降，当达到凝固点时，固体析出，放出热量，补偿了对环境的热散失，因而温度保持恒定，直到全部凝固后，温度再均匀下降，其冷却曲线见图（a）。实际上纯液体凝固时，由于开始结晶出的微小晶粒的饱和蒸气压大于同温度下的液体饱和蒸气压所以往往产生过冷现象，即液体的温度要降到凝固点以下才析出固体，随后温度再上升到凝固点，见冷却曲线（b）。溶液的冷却情况与此不同，当溶液冷却到凝固点，开始析出固态纯溶剂。随着溶剂的析出，溶液浓度相应增大。所以溶液的凝固点随着溶

4、剂的析出而不断下降，在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段。当有过冷情况发生时，溶液的凝固点应从冷却曲线上待温度回升后外推而得，见冷却曲线（c）。Ⅲ、仪器与药品凝固点测定仪1套（配精密温差测量仪1台）；普通温度计1支；25ml移液管1支；压片机1台；1000ml烧杯1个。环已烷（A.R.），萘（A.R.），碎冰。Ⅳ、实验步骤1．按图所示安装凝固点测定仪，注意测定管，搅拌棒都须清洁、干燥，温差测量仪的探头，温度计都须与搅拌棒有一定空隙。防止搅拌时发生摩擦。2．调节水浴温度，使其低于环已烷凝固点温度2～3℃，并应经常搅拌，不断加入碎冰，使冰浴温度保持基本不变。3．调节温差测量仪，使探头在测量管中时，

5、数字显示为“0”左右。4．准确移取25ml环已烷，小心注入测定管中，塞紧软木塞，防止环已烷挥发，记下环已烷的温度值。取出测定管，直接放入冰浴中，不断移动搅拌棒，使环已烷逐步冷却。当刚有固体析出时，迅速取出测定管，擦干管外冰水，插入空气套管中，缓慢均匀搅拌，观察精密温差测量仪的数显值，直至温度稳定，即为环已烷的凝固点参考温度。取出测定管，用手温热，同时搅拌，使管中固体完全熔化，再将测定管直接插入冰浴中，缓慢搅拌，使环已烷迅速冷却，当温度降至高于凝固点参考温度0.5℃时，迅速取出测定管，擦干，放入空气套管中，每秒搅拌一次，使环已烷温度均匀下降，当温度低于凝固点参考温度时，应急速搅拌，（防止过冷超过

6、0.5℃），促使固体析出，温度开始上升，搅拌减慢，注意观察温差测量仪的数字变化，直至稳定，此即为环已烷的凝固点。重复测定三次。要求环已烷凝固点的绝对平均误差小于±0.003℃。4物理化学实验讲义凝固点降低法测摩尔质量5．溶液凝固点的测定取出测定管，使管中的环已烷熔化，从测定管直接加入事先压成片状的0.2～0.3g的萘，待溶解后，用“4”中方法测定溶液的凝固点。先测凝固点的参考温度，再精确测之。溶液凝固点是取过冷后温度回升所达的最后温度，重复三次，要求绝对平均误差小于±0.003℃。Ⅴ、注意事项1．冰浴温度不低于溶液凝固点3℃为宜。2．测定凝固点温度时，注意防止过冷温度超过0.5℃。可以采用加入

7、少量溶剂的微小晶体作为晶种的方法，以促使晶体生成。3．溶剂、溶质的纯度都直接影响实验的结果。Ⅵ、数据处理1．用ρ(kg/m3)=0.7971×103-0.8879t计算室温时环已烷密度，然后算出所取环已烷的质量W1。2．由测定的纯溶剂，溶液凝固点Tf*、Tf计算萘的摩尔质量。已知环已烷的凝固点Tf*=279.7K；Kf=20.1Kg·K/mol。Ⅶ、思考题1．为什么产生过冷现象？如何控制过冷程度？