凝固点降低法测定相对分子质量
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凝固点降低法测定相对分子质量
一、实验目的
1、了解凝固点降低法测定相对分子质量的原理,计算萘的相对分子质量;
2、掌握溶液凝固点的测定技术;
3、通过本实验加深对稀溶液依数性的理解。
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溶质的粒子数目有关,而与溶质的特性无关。
1、凝固点降低法测相对分子质量的原理
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∆T f 与溶质质量摩尔浓度m B 之间的关系:
ΔT f =T f * - T f = K f m B (1)
式中,T f *为纯溶剂的凝固点;T f 为溶液的凝固点;K f 为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数,仅与溶剂性质有关;m B 为溶液中溶质B 的质量摩尔浓度。
若称取一定量的溶质W B (g)和溶剂W A (g),配成稀溶液,则此溶液的质量摩尔浓度m B 为:
由此可导出计算溶质摩尔质量M B 的公式
若已知K f ,测得 ∆T f ,便可用(3)式求得M B 。
2、凝固点测量原理
(1)纯溶剂的凝固点测量
纯溶剂的凝固点是其液相和固相共存时的平衡温度。若纯溶剂缓慢冷却,理论上得到的步冷曲线图1。实际实验过程中,纯溶剂缓慢冷却过程中常会发生过冷现象,液体的温度会降到凝固点以下,待固体析出后会慢慢放出凝固热使体系的温度回到平衡温度。液体全部凝固后温度逐渐下降。如图2中纯溶剂步冷曲线。两种情况下,平行于横坐标的线所对应的温度值即为纯溶剂的凝固点T f *。
(2)溶液的凝固点测量
溶液的凝固点是该溶液的液相与纯溶剂的固相平衡共存的温度。对于稀溶液来说,由于溶剂析出后,剩余溶液的浓度逐渐增大,因而剩余溶液与溶剂固相平)2()(1013−⋅××=kg mol W M W m A B B B )3(103××∆=A f B f B W T W K M
衡的温度也在下降,即凝固点逐渐降低,冷却曲线不会出现“平阶”。若过冷太厉害或寒剂温度过低,此时温度不能回升到凝固点。此时可通过加速搅拌、控制过冷温度、加入晶种等控制过冷,同时需对测出的步冷曲线按图所示方法进行外推校正。
图1 纯溶剂理想步冷曲线图2 纯溶剂和溶液实际步冷曲线
三、仪器及试剂
1.仪器:数字式精密温差测量仪;凝固点测定仪;水银温度计;移液管(25
ml)。
2.药品: 萘(A R);环己烷(A R)。
四、实验步骤
1、溶剂凝固点的测定
(1)用碎冰调节水温,使寒剂的温度始终保持在3.5℃左右,不要过低,以防出现过冷现象。
(2)用移液管移取25 ml 环己烷,加入洁净干燥的凝固点管中,并将凝固点管放入空气套管。
(3)将干燥洁净的搅拌器和感温探头插入凝固点管中,并确保三者之间无任何触碰。然后将它们一起移入寒剂。
(4)开启样品搅拌器,设置读数间隔为30秒,当溶剂温度降至7.5℃左右时,开始记录温差值,直到温度回升并稳定为止。记录稳定的温差值。
(5)重复测定3次,3次平均值作为纯溶剂的凝固点。
2、溶液凝固点的测定
(1)取出凝固点管,用手握住以使凝固的环己烷溶化。
(2)用分析天平称取0.1 g 左右的萘,加入凝固点管中,待其溶解后,用以上方法测定溶液的凝固点。当溶液温度降至6.5℃左右时,开始记录温
差值。
(3)重复3次,取平均值。
3、结束实验
实验完毕,清洗凝固点管,关闭仪器电源。
五、结果与讨论
1、由环己烷的密度,计算所取的环己烷的质量。
2、作纯溶剂步冷曲线和溶液步冷曲线,按图中所示方法分别求出纯溶剂和溶液的凝固点。
3、将实验数据列入表中。
4、由所得数据按公式(3)计算萘的相对分子质量,并计算与理论值的相对
误差。
六、实验注意事项
1. 搅拌速度的控制是做好本实验的关键,测量溶剂与溶液的凝固点时搅拌条件要完全一致。
2. 注意寒剂温度的控制,需时常搅拌寒剂以使其各部分温度均匀。寒剂温度过高会导致冷却太慢,过低则测不出正确的凝固点。
3. 读数时,需留心观察过冷时达到的最低温度。
七、思考题
1. 根据什么原则考虑加入溶质的量?太多或太少有什么影响?
2. 当溶质在溶剂过程中有解离、缔合,溶剂化和形成配合物时,对测定的结
果有何影响?
3. 空气套管的作用是什么?