1、实验一 凝固点降低法测摩尔质量,华南师范大学物理化学研究所 孙艳辉,实验一 凝固点降低法测摩尔质量,实验目的 实验原理仪器和试剂 实验步骤 数据处理 评注与拓展 提问思考,实验目的,(1) 明确溶液凝固点的定义及获得凝固点 的正确方法；(2) 测定水的凝固点降低值，计算蔗糖的 分子量。 (3) 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。 (4) 掌握贝克曼温度计的使用方法。,实验原理,凝固点降低是稀溶液的一种依数性。 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Tf比纯溶剂的凝固点Tf*下降，其降低值Tf = Tf* -
2、Tf与溶液的质量摩尔浓度成正比，即,实验原理,Tf* ： 纯溶剂A的凝固点; Tf ： 溶液的凝固点 Tf：为凝固点降低值 ; mB： 质量摩尔浓度 Kf : 凝固点降低常数， 单位为Kkgmol-1 MB: 溶质B的摩尔质量; m2溶质质量(g)；m1溶剂质量(g),实验原理,通常测凝固点的方法有平衡法和贝克曼法（或步冷曲线法）。本实验采用后者。 其基本原理是将纯溶剂或溶液缓慢匀速冷却，记录体系温度随时间的变化，绘出步冷曲线（温度-时间曲线），用外推法求得纯溶剂或稀溶液中溶剂的凝固点。,实验原理-过冷法,图1-1（1） 纯液体的冷却曲线,图1-1（2）溶液的冷却曲线,实验原理,纯溶剂步冷曲线
3、： 纯溶剂逐步冷却时，体系温度随时间均匀下降，到某一温度时有固体析出，由于结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，因而保持固液两相平衡，当放热与散热达到平衡时，温度不再改变。在步冷曲线上呈现出一个平台； 当全部凝固后，温度又开始下降。从理论上来讲，对于纯溶剂，只要固液两相平衡共存，同时体系温度均匀，那么每次测定的凝固点值应该不变。但实际上由于过冷现象存在，往往每次测定值会有起伏。当过冷现象存在时，纯溶剂的步冷曲线如图1-1（1）所示。即先过冷后足够量的晶体产生时，大量的凝固热使体系温度回升，回升后在某一温度维持不变，此不变的温度作为纯溶剂的凝固点。,实验原理,稀溶液的步冷曲线： 稀溶
4、液凝固点测定也存在上述类似现象。 没有过冷现象存在时，溶液首先均匀降温，当某一温度有溶剂开始析出时，凝固热抵消了部分体系向环境的放热，在步冷曲线上表现为一转折点，此温度即为该平衡浓度稀溶液的凝固点，随着溶剂析出，凝固点逐渐降低。 但溶液的过冷现象普遍存在。当某一浓度的溶液逐渐冷却成过冷溶液，通过搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，当凝固放热与体系散热达到平衡时，温度不再回升。此固液两相共存的平衡温度即为溶液的凝固点。,实验原理,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
5、。 上述也可从相律分析，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。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，其形状如图1-1(1)所示。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，如图1-1(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1-1(2)中所示方法加以校正。但由于冷却曲线不易测出，而真正的平衡浓度又难于直接测定，实验总是用稀溶液，并控制条件使其晶体析出量很少，所以以起始浓度代替平衡浓度，对
6、测定结果不会产生显著影响。,仪器和试剂,凝固点测定仪 1套 烧杯 2个 数字式贝克曼温度计 1台 放大镜 1个 普通温度计(050) 1只 压片机 1个 移液管(50mL) 1只 蔗糖(AR) 粗盐(AR),实验步骤,1. 纯水凝固点的测定,2. 蔗糖-水溶液凝固点的测定,(1) 调节寒剂(冷却剂)的温度 取适量粗盐与冰水混合，使寒剂温度为-2-3，在实验过程中不断搅拌，使寒剂保持此温度。 (2) 溶剂凝固点的测定 1)仪器装置如图1-2所示。用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入50mL纯水，并记下水的温度，插入贝克曼温度计探头，不要碰壁与触底。 2)先将盛水的凝固点管直接插入寒剂中，均匀搅拌
7、，使水的温度逐渐降低，当冷到0.7以后，要快速搅拌(以搅棒下端擦管底)，幅度要尽可能的小，待温度回升后，恢复原来的搅拌速度，同时观察贝克曼温度计读数，直到温度回升稳定为止，此温度即为水的近似凝固点。,实验步骤,1. 纯水凝固点的测定,实验步骤,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，将凝固点管放在空气套管中，缓慢搅拌，使温度逐渐降低，当温度降至近似凝固点时，自支管加入少量晶种，并快速搅拌(在液体上部)，待温度回升后，再改为缓慢搅拌。直到温度回升到稳定为止，记下稳定的温度值，重复测定三次，每次之差不超过0.006，三次平均值作为纯水的凝固点。,实验步骤,2 溶液凝固
8、点的测定 取出凝固点管，如前将管中冰溶化，用压片机将蔗糖压成片，用分析天平精确称重(约0.5 g)，自凝固点管的支管加入样品，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，但溶液凝固点是取回升后所达到的最高温度。重复三次，取平均值。 用同样的方法测定重量近似的第二片蔗糖片形成的溶液的凝固点。,凝固点测定装置,数据处理,1. 分别将纯水，蔗糖-水溶液的凝固点测定结果列于下表中。,2.以温度为纵坐标，时间为横坐标，作出冷却曲线图，求出Tf* ，Tf 及 Tf 。3. 计算蔗糖的摩尔质量M,实验评注与拓展,本实验成功的关键点有下述几方面： （1）搅拌速度的控制是
9、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。 (2) 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。 (3) 纯水过冷度约0.71(视搅拌快慢)，为了减少过冷度，而加入少量晶种，每次加入晶种大小应尽量一致。,实验评注与拓展,拓展： 凝固点降低时稀溶液的依数性质，降低值的多少直接反映溶液中溶质有效质点的数目。如果溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和生成络合物等情况，均影响溶质在溶剂中的表观分子量。因此，凝固点降低法还可用来测定弱电解质的电离度、溶质的缔合度、活度及活度系数等。 另外，利用凝固点降低这个性质，在科研中还可用来鉴定物质的纯度及求物质的熔化热；在冶金领域还可配制低熔点合金。,提问与思考,(1) 为什么要先测近似凝固点？ (2) 根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？(3)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？(4)溶液浓度太稀或太浓对实验结果有什么影响？为什么？(5)若溶质在溶液中产生离解、缔合等现象时，对实验结果有何影响？(6) 试分析引起实验误差的最主要的原因是什么？,
