物化实验报告-凝固点实验报告

凝固点的测定
(物化试验得好好做)
一、实验目的
（1）明确溶液凝固点的定义与获得凝固点的正确方法。

（2）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。

（3）掌握贝克曼温度计的使用。

（4）测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的相对分子质量。

二、实验原理
物质的相对分子质量是了解物质的一个最基本而且重要的物理化学数据，其测定方法有多种。

凝固点降低法成的物质的相对分子质量是一个简单又比较准确的方法。

凝固点降低是稀溶液的一种依数性，这里的凝固点是指在一定压力下，溶液中纯溶剂开始析出的温度。

由于溶质的加入，使固态纯溶剂从溶液中析出的温度f T 比纯溶剂的凝固点*
f T 下降，其降低值
f f T T T -=∆*f 与溶液的质量摩尔浓度成正比，即
f T ∆=m K f
式中，f T ∆为凝固点降低值；m 为溶质质量摩尔浓度；f K 为凝固点降低常数，它与溶剂的特性有关。

表1给出了部分的溶剂凝固点降低常数值。

表1 几种溶剂的凝固点降低常数值
若称取一定量的溶质B W (g)和溶剂A W （g ），配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度B m 为
3A
B B
B 10W M W m ⨯=
mol/kg
式中，B M 为溶质的相对分子质量。

则3A
f B
f B 10W T W K M ⨯∆=
g/mol
若已知某溶剂的凝固点降低常数f K 值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值f T ，即可计算溶质的相对分子量B M 。

通常测定凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，使其结晶。

但是，实际上溶液冷却到凝固点，往往并不析出晶体，这是因为新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出，这就是所谓过冷现象。

然后由于搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热，使体系温度上升。

从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。

对纯溶剂，固－液两相共存时，自由度
f =1-2+1=0，冷却曲线出现水平线段。

对溶液，固－液两相共存时，自由度f =2-2+1=1，温
度仍可下降，但由于溶剂凝固时放出凝固热，使温度上升，上升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段，此时应加以校正。

本实验通过测定纯溶剂与溶液的温度与冷却时间的关系数据，绘制冷却曲线，从而得到两者的凝固点之差∆T f ，进而计算待测物的摩尔质量。

三、仪器与试剂
仪器：凝固点测定仪、贝克曼温度计、普通温度计（0—50℃）、移液管（50mL ）、烧杯 试剂：环己烷（AR ）、萘（AR ）、冰
四、实验步骤
1、 将传感器插入后面板上的传感器，将—220V 电源插入后面板上的电源插座，打开电源开
关，此时温度显示窗口显示初始状态（实时温度），温差显示窗口显示以20℃为基温的温差值。

2、 将传感器放入冰槽中，并在冰浴槽中放入碎冰，自来水，将冰浴槽温度调至3.5℃，将
空气套管插入冰浴槽，同时按下“锁定”键，锁定基温选择量程。

3、 用移液管吸取25mL 环己烷放入干净、烘干的凝固点测量管中，同时放入小磁子，将温
度传感器插入橡胶塞中，然后将橡胶塞塞入凝固点测量管，塞紧。

4、 将凝固点测定管直接插入冰槽中，观察温差仪的温差显示窗口显示值，直至温差显示窗
口显示值稳定不变，此即为纯溶剂的初测凝固点。

5、 取出凝固点测定管，用掌心握住加热，待凝固点测定管结冰完全熔化后，将凝固点测定
管直接插入冰浴槽中，缓慢搅拌，当环己烷温度降至高于初测凝固点0.7℃时，迅速将
凝固点测定管取出，插入空气套管中，即时记下温差值，调节调速旋钮缓慢搅拌使温度均匀下降，间隔15秒记下温差值。

当温度低于初测凝固点时，调整调速旋钮加速搅拌，使固体析出，温度上升时，调整旋钮继续缓慢搅拌，直至温度不再变化，持续60s，即显示差值极为纯溶剂的凝固点。

6、溶液凝固点的测定。

做完纯溶剂凝固点测量，取出凝固点测定管，使管中固体完全熔化
后，放入0.23g萘, 并使其完全溶解于环己烷中，用前面的凝固点粗测方法和精确测定方法测量，记录数据。

7、测定完成后，关闭电源，清洗测定管，摆好仪器。

五、实验数据与处理
1、精测环己烷凝固点（3组）：
第一组：
表2精测环己烷凝固点时间-温度记录（10s一次）温度：℃
由图可得，环己烷的凝固点是6.796℃
第二组
表3精测环己烷凝固点时间-温度记录（10s一次）温度：℃
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
温度/℃8.29
1
7.88
2
7.40
8
6.85
8
6.72
5
6.71
3
6.77 6.81
3
6.85 6.86
1
6.85
9
6.86
2
次数13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
温度/℃6.85
6
6.85
7
6.84
8
6.64
6
6.83
9
6.81
5
6.78
4
6.77
9
6.74
8
6.71
9
6.66
8
6.64
1
由图可得，环己烷的凝固点是6.851℃时间t/s
温度/℃
第三组
表4精测环己烷凝固点时间-温度记录（10s 一次）温度：℃
由图可得，环己烷的凝固点是6.75℃ 2、精测加萘后环己烷：三组
第一组
表5 精测加萘后环己烷：℃溶液凝固点时间-温度记录（10s 一次）温度
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 温度/℃ 8.115 7.68 7.18
6
7.036 6.875 6.811 6.791 6.751 6.738 6.689 6.661 6.667 次数 13 14
15
16 17 18
19
20 21
22
23
温度/℃ 6.7
6.75 6.75
6
6.758
6.759
6.76 6.73
8
6.639
6.6 6.56 6.42
时间t/s
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
温度/℃7.23
1
5.50
5
5.20
4
4.99
6
4.84
1
4.75
2
4.72
3
4.70
4
4.69
8
4.71
2
4.71
6
4.72
6
次数13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
温度/℃4.73
6
4.73
8
4.73
9
4.74
1
4.73
8
4.71
4
4.68
6
4.67
1
4.56
9
4.51
1
4.41 4.26
9
由图可知，萘与环己烷混合溶液的凝固点是4.749℃
第二组
表6 精测加萘后环己烷：℃溶液凝固点时间-温度记录（10s一次）温度
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
温度/℃6.23
9
5.74
6
5.30
3
4.01
8
4.84
9
4.72
5
4.69
8
4.65 4.65
2
4.71 4.72
3
次数12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
温度/℃4.73
2
4.73
1
4.73
4
4.70
2
4.66
1
4.63
4
4.61
1
4.60
1
4.58
2
4.55
8
时间t/s
由图可知，萘与环己烷混合溶液的凝固点是4.742℃
第三组
表7 精测加萘后环己烷：℃溶液凝固点时间-温度记录（15s一次）温度次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度/℃6.52
6
5.53
1
5.00
2
4.91
8
4.83
3
4.79
1
4.74
5
4.71
1
4.669 4.60
9
次数11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
温度/℃4.58
4
4.66
8
4.67
9
4.65
9
4.62
5
4.62
1
4.61
1
4.56
8
4.51
2
4.41
由图可知，萘+环己烷混合液的凝固点是4.668℃
3、结果计算
查阅文献可知，纯环己烷的凝固点约为6.6℃，环己烷+萘混合液的凝固点约为4.8℃ 根据数据处理可得环己烷以与环己烷+萘的混合液的凝固点，如下表： 凝固点/℃ 1 2 3 平均值 ΔT
环己烷 6.796 6.851 6.75 6.799
2.014
烷+萘混合液 4.742
4.748
4.668（舍掉）
4.745
（1）环己烷密度 d=0.778g/cm3
环己烷质量 W 环=V ×d=（0.778×25）g=19.45g （2）称取萘的质量为：0.23g
=∆1T 2.014℃B W =0.23g A W =19.45g 0.20=f K
将上面数据代入3A
f B
f B 10W T W K M ⨯∆=
中 得到测量值萘M =124.12g/mol
查阅文献，真实值萘M =128.18 g/mol 相对误差%=2.80%
时间t/s
温度/℃
六、实验结果讨论与分析：
（一）、查文献可得：萘的相对分子质量为128.18g/mol，本实验中的结果为：124.12g/mol，结果偏低，相对误差为 2.80%
误差偏高原因分析：
1.测量仪器精密度存在限制，这对所测溶液的浓度有假定要求，因而，实验测得溶质摩尔
质量会随着溶液浓度改变而改变。

如果采用外推法，可以获得比较准确摩尔质量数据，而本实验并非采用此法，所以所得摩尔质量数值相对此法所得数值偏差较大。

2.测量过程存在系统随机、误差：（1）实验仪器的误差：仪器温度的读数与环境实际温度
存在单向的偏差，实验的时候没有校正，这带来偏差。

（2）寒剂的过冷程度的调节因为冰熔解过程会造成温度变动，而反应要求的温度在一定围，测量整过过程寒剂温度可能过高或过低温度存在变动。

（3）搅拌的程度会对溶液温度产生影响，而本实验采用人工搅拌，人工搅不能总是一样地要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件并不能一致，这会造成偏差。

（4）粗测和精测采用的是同一份溶液，这期间探头需要交替测量溶液和环境的温度，部分被测溶液被带出试管，造成被测溶液的量产生误差。

七、须知
1、凝固点的确定较为困难。

先测一个近似凝固点，精确测量时，在接近近似凝固点时，降温速度要减慢，到凝固点时快速搅拌。

2、千万不要过冷，若过冷太甚，凝固的溶剂过多，溶液的浓度变化过大，所得凝固点偏低。

3、因为在本实验中，搅拌速度的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要一致。

但是每次的搅拌速度快慢一致很难做到，会产生误差；再者冰槽的很难控制在理想的温度，在测量时会有细微跳动。

过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点，导致实验也产生误差。

4、用凝固点降低法测相对分子质量只适用于非挥发性溶质且非电解质的稀溶液。

5、插入贝克曼温度计不要碰壁与触底。

八、思考题：
1、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，在接近近似凝固点时，降温速度减慢，到凝固点时快速搅拌。

先测近似凝固点，可以在测后面凝固点时减小误差，使误差围小于0.006℃以，保证测定值得精确
2、根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？
答：根据稀溶液依数性围确定，太多不符合稀溶液，太少凝固点下不明显。

3、测凝固点时，纯溶剂温度上升后有一恒定阶段，而溶液则没有，为什么？
答：从相律分析，溶剂与溶液的冷却曲线不同。

对纯溶剂两相共存时，自由度
f =1-2+1=0.冷却曲线出现水平线段。

对溶液两相共存时，自由度f =2-2+1=1，温度仍可下降，但由于溶剂凝固时放出凝固热，使温度上升，但上升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段。

4、溶液浓度太浓或者太稀对实验结果有什么影响？为什么？
答：凝固点降低法测定摩尔质量只适用于稀溶液，因为只有稀溶液才具有依数性。

浓度大了，溶质分子间就会有相互作用，实际表现出来的粒子数目与真正的粒子数目会有偏离，凝固点降低公式就不再适用；不好校正，需要重新称量固体溶解或将先前配好的溶液稀释后再重新做实验。

而浓度太稀，会造成称量相对精密度变小，使误差变大。

5、当溶质在溶液中有离解、缔合和生成配合的情况时，对其摩尔质量的测定值有何影响？答：由于凝固点下降公式是对于理想溶液和浓度很小的稀溶液，要求溶质在溶剂中只存在一种形式，如果溶质有解离，缔和，溶剂化和形成配合物时，那么溶液中溶质的浓度就变了，公式中溶质的质量摩尔浓度也变了，必然影响测定结果。

一般解离使结果变大，缔和使结果变小，由于溶质出现这种情况，凝固点下降公式已不适用，所以测定结果没有意义
6、影响凝固点精确测量的因素有哪些？
答：影响因素有：溶液过冷程度的控制；冰水浴温度控制（应在3.50C左右）；搅拌速度控制（搅拌速率适中，均匀；温度升高，快速搅拌）；浓度适中（溶液采用稀溶液，但要确保相对精密度勿过低）。

. . . .
九、参考文献
[1]何广平，南俊民等. 物理化学实验。

：化学工业，2007，12
[2]喜江，云天。

物理化学实验。

：工业，2004，4
[3]傅献彩，云霞，天。

物理化学，第四版。

：高等教育，1990
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