1 凝固点降低法测定萘的摩尔质量

1 实验一 凝固点降低法测定摩尔质量 目的要求 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 实验原理 非挥发性溶质二组分溶液 其稀溶液具有依数性 凝固点降低就是依数性的一种表现 根据凝固点降低的数值 可以求溶质的摩尔质量 对于稀溶液 如果溶质和溶剂不生成固 溶体 固态是纯的溶剂 在一定压力下 固体溶剂与溶液成平衡的温度叫做溶液的凝固点 溶剂中加入溶质时 溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低 那么其凝固点降低值 T f 与溶质 的质量摩尔浓度 b 成正比 Tf Tf0 Tf Kfb 1 式中 T f0 纯溶剂的凝固点 Tf 浓度为 b 的溶液的凝固点 Kf 溶剂的凝固点降低常数 若已知某种溶剂的凝固点降低常数 Kf 并测得溶剂和溶质的质量分别为 mA mB 的稀 溶液的凝固点降低值 Tf 则可通过下式计算溶质的摩尔质量 MB 2 AfBmM 式中 Kf 的单位为 K kg mol 1 凝固点降低值的大小 直接反映了溶液中溶质有效质点的数目 如果溶质在溶液中有 离解 缔合 溶剂化和配合物生成等情况 这些均影响溶质在溶剂中的表观分子量 因此 凝固点降低法也可用来研究溶液的一些性质 例如电解质的电离度 溶质的缔合度 活度 和活度系数等 纯溶剂的凝固点为其液相和固相共存的平衡温度 若将液态的纯溶剂逐步冷却 在未 凝固前温度将随时间均匀下降 开始凝固后因放出凝固热而补偿了热损失 体系将保持液 一固两相共存的平衡温度而不变 直至全部凝固 温度再继续下降 其冷却曲线如图 1 中 1 所示 但实际过程中 当液体温度达到或稍低于其凝固点时 晶体并不析出 这就是所 谓的过冷现象 此时若加以搅拌或加入晶种 促使晶核产生 则大量晶体会迅速形成 并 放出凝固热 使体系温度迅速回升到稳定的平衡温度 待液体全部凝固后温度再逐渐下降 冷却曲线如图 1 中 2 345t sT 外 推 凝 固 点 溶 液 冷 却 曲 线纯 溶 剂 冷 却 曲 线 图 1 纯溶剂和溶液的冷却曲线 图 2 外推法求纯溶剂和溶液的凝固点 2 溶液的凝固点是该溶液与溶剂的固相共存的平衡温度 其冷却曲线与纯溶剂不同 当 有溶剂凝固析出时 剩余溶液的浓度逐渐增大 因而溶液的凝固点也逐渐下降 因有凝固 热放出 冷却曲线的斜率发生变化 即温度的下降速度变慢 如图 1 中 3 所示 本实验要 测定已知浓度溶液的凝固点 如果溶液过冷程度不大 析出固体溶剂的量很少 对原始溶 液浓度影响不大 则以过冷回升的最高温度作为该溶液的凝固点 如图 1 中 4 所示 确定凝固点的另一种方法是外推法 如图 2 所示 首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却 曲线 作曲线后面部分 已经有固体析出 的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交 其交点就是凝固点 仪器试剂 凝固点样品管 内管 凝固点管塞 凝固点管套管 外管 小搅拌杆 大搅拌杆 水浴缸 精密电子温差仪 水浴缸盖 温度计 移液管 25ml 洗耳球 天平 0 0001g 锤子 毛巾 冰块 环己烷 A R 萘 A R 实验步骤 可以采用步冷曲线法测得凝固点降低值 T f 51426731 玻 璃 缸2玻 璃 套 管3凝 固 点 管4搅 拌 器5搅 拌 器6温 差 仪 探 头7冰 水 浴 温 度 计8精 密 温 差 仪 图 3 实验装置 通过作步冷曲线测得纯溶剂和溶液的凝固点 1 准备冰块 将冰从容器中取出 如何取 用布包好 用木锤砸成碎块备用 准备 冰水浴 温度控制在 3 以下 确保检查样品管 测温探头 移液管洁净干燥 可用少量环 己烷擦拭晾干 按图示将仪器安装好 2 纯溶剂环己烷凝固点的测定 记录室温 取 25 00ml 环己烷放入凝固点样品管中 将精密温差仪的测温探头插入凝固点管中 注意测温探头应位于环己烷液体的中间位置 将凝固点管直接放入冰水浴中 均匀缓慢地搅拌 1 2s 一次为宜 观察温度变化 当温 度显示基本不变或变化缓慢时 说明此时液相中开始析出固相 也就是环己烷的近似凝固 点 3 将凝固点管从冰水浴中拿出 用毛巾擦干管外壁的水 用手温热凝固点管使结晶完 全熔化 至精密温差仪显示约 6 7 将凝固点样品管放入作为空气浴的外套管中 均 3 匀缓慢搅拌 1 2s 一次为宜 定时读取并记录温度 温差仪每 10s 鸣响一次 可依此定 时读取温度值 当样品管里面液体中开始出现固体时 再继续操作 读数约 10min 注意 判断样品管中是否出现固体 不是直接观察样品管里面 而是从记录的温度数据上判断 即温度由下降较快变为基本不变的转折处 重复本步骤 1 次 4 溶液凝固点的测定 精确称取萘 0 1000 0 1200g 小心加入到凝固点管中的溶剂中 注意不要让萘粘在管壁 并使其完全溶解 注意在使萘溶解时 不得取出测温探头 溶液 的温度不得过高 以免超出精密温差测量仪的量程 5 待萘完全溶解形成溶液后 将凝固点管放入作为空气浴的外套管中 均匀缓慢搅拌 1 2s 一次为宜 定时读取记录温度 温差仪每 30s 鸣响一次 可依此定时读取温度值 当样品管里面液体中开始出现固体 是什么 时 再继续操作 读数约 10min 注意 判断样品管中是否出现固体 不是直接观察样品管里面 而是从记录的温度数据上判断 即温度由下降较快变为下降较慢的转折处 重复本步骤 1 次 6 实验完毕 将环己烷溶液倒入回收瓶 洗净凝固点样品管 晾干 数据处理 1 计算室温 t 时环己烷的密度 计算公式 g cm 3 0 7971 0 8879 10 3t 2 方法二 列表记录时间 温度数据 并画出纯溶剂和溶液的步冷曲线 用外推法求 凝固点 如图 2 所示 然后求出凝固点降低值 T f 计算萘的摩尔质量 注意事项 1 测温探头擦干后再插入凝固点管 不使用时注意妥善保护测温探头 2 加入固体样品时要小心 勿粘在壁上或撒在外面 以保证量的准确 3 熔化样品和溶解溶质时切勿升温过高 以防超出温差仪量程 思考问题 1 如溶质在溶液中离解 缔合和生成配合物 对摩尔质量测定值如何影响 2 加入溶质的量太多或太少有何影响 3 为什么会有过冷现象产生