1、無華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹繙y(cè)定環(huán)己烷的凝固點(diǎn)降低值，計(jì)算萘的分子量。掌握溶液凝固點(diǎn)的測(cè)定技術(shù)。技能要求：掌握冰點(diǎn)降低測(cè)定管、數(shù)字溫差儀的使用方法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作圖處理方法。【實(shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)原理】1、凝固點(diǎn)降低法測(cè)分子量的原理化合物的分子量是一個(gè)重要的物理化學(xué)參數(shù)。用凝固點(diǎn)降低法測(cè)定物質(zhì)的分子量是一種簡(jiǎn)單而又比較準(zhǔn)確的方法。稀溶液有依數(shù)性，凝固點(diǎn)降低是依數(shù)性的一種表現(xiàn)。稀溶液的凝固點(diǎn)降低（對(duì)析出物是純?nèi)軇┑捏w系）與溶液中物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系式為：Tf= Tf*-Tf= KfmB(1)*式中，Tf*為純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，Tf 為溶液的凝固點(diǎn)，mB 為溶液中溶質(zhì)

2、B 的質(zhì)量摩爾濃度，Kf 為溶劑的質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它的數(shù)值僅與溶劑的性質(zhì)有關(guān)。已知某溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf,并測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)降低值T， 若稱取一定量的溶質(zhì)WB(g)和溶劑WA(g)，配成稀溶液，則此溶液的質(zhì)量摩爾濃度mB 為:3ABBB10WMWmmol/kg(2)將(2)式代入(1)式，則：3AfBfB10WTWKMg/mol(3)表 1幾種溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)值溶劑水醋酸苯環(huán)己烷環(huán)己醇萘三溴甲烷T*f/K273.15289.75278.65279.65297.05383.5280.95Kf/(Kkgmol-1)1.863.905.122039.36.914.4因此，只要稱得一定

3、量的溶質(zhì)（WB）和溶劑（WA）配成一稀溶液，分別測(cè)純?nèi)軇┖拖∪芤旱哪厅c(diǎn)，求得Tf，再查得溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)，代入(3)式即可求得溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。* 當(dāng)溶質(zhì)在溶液里有解離、締合、溶劑化或形成配合物等情況時(shí)，不適用上式計(jì)算，一般只適用于強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液。2、凝固點(diǎn)測(cè)量原理純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)是它的液相和固相共存時(shí)的平衡溫度。若將純?nèi)軇┚徛鋮s，理論上得到它的步冷曲線如圖中的 A , 但但實(shí)際的過程往往會(huì)發(fā)生過冷現(xiàn)象，液體的溫度會(huì)下降到凝固點(diǎn)以下，待固體析出后無會(huì)慢慢放出凝固熱使體系的溫度回到平衡溫度，待液體全部凝固之后，溫度逐漸下降，如圖中的 B。 圖中平行于橫坐標(biāo)的 CD 線所對(duì)應(yīng)的溫度值即為純?nèi)軇?/p>

4、的凝固點(diǎn)Tf*。溶液的凝固點(diǎn)是該溶液的液相與純?nèi)軇┑墓滔嗥胶夤泊娴臏囟取Ｈ芤旱哪厅c(diǎn)很難精確測(cè)量，當(dāng)溶液逐漸冷卻時(shí)，其步冷曲線與純?nèi)軇┎煌鐖D中 III 、IV 。由于有部分溶劑凝固析出，使剩余溶液的濃度增大，因而剩余溶液與溶劑固相的平衡溫度也在下降，冷卻曲線不會(huì)出現(xiàn)“平階”，而是出現(xiàn)一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為凝固點(diǎn)（III 曲線的形狀） 。當(dāng)出現(xiàn)過冷時(shí)，則出現(xiàn)圖 IV 的形狀，此時(shí)可以將溫度回升的最高值近似的作為溶液的凝固點(diǎn)。3、測(cè)量過程中過冷的影響在測(cè)量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準(zhǔn)確測(cè)定溶液的凝固點(diǎn)。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，就會(huì)出現(xiàn)圖

5、中 V 曲線的形狀，使測(cè)量值偏低。在過程中可通過加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制冷,同時(shí)需要按照?qǐng)D中曲線 V 所示的方法校正。【儀器藥品】【儀器藥品】SWC-LG 凝固點(diǎn)測(cè)定儀 1 套;數(shù)字貝克曼溫度計(jì); 普通溫度計(jì)(050);移液管(50mL)1 只；洗耳球；精密溫度計(jì)、分析天平、臺(tái)秤、燒杯；20mL 移液管一支；純萘；環(huán)己烷（分析純） ；碎冰【實(shí)驗(yàn)步驟】【實(shí)驗(yàn)步驟】1、接好傳感器, 插入電源。2、打開電源開關(guān)，溫度顯示為實(shí)時(shí)溫度，溫差顯示為以 20 度為基準(zhǔn)的差值（但在 10 度以下顯示的是實(shí)際溫度） 。3、鎖定基溫選擇量程：將傳感器插入水浴槽，調(diào)節(jié)寒劑溫度低于測(cè)定溶液凝固點(diǎn)的 2-

6、3 度，此實(shí)驗(yàn)寒劑溫度為 3.5-4.5 度，然后將空氣套管插入槽中，按下鎖定鍵。4、用 20ml 移液管準(zhǔn)確移取 20ml 環(huán)己烷加入凝固點(diǎn)測(cè)定試管中，橡膠塞塞緊，插入傳感器。5、將凝固點(diǎn)試管直接插入寒劑槽中，觀察溫差，直至溫度顯示穩(wěn)定不變，此時(shí)溫度就是環(huán)己烷的初無測(cè)凝固點(diǎn)。6、取出凝固點(diǎn)測(cè)定試管，用掌心加熱使環(huán)己烷熔化，再次插入寒劑槽中，緩慢攪拌，當(dāng)溫度降低到高于初測(cè)凝固點(diǎn)的 0.5 度時(shí)，迅速將試管取出、擦干，插入空氣套管中，記錄溫度顯示數(shù)值。每 15 秒記錄一次溫度。* 攪拌速度調(diào)節(jié)：剛開始緩慢攪拌，在溫度低于初測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，加速攪拌，待溫度上升時(shí)，又恢復(fù)緩慢攪拌。7、重復(fù)第 6 步平行

7、再做 2 次。8、溶液凝固點(diǎn)測(cè)定：稱取 0.15-0.20 g 萘片加入凝固點(diǎn)測(cè)定試管，待完全溶解后，重復(fù)以上 6、7、8 步驟。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，拔掉電源插頭。【注意事項(xiàng)】【注意事項(xiàng)】1、在測(cè)量過程中，析出的固體越少越好，以減少溶液濃度的變化，才能準(zhǔn)確測(cè)定溶液的凝固點(diǎn)。若過冷太甚，溶劑凝固越多，溶液的濃度變化太大，使測(cè)量值偏低。在過程中可通過加速攪拌、控制過冷溫度，加入晶種等控制過冷度。2、攪拌速度的控制和溫度溫差儀的粗細(xì)調(diào)的固定是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，每次測(cè)定應(yīng)按要求的速度攪拌，并且測(cè)溶劑與溶液凝固點(diǎn)時(shí)攪拌條件要完全一致。溫度-溫差儀的粗細(xì)調(diào)一經(jīng)確定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不能再變。3、純水過冷度約 0.

8、71(視攪拌快慢)，為了減少過冷度，而加入少量晶種，每次加入晶種大小應(yīng)盡量一致。4、冷卻溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大影響，過高會(huì)導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測(cè)不出正確的凝固點(diǎn)。5、凝固點(diǎn)的確定較為困難。先測(cè)一個(gè)近似凝固點(diǎn)，精確測(cè)量時(shí)，在接近近似凝固點(diǎn)時(shí)，降溫速度要減慢，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌。6、千萬不要過冷，若過冷太甚，凝固的溶劑過多，溶液的濃度變化過大，所得凝固點(diǎn)偏低。7、溶液的冷卻曲線與純?nèi)軇┑睦鋮s曲線不同，不出現(xiàn)平臺(tái)，只出現(xiàn)拐點(diǎn)，即當(dāng)析出固相，溫度回升到平衡溫度后，不能保持一定值，因?yàn)椴糠秩軇┠毯螅Ｓ嗳芤旱臐舛戎饾u增大，平衡溫度要逐漸下降。8、用凝固點(diǎn)降低法測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量只適用于非揮發(fā)性溶質(zhì)且非電解

9、質(zhì)的稀溶液。9、插入貝克曼溫度計(jì)不要碰壁與觸底。【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理】【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理】1、數(shù)據(jù)記錄大氣壓：1025.4Hpa溫度：22.3 環(huán)己烷近似凝固點(diǎn)：6.5 稱量的萘的質(zhì)量：m=0.2368g無2、數(shù)據(jù)處理由環(huán)己烷的密度，計(jì)算所取環(huán)己烷的重量 WA。室溫 t 時(shí)環(huán)己烷密度計(jì)算公式為tgcm-30.795678.4110-4t1.3810-5t2室溫為 22.3時(shí)，環(huán)己烷的密度為：t0.7762 gcm-3環(huán)己烷質(zhì)量為：WAV t20.000.776215.52 g將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表 2 中表 2 凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物質(zhì)質(zhì)量/ g凝固點(diǎn)/凝固點(diǎn)降低值/測(cè)量值平均值環(huán)己烷15.49 g

10、7.0007.0026.8126.9382.008萘0.1925 g5.1724.8254.7944.930由所得數(shù)據(jù)計(jì)算萘的分子量:Kf20 Kkg/mol3AfBfB10WTWKMg 151.97 g/mol查文獻(xiàn)可得：萘的相對(duì)分子質(zhì)量為 128.18相對(duì)誤差為 18.6%。根據(jù)四組數(shù)據(jù)作出的冷卻曲線圖。無圖 1 環(huán)己烷溶劑的冷卻曲線（I）圖 2 環(huán)己烷溶劑的冷卻曲線（II）圖 3 環(huán)己烷溶劑的冷卻曲線（III）無圖 4 環(huán)己烷與萘混合溶液的冷卻曲線（I）圖 5 環(huán)己烷與萘混合溶液的冷卻曲線（II）圖 6 環(huán)己烷與萘混合溶液的冷卻曲線（III）【實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論】【實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論】本實(shí)驗(yàn)結(jié)果

11、的相對(duì)誤差為 18.6%。主要原因可能有：1、系統(tǒng)誤差：無實(shí)驗(yàn)儀器的誤差：因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)需要用到的溫度是純的環(huán)己烷溶液的凝固點(diǎn)與環(huán)己烷的萘溶液的凝固點(diǎn)的差值，如果本身儀器的讀數(shù)與環(huán)境實(shí)際溫度存在單向的偏差，而我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候沒有校正，就會(huì)帶來偏差，又由于計(jì)算的過程用的是凝固點(diǎn)的差值，所以偏差就可以相互抵消，從而沒有造成太大的影響。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可讓測(cè)定儀的探頭與冰浴接觸，得到一個(gè)讀數(shù)，同時(shí)在冰浴槽中放入一支溫度計(jì)，對(duì)比兩者的溫度差值，就可以得到該儀器的溫度偏差讀數(shù)，最后在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，就可以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性。讀數(shù)的誤差：由于大部分曲線并沒有如理論上那樣存在過冷點(diǎn)或者平

12、臺(tái)，故采用近似擬合的方法求出凝固點(diǎn)：作出曲線中兩段不同斜率的線段的延長(zhǎng)線，取兩條延長(zhǎng)線的焦點(diǎn)的 x 軸的值作為其凝固點(diǎn)。該讀數(shù)方法存在一定的誤差。藥品的誤差：實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)己烷并沒有完全凝固，特別是在加入了萘以后。說明環(huán)己烷不純，或者萘在空氣中暴露的時(shí)間過長(zhǎng)，吸收了空氣中的水分，影響環(huán)己烷的凝固。2、隨機(jī)誤差：本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的成敗關(guān)鍵是控制過冷程度和攪拌速度。理論上，在恒壓條件下純?nèi)軇w系只要兩相平衡共存就可達(dá)到平衡溫度。但實(shí)際上只有固相充分分散到液相中，也就是固液兩相的接觸面相當(dāng)大時(shí)，平衡才能達(dá)到。如凝固點(diǎn)管置于空氣套管中，溫度不斷降低達(dá)到凝固點(diǎn)后，由于固相是逐漸析出的，此時(shí)若凝固熱放出速度小于冷卻所

13、吸收的熱量，則體系溫度將不斷降低，產(chǎn)生過冷現(xiàn)象。這時(shí)應(yīng)控制過冷程度，采取突然攪拌的方式，使驟然析出的大量微小結(jié)晶得以保證兩相的充分接觸，從而測(cè)得固液兩相共存的平衡溫度。為判斷過冷程度，本實(shí)驗(yàn)先測(cè)近似凝固點(diǎn)；為使過冷狀況下大量微晶析出，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)定一定的攪拌方式。對(duì)于兩組分的溶液體系，由于凝固的溶劑量多少會(huì)直接影響溶液的濃度，因此控制過冷程度和確定攪拌速度就更為重要。本實(shí)驗(yàn)由于儀器固定了攪拌速度，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可能產(chǎn)生一定誤差。冰槽的很難控制在理想的溫度。過高會(huì)導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測(cè)不出正確的凝固點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)也產(chǎn)生誤差。實(shí)驗(yàn)時(shí)冰槽加入的冰過多，導(dǎo)致溫度過低。【提問與思考】【提問與思考】為什么要先測(cè)

14、近似凝固點(diǎn)答：因?yàn)槟厅c(diǎn)的確定比較困難，先測(cè)一個(gè)近似凝固點(diǎn)，精確測(cè)量時(shí)，在接近近似凝固點(diǎn)時(shí)，降溫速度要減慢，到凝固點(diǎn)時(shí)快速攪拌。 先測(cè)近似凝固點(diǎn)，可以在測(cè)后面凝固點(diǎn)時(shí)減小誤差，使誤差范圍小于 0.006以內(nèi)，保證測(cè)定值得精確根據(jù)什么原則考慮加入溶質(zhì)的量？太多或太少影響如何？答：根據(jù)稀溶液依數(shù)性范圍確定，太多不符合稀溶液，太少凝固點(diǎn)下不明顯。測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，純?nèi)軇囟然厣笥幸缓愣A段，而溶液則沒有，為什么？答：從相律分析，溶劑與溶液的冷卻曲線不同。對(duì)純?nèi)軇﹥上喙泊鏁r(shí)，自由度 f =1-2+1=0.冷卻曲線出現(xiàn)水平線段。對(duì)溶液兩相共存時(shí)，自由度 f =2-2+1=1，溫度仍可下降，但由于溶劑凝固時(shí)放出凝固熱，使溫度回升，但回升到最高點(diǎn)又開始下降，所以冷卻曲線不出現(xiàn)水平線段。影響凝固點(diǎn)精確測(cè)量的因素有哪些？無答：溶液過冷程度控制；冰水浴溫度控制在 3。50C 左右；攪拌速度控制，溫度升高，快速攪拌；溶劑溶質(zhì)精確測(cè)量，濃度不能太高。當(dāng)溶質(zhì)在溶液中有離解、締合和生成配合的情況時(shí)，對(duì)其摩爾質(zhì)量的測(cè)定值有何影響？答：由于凝固點(diǎn)下降公式是對(duì)于理想溶液和濃度很小的稀溶液，要求溶質(zhì)在溶