凝固点降低法测定摩尔质量_3

凝固点降低法测定摩尔质量
一．实验目的
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。

二．实验原理
理想稀薄溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种表现。

即对一定量的某溶剂，其理想稀薄溶液凝固点下降的数值只与所含非挥发性溶质的粒子数目有关，而与溶质的特性无关。

假设溶质在溶液中不发生缔合和分解，也不与固态纯溶剂生成固溶体，则由热力学理论出发，可以导出理想稀薄溶液的凝固点降低值∆T f （即纯溶剂和溶液的凝固点之差）与溶质质量摩尔浓度b B 之间的关系：
B A
B f B f f f f m m M K b K T T T =
=-=∆* （1）
由此可导出计算溶质摩尔质量M B 的公式：
=
B M A
f B f m T m K ∆ （2）
以上各式中：*f T ，f T 分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K ；m A 、m B 分别为溶剂、溶质的质量，单位kg ；K f 为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质有关，单位K ·kg ·mol -1；M B 为溶质的摩尔质量，单位kg ·mol -1。

若已知溶剂的K f 值，通过实验测得∆T f ，便可用式(2)求得M B 。

也可由式(1)通过∆T f －m B 的关系，线性回归以斜率求得M B 。

表1给出了几种溶剂的凝固点降低常数值。

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，由结晶放出热，使体系温度回升。

溶剂和溶液的冷却曲线如图所示。

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。

四．实验步骤
1．检查测温探头，要求洁净，可以用环己烷清洗探头并晾干，准备冰水浴。

2．移取25.00毫升环己烷，加入洗净烘干的样凝固点管中，放入搅拌棒，插入测温探头（距底部1厘米左右，必需居中），观察温度变化，当温度显示基本不变时，说明是环己烷的近似凝固点，此时按温差仪的‘调零’按钮。

3.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至精密温差仪显示约6~7，将凝固点管放入空气管中，定时读取并记录温度/半分钟，当样品管中开始出现固体时，再继续操作，记录，约10分钟。

4.用电子天平称量约0.1000~0.1200g的萘，小心加入到凝固点管的中溶液中，待完全形成溶液后，将凝固点管放入空气管中，定时记录温度/半分钟。

当样品管中开始出现固体时，再继续操作，记录，约10分钟。

5.实验完毕，将环己烷溶液倒入回收瓶中。

五．数据处理
，用相关公式根据测得数据，绘制纯溶剂和溶液的冷却曲线，并求出凝固点∆T
f
计算出萘的摩尔质量。

温度：16.6 ℃
环己烷近似凝固点：6.326 ℃
称量的萘的质量：m=0.1116g
①由环己烷的密度，计算所取环己烷的重量W A 。

室温 T 时环己烷密度计算公式为∶ρt ／g·cm -3＝0.7971－0.8879×10-3 T ／℃。

则：室温为16.6℃时，环己烷的密度为：
ρt ＝0.7971－0.8879 g·cm -3×10-3 t ＝0.7971－0.8879×10-3×16.6 ＝0.7824 g·cm -3
∴环己烷质量为：W A ＝V × ρt ＝20.00×0.7824＝15.65g
②求出凝固点降低值ΔT f ，由所得数据求出萘的分子量。

K f ＝20 K·kg /mol
=-=∆f f f T T T *（ 0.170 +0.997）℃= 1.167 ℃
3A
f B
f B 10W T W K M ⨯∆=
g = = 122.92 g/mol
查文献可得：萘的相对分子质量为128.18
六、实验结果分析
1、系统误差：实验仪器的误差：因为该实验需要用到的温度是纯的环己烷溶液的凝固点与环己烷的萘溶液的凝固点的差值，如果本身仪器的读数与环境实际温度存在单向的偏差，而我们在做实验的时候没有校正，就会带来偏差，又由于计算的过程用的是两次凝固点的差值，所以偏差就可以相互抵消，从而没有造成太大的影响。

因此，实验时，可让测定仪的探头与冰浴接触，得到一个读数，同时在冰浴槽中放入一支温度计，对比两者的温度差值，就可以得到该仪器的温度偏差读数，最后在处理实验数据时，就可以对实验数据进行校正，以确保实验数据的科学性。

2、随机误差：本实验测量的成败关键是控制过冷程度和搅拌速度。

理论上，在恒压条件下纯溶剂体系只要两相平衡共存就可达到平衡温度。

但实际上只有固相充分分散到液相中，也就是固液两相的接触面相当大时，平衡才能达到。

如凝固点管置于空气套管中，温度不断降低达到凝固点后，由于固相是逐渐析出的，此时若凝固热放出速度小于冷却所吸收的热量，则体系温度将不断降低，产生过冷现象。

这时应控制过冷程度，采取突然搅拌的方式，使骤然析出的大量微小结晶得以保证两相的充分接触，从而测得固液两相共存的平衡温度。

为判断过冷程度，本实验先测近似凝固点；为使过冷状况下大量微晶析出，实验中应规定一定的搅拌方式。

对于两组分的溶液体系，由于凝固的溶剂量多少会直接影响溶液的浓度，因此控制过冷程度和确定搅拌速度就更为重要。

本实验由于仪器固定了搅拌速度，对实验的结果可能产生一定误差。