凝固点降低法测定葡萄糖相对分子质量

实验四十二凝固点降低法测定葡萄糖相对分子质量
【实验目的】
1.掌握溶液的凝固点降低法测定溶质相对分子的原理和方法。

2.学会用1/10刻度的温度计，巩固分析天平和移液管的使用方法。

【实验原理】
1.凝固点降低法测分子量的原理
当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时，则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。

即
ΔT=T f* - T f= K f b B(1)
式中，T f*为纯溶剂的凝固点，T f为溶液的凝固点，b B为溶液中溶质B的质量摩尔浓度，K f为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数，它的数值仅与溶剂的性质有关。

若称取一定量的溶质m B(g)和溶剂m A (g)，配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为
b B =1000m B/M B.m A,
式中，M B为溶质的分子量。

将该式代入(1)式，整理得:
M B = 1000 K f m B/ΔT. m A (g/mol)(2)
若已知某溶剂的凝固点降低常数K f值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值ΔT，即可计算溶质的分子量M B。

2.凝固点测量原理
通常测凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，但冷却到凝固点，并不析出晶体，往往成为过冷溶液。

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，使体系温度回升，当放热与散热达到平衡时，温度不再改变。

此固液两相共存的平衡温度即为溶液的凝固点。

但过冷太厉害或寒剂温度过低，则凝固热抵偿不了散热，此时温度不能回升到凝固点，在温度低于凝固点时完全凝固，就得不到正确的凝固点。

溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。

对纯溶剂两相共存时，冷却曲线出现水平线段，其形状如图（1）所示。

对溶液两相共存时，温度仍可下降，但由于溶剂凝固时放出凝固热，使温度回升，但回升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段，而斜率发生变化，如图（2）所示。

由于溶剂析出后，剩余溶液浓度变大，显然回升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点，严格的做法应作冷却曲线，并按图（2）中所示方法加以校正。

但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溶液的凝固点。

【仪器及试剂】
仪器：凝固点测定仪、电子温差仪、电子分析天平、25mL移液管、洗耳球、滤纸、毛巾
试剂：葡萄糖、NaCl、冰块
【实验步骤】
1. 凝固点测定仪的设置
2. 调节寒剂的温度
取适量冰与水混合，使寒剂温度控制在3—3.5℃左右，在实验过程中不断搅拌并不断补充碎冰，使寒剂保持此温度。

3.溶剂凝固点的测定
用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入25mL 纯水，并记下纯水的温度。

先将盛纯水的凝固点管直接插入寒剂中，平稳搅拌使之冷却，当开始有晶体析出时放在空气套管中冷却，观察样品管的降温过程，当温度达到最低点后，又开始回升，回升到最高点后又开始下降。

记录最高及最低点温度，此最高点温度即为环已烷的近似凝固点。

取出凝固点管，用手捂住管壁片刻，同时不断搅拌，使管中固体全部熔化，将凝固点管直接插入寒剂中使之冷却至比近似凝固点略高0.5℃时，将凝固点管放在空气套管中，缓慢搅拌，使温度逐渐降低，当温度降至比近似凝固点低0.2℃时，快速搅拌，待温度回升后，再改为缓慢搅拌。

直到温度回升到稳定为止，记录最高及最低点温度，重复测定三次，三次平均值作为纯水的凝固点。

4.溶液凝固点的测定
取出凝固点管，如前将管中纯水溶化，用分析天平精确称取葡萄糖(约2g)加入凝固点管中，待全部溶解后，测定溶液的凝固点。

测定方法与纯水的相同，先测近似的凝固点，再精确测定，重复三次，取平均值。

5.实验完成后，洗净样品管，关闭电源，弃取冰水浴中的冷却水，擦干搅拌器，整理实验台。

【实验数据记录与处理】
1.将实验数据列入表中
W T g
K M f ⋅∆⋅=1000 =(1.86 *2.0011 *1000) / (0.76 * 25*1) =195.897g/mol
【分析与讨论】
1.之所以实验结果会有如此大的误差，应该从如下几个方面进行分析：
答：(1) 学校使用的蒸馏水含可能有杂质，导致测得水的凝固点有偏差。

(2)
仪器的使用不熟练，导致读数时不能准确的把握温度突然上升时的那个点，导致凝固点的误差，从而影响测得的相对分子质量。

(3)称量，转移，温度计贴壁等操作上带来的误差。

2.凝固点降低法测相对分子质量的公式，在什么条件下才能适用？
答: 在稀溶液且溶质在溶液中不发生解离或缔合的情况下适用。

3.在冷却过程中固液相之间和寒剂之间，有哪些热交换？它们对凝固点的测定有何影响？
答:热交换有：冷冻管中液相放出热量而转化为固相；寒剂从冷冻管周围吸收热量。

当析出固相后，温度不回升到平衡温度，不能保持一恒定值，因部分溶剂凝固后，剩余。

【注意事项】
1.实验所用的凝固点管必须洁净、干燥。

2.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完全一致。

3.寒剂温度对实验结果也有很大影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。

4.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，使测量值偏低。

在过程中可通过加速搅拌、控制过冷温度，加入晶种等控制过冷。

【思考题】
1．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, 溶质加入量要少；太多不符合稀溶液，太少凝固点下不明显。

2．什么叫凝固点？凝固点降低的公式在什么条件下才适用？它能否用于电解质溶液？
答：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分稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，当确定了溶剂的种类和数量后，溶剂凝固点的降低值仅取决与所含溶质分子的数目。

对于理想溶液或浓度很稀的溶液，根据范特霍夫凝固点降低公式知道：在溶液浓度很稀时，如果溶质与溶剂不生成固溶体，溶液的凝固点降低值与溶质的质量摩尔浓度（mol·kg-1）成正比。

一般只适用于强电解质稀溶液。

其次凝固点不应太高或太低，应在常温下易达到。

如：水、苯、环己烷等。

3．测定溶液凝固点时若过冷程度太大对结果有何影响？溶液系统和纯溶剂系统的自由度各为多少？
答：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。

若过冷程度太大，溶剂凝固越多，溶液的浓度变化太大，使测量值偏低。