凝固点降低法测物质分子量

实验二 凝固点降低法测定物质的相对分子质量

一．实验目的

1. 用凝固点降低法测定萘的相对摩尔质量； 2. 掌握溶液凝固点测定技术；

3. 通过实验加深对稀溶液依数性质的理解。

二．实验原理

1. 稀溶液的依数性 （1）、溶液的蒸气压下降：Δp = poxB ≈ poMAbB = KbB （2）、溶液的沸点升高：ΔTb = kbbB （3）、溶液的凝固点降低：ΔTf = kfbB

（4）、溶液的渗透压力：Π = cBRT

利用溶液的沸点升高和凝固点降低都可以测定溶质的相对分子质量，但通常都用凝固点降低法。

原因：Kf > Kb ， Tb > Tf

2. 凝固点降低原理

含非挥发性溶质的二组分稀溶液（当溶剂与溶质不生成固溶体时）的凝固点将低于纯溶剂的凝固点。这是稀溶液的依数性质之一，当指定了溶剂的种类和数量后，凝固点降低值取决于所含溶质分子的数目，即溶剂的凝固点降低值与溶液的浓度成正比： T?T0?T?Kfm

这就是稀溶液的凝固点降低公式。

式中：T0为溶剂的凝固点；T为溶液的凝固点；Kf为质量摩尔凝固点降低常数，简称为凝固点降低常数；m 为溶质的质量摩尔浓度。 上式又可整理为：M?K1000gfT?G

式中：M为溶质的摩尔质量（单位为g·mol-1）；g和W分别表示溶质和溶剂的质量（单位为g）。

3. 实验测量原理

如已知溶剂的凝固点值，则可通过实验求出ΔT值，利用（2）式求溶质的相对分子质量。 需要注意，如溶质在溶液中发生解离或缔合等情况，则不能简单地应用公式（2）加以计算。浓度稍高时，已不是稀溶液，致使测得的相对分子质量随浓度的不同而变化。

为了获得比较准确的分子量数据，常用外推法，即以（2）式中所求得的相对分子质量为纵坐标，以溶液浓度为横坐标作图，外推至浓度为零而求得较准确的相对分子质量数值。 通常测凝固点的方法是将已知浓度的溶液(或溶剂)逐步冷却，记录一定时刻体系的温度，并绘出冷却曲线。纯溶剂的凝固点是它的液相和固相共存时的平衡温度，在冷却曲线上为水平线所处之温度。但将在实际冷却过程中，常发生过冷现象，在开始析出固体后温度才回升并会稳定一段时间，在冷却曲线水平线段的左端出现一向下弯曲的曲线。溶液的凝固点是该溶液的液相和溶剂的固相共存时的平衡温度。若将溶液逐步冷却，随着溶剂固体的析出，冷却曲线出现转折点，若适当控制冷却速率(如∶ 控制寒剂的温度或搅拌速度等)，使得过冷现

象不严重，可得到较好的实验结果，否则实验结果将偏低。

三．仪器与试剂

仪器：冷冻管，空气套管，大烧杯，贝克曼温度计，25ml移液管，水银温度计，搅拌棒等。

药品：环己烷，萘，冰块。

四．实验步骤：

1．将中的内管洗净烘干;

2．冰槽中放入适量的冰和冷水，在实验过程中用搅拌棒经常搅拌并间断地补充少量的冰，使寒剂的温度保持恒定。将外管插入冰浴中。

3． 将电阻温度计插入搅拌器，打开数字贝克曼温度计和凝固点测定仪的电源，预热数分钟。记录数字贝克曼温度计上显示的室温。

4．用移液管取25ml环己烷注入内管，放入凝固点测定仪的外管中，并插入带有电阻温度计的搅拌器。打开搅拌器电源开关； 5.待温度显示为9℃左右时开始记录数据。一般为20秒记一次，直至温度稳定。取出内管，用手温热环已烷晶体，使之熔化，再插入外管中，重复上述数据记录步骤。重复测定2～3次，要求溶剂凝固点的绝对平均误差小于0.01℃；

6．取出内管，用手温热环己烷晶体，使之熔化。准确称0.15克左右的萘，自支管H中加入内管中，搅拌使其全部溶解。然后按照测定环己烷凝固点的操作方法(步骤5)测定萘溶液的凝固点。

五．实验结果与数据处理

表一：环己烷冷却温度

时间：20S 第一组温度：℃ 第二组温度：℃ 第三组温度：℃ 时间：20S 第一组温度：℃ 第二组温度：℃ 第三组温度：℃ 时间：20S 第一组温度：℃

1 8.3 8.3 8.34 9 6.6 6.59 6.58 17 6.58

2 7.99 7.99 8.04 10 6.6 6.59 6.59 18 6.58

3 7.7 7.69 7.74 11 6.6 6.59 6.59 19 6.59

4 7.41 7.42 7.47 12 6.6 6.59 6.59 20 6.61

5 7.19 7.15 7.2 13 6.59 6.59 6.59

6 7.01 6.88 6.95 14 6.59

7 6.81 6.66 6.72 15 6.59

8 6.65 6.54 6.54 16 6.59

表二：环己烷加奈后溶液冷却温度

时间：20S 加奈冷凝温度℃ 时间：20S 加奈冷凝温度℃ 时间：20S 加奈冷凝温度℃

1 7 9 5.39

2 6.79 10 5.21

3 6.57 11 5.04

4 6.36 12 4.89

5 6.15 13 4.73 21

6 5.96 14 4.59 22

7 5.77 15 4.47 23

8 5.58 16 4.34 24

17 4.25 18 4.26 19 4.25 20 4.23

4.21 4.19 4.17 4.15

1. 作出环己烷冷却曲线。

2.作出加奈冷却曲线

纯环己烷的凝固点：Tf?6.59℃， 加奈溶液的凝固点：Tf?4.25℃， 则，Tf?2.34℃,

环己烷的密度：ρ =0.7850kg/m3??(室温为12℃），则 G环己烷?19.625g， 萘的质量：M=0.2883g, 环己烷凝固点降低常数：Kf??20.20K?Kg/mol，

代入公式即可得实验测得萘的分子量为：M=126.80g/mol, 萘的分子量的理论值为：M。=128.17 g/mol 相对误差为：E=1.07% 在允许范围之内。

六．注意事项

1. 实验所有的内套管必须结晶干燥。调好贝克曼温度计一定还要先擦去水银球上的水，然后再插入已经冷却的内套管。

2. 最好用压片或整块的样品，如用粉状物，要防止黏在冷冻管壁上。

3. 贝克曼温度计取出时，应垫高上端放在盒子里，防止水银柱与贮汞槽水银相接。

七．思考题

1.精确测量的因素有哪些？

答：称量误差、测量误差；控制过冷程度、搅拌速率，溶剂苯的纯度、温度计读数等。

2.当溶质在溶液中有解离、缔合和生成络合物时，对分子量的测定有何影响？

答：有离解时，测量出浓度m偏大，m＝g/M，测出的分子量偏小，发出负偏差。

有缔合和生成络合物时，测量m编小，测出的分子量偏大，发出正偏差。 3.用凝固点降低法测相对分子量的公式在什么条件下适用？ 答：溶液要是稀溶液。

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