凝固点降低法测定摩尔质量

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.学会用步冷曲线对溶液凝固点进行校正；

3.通过本实验加深对稀溶液依数性的认识。

二、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，它与溶液质量摩尔浓度的关系为：

*×f f f f B T T T K b ∆=-=

其中，f T ∆为凝固点降低值，*f T 、f T 分别为纯溶剂、溶液的凝固点，B b 为溶液质量摩尔浓度，f K 为凝固点降低常数，它只与所用溶剂的特性有关。如果稀溶液是由质量为B m 的溶质溶于质量为A m 的溶剂中而构成，则上式可写为：

1000×

×B

f f A

m T K M m ∆= 即

310B

f

f A

m M K T m =∆ 式中： f K ——溶剂的凝固点降低常数（单位为1K kg mol -⋅⋅）； M ——溶质的摩尔质量（单位为1g mol -⋅）。

如果已知溶液的f K 值，则可通过实验测出溶液的凝固点降低值

f T ∆，利用上式即可求出溶质的摩尔质量。

实验中，要测量溶剂和溶液的凝固点之差。对于纯溶剂如图1（a）所示，将溶剂逐渐降低至过冷（由于新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出），温度降低至一定值时出现结晶，当晶体生成时，放出的热量使体系温度回升，而后温度保持相对恒定。对于纯溶剂来说，在一定压力下，凝固点是固定不变的，直到全部液体凝固成固体后才会下降。相对恒定的温度即为凝固点。

对于溶液来说，除温度外还有溶液浓度的影响。当溶液温度回升后，由于不断析出溶剂晶体，所以溶液的浓度逐渐增大，凝固点会逐渐降低。因此，凝固点不是一个恒定的值。如把回升的最高点温度作为凝固点，这时由于已有溶剂晶体析出，所以溶液浓度已不是起始浓度，而大于起始浓度，这时的凝固点不是原浓度溶液的凝固点。要精确测量，应测出步冷曲线，按下一页图1（b）所示方法，外推至

T校

f 正。

图1 溶剂和溶液的步冷曲线

三、实验仪器与试剂

仪器：冰点下降装备一套；贝克曼温度计；普通温度计；烧杯；移液管（25ml ）。

试剂：苯；萘；冰。

四、实验步骤

1.将仪器洗净烘干，并使搅拌棒能自由操作，不碰温度计，冰槽中放入适量冷水和冰块，使温度保持在2—3℃。

2.纯苯（溶剂）凝固点测定

用移液管移取25ml 苯加入内管中，调整温度计位置使水银全部淹没在苯中，搅动苯液，使温度逐渐降低，当温度回升时停止搅拌，观察温度计读数，待温度恒定时记下温度，此即为苯的凝固点。将内管取出，待苯融化后重复测定两次。各次测定值之差应不大于0.005℃，取平均值为苯的凝固点。 3.溶液凝固点的测定

准确称取0.5g 左右纯萘，加入盛有苯的内管中，待溶解后，用上述方法测该溶液的凝固点。溶液温度回升时达不到恒定，所以取温度的最高点作为溶液的凝固点。重复测定两次，各次测定之差不大于0.005℃。取平均值作为溶液的凝固点。

五、数据处理

1.求室温下苯的质量

实验中溶剂苯的密度)(100636.103

0t t d d t -⨯-=-，现知室温19.56℃，则3

/8793.0cm g d t =，所以苯的质量m=21.98g 。

2.分别测溶剂凝固点和溶液凝固点

表1 溶剂和溶液凝固点测量数据记录表

时间t/s 0 30 60 90 120 150 180 210 溶剂T/℃9.093 8.394 7.727 7.421 6.573 5.862 5.532 5.209 溶液T/℃ 6.513 6.088 5.755 5.490 5.271 5.106 4.944 4.799 时间t/s 240 270 300 330 360 390 420 450 溶剂T/℃ 5.484 5.477 5.483 5.467 5.487 5.491 5.496 5.489 溶液T/℃ 4.674 4.466 4.330 4.101 3.866 3.609 3.317 3.067 时间t/s 480 510 540 570 600 630 660 690 溶剂T/℃ 5.482 5.471 5.460 5.456 ————

溶液T/℃ 3.355 3.261 3.172 3.043 2.938 2.851 2.752 2.634 其中溶液中含有萘0.4956g。

3.绘制溶剂的步冷曲线并求其凝固点

图2 纯溶剂步冷曲线

根据步冷曲线可以求得苯的凝固点T f=5.484℃。

4.绘制溶液的步冷曲线并求溶液的凝固点

图3 溶液的步冷曲线

图4 步冷曲线有效数据区线性拟合结果

两条曲线的线性拟合，求解两直线交点的坐标（采用直接取点法），可得溶液凝固点的温度值为：T f = 4.586℃

综上，用步冷曲线法得到溶液凝固点为4.586℃。 5.计算萘的相对分子质量和测定的相对误差 由3、4可得898.0=∆f T ℃

再由公式310B

f f A

m M K T m =∆，求得M =128.56。

而查表得到萘的相对分子质量为128.18，所以得到测定的相对误差为128.56128.18

100%0.296%

128.18η-=

⨯=。

六、思考题

1. 若溶质在溶液中产生解离、缔合等现象时，对实验结果有何影响？

发生解离时B M 会偏小；发生缔合时B M 会偏大。

2.测凝固点时，纯溶剂温度回升后有一恒定阶段，而溶液则没有，为什么？

由于随着固态纯溶剂从溶液中的不断析出，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在逐渐下降，在步冷曲线上得不到温度不变的水平段，只出现折点。

3.溶液浓度太稀或太浓对实验结果有什么影响？为什么？ 若溶液太稀，溶液的凝固点降低少，相对测定误差也大；若溶液太浓，溶液不符合凝固点降低公式。

4.冰槽温度调节在2~3℃之间，过高或过低有什么不好？ 过高会导致冷却太慢，过低造成过度过冷测不出正确的凝固点。