凝固点降低法测定物质的摩尔质量
实验五 凝固点降低法测定物质的摩尔质量
一、目的
1、用贝克曼冰点下降测定器测定纯水及各种已知浓度的凝固点，由此推求蔗糖的摩尔质量。
2、掌握溶液凝固点的测定技术。 3、学会使用贝克曼温度计。
二、基本原理
溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，这是自然界的较为普遍现象，根据溶液热力学推证得：对理想稀溶液来说，凝固点的下降数值与溶质的质量摩尔浓度成正比。即：
∆Tf=Tf−Tf=kfb2 (1)
式中：Tf：纯溶剂凝固点 Tf：溶液凝固点
kf：凝固点下降常数(以水为溶剂时，其kf＝1.862K·kg·mol-1)
b2：溶质的质量摩尔浓度
若称得质量为m2的溶质溶于质量为m1的溶剂中，则溶质的质量摩尔浓度为：
*
*
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工科基础化学实验系列教材 物理化学实验
b2=
m2M2m2
= (2) m1m1M2
式中M2为溶质的摩尔质量。将(2)代入(1)式中整理后得：
M2=
kf∆Tf
⋅
m2
(3) m1
从(3)看出，如已知溶剂的kf 值，则只要求得△Tf , 溶质的摩尔质量即可算出。因此，本实验的关键是准确测定溶剂及溶液的凝固点。
纯溶剂的凝固点是它的液相和固相平衡共存的温度，溶液的凝固点是该溶液的液相与溶剂的固相平衡共存的温度。在一定外压下，溶液的凝固点随溶液浓度增大而降低。若将纯溶剂或溶液逐步冷却，其各类冷却曲线见图5-1。
图5-1
Ⅰ,Ⅱ为纯溶剂的冷却曲线。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ为溶液的冷却曲线
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凝固点降低法测定物质的摩尔质量
在实际过程中,往往出现如图5-1中Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ中的过冷现象.所谓过冷现象,即是将液体缓慢冷却到凝固点以下时,并无固相立即析出,而过冷液体是热力学的不稳定状态; 经搅拌可析出固体, 放出的凝固潜热使液体温度回升,直到液相与固相达成平衡.由图可以看出,实验中稍有过冷现象(如图5-1·Ⅳ),则所测凝固点偏差不大,对分子量测定无显著影响,如过冷严重(如图5-1·Ⅴ),则所测之凝固点将偏低,影响分子量的测定结果.因此在测定过程中尽可能减轻过冷程度(如搅拌溶液、采用内外管装置等)。
三、仪器及药品
贝克曼温度计
1支
• 3 •
1
标准温度计(0～50℃)10
1支
烧杯1000ml,250ml
各1个
贝克曼冰点下降测定器
1套(如图5-2) 移液管25ml,5ml
各1支
带铁夹的铁架台
1个
蔗糖(AR)及滤纸、粗食盐、冰块若干
工科基础化学实验系列教材 物理化学实验
称量瓶
1个
四、实验步骤
1、调好贝克曼温度计(在教师指导下操作):
将贝氏温度计水银球浸入冰水混合液(0℃)的烧杯中按附录2-1所示调节方法调节,直到使贝氏温度计读数调在4~5刻度之间。调节好后将其靠牢在铁架台的铁夹中,其水银球部在使用前一直插在冰水中,以备随时取用。
2、装好贝克曼冰点下降测定器
(1)按图5-2装置。首先把冰块捣成约2cm3大小的碎块,然后将冰块轻轻送至冰瓶底部,约装入4cm高的冰块后,用五个手指摄一撮粗盐均匀撒在冰块上。将洗净烘干的贝氏测定器外管架在冰瓶中间,然后在外管周围再加入4cm高的冰块,再摄一撮盐均匀撒在周围,如此重复操作,直至外管周围被冰盐混合物包围,但注意外管内不能掉入冰盐混合物。
(2)用移液管准确地吸取25.00ml蒸馏水,注入冼净烘干的内管中(见图5-2),并插入干净的搅拌器及一支干净的0~50℃的
1标10
准温度计。将内管插到1000ml的冰盐水混合液中一边搅拌,一边冷却,直至冷却至0.5℃左右,取出0~50℃温度计,将备用的贝氏温度计擦净后插入内管,塞好橡皮塞(注意温度计不要和玻璃壁相碰,亦不要与搅拌器相摩擦)。迅速将装好的内管从冰盐水中取出,擦净其外壁,架入外管中,到此装置完毕。
3、测定蒸馏水凝固点
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凝固点降低法测定物质的摩尔质量
首先用搅拌器均匀地上下搅拌, 同时注意勿使溶液溅到上部管壁或塞上。待管内温度下降至贝氏温度计有刻度可读时开始读数、记录。每隔30秒钟读记温度一次。一直记录到完成类似图5~1中Ⅰ或Ⅱ冷却曲线为止。曲线中一般约有十个左右连续不变的T值即为Tf值。(注意:此值实质就相当于0℃)。数据记录完毕后将内管取出,用手指握管同时轻轻搅拌,以手温或室温使管内冰块完全融化后取出贝氏温度计放稳在冰水烧杯中浸泡备用。
4、测不同浓度下蔗糖溶液的凝固点
(1)用称量瓶在分析天平上称取5克左右的蔗糖,准确至0.001克。用长纸槽小心地将其送入上述蒸馏水中搅拌,直至蔗糖全部溶解后,将内管插入烧杯中冷至摄氏0.5℃,然后按图(5-2)装好装置。以测纯水的凝固点的同样方法测定其凝固点。稍有不同的是所完成的曲线应是类似于图5-1中的Ⅳ或Ⅴ,数据的终止记录应以完成曲线为准。应注意ab段至少读十五个下降的数据。
(2)用移液管准确地移取5.00ml蒸馏水,将其从支管口注入到内管中,注意避开贝氏温度计而注入。然后用手指加热内管,并搅拌使内管中冰融化,即可以开始测其凝固点,完成该浓度溶液的冷却曲线。
用以上同样量的蒸馏水、同样的方法,分别再测两次浓度稀释后溶液的凝固点,完成各浓度溶液的冷却曲线。即共加入蒸馏水三次,每次5ml。
0
五、数据记录和结果处理
1、以时间为横坐标，温度为纵坐标，作出每次实验的冷却
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工科基础化学实验系列教材 物理化学实验
曲线，求纯水冰点和四个浓度的蔗糖溶液的凝固点及ΔTf。
2、按(3)式分别计算出各个浓度下的蔗糖分子量,然后以M2
为纵坐标,b2为横坐标作图,用外推法求出b2→0时的蔗糖分子量。如果误差太大,就用平均法求出蔗糖分子量。
3、将求得结果与蔗糖分子量的理论值(342.3)比较, 求相对误差, 并进行误差讨论。
六、思考题
1、凝固点降低法测分子量的公式在什么条件下才能应用？ 2、在冷却过程中,测凝固点时内管中液体有哪些热交换存在?它们对凝固点的测定有何影响?
七、注意事项
1、贝氏温度计属精密贵重玻璃仪器,注意轻拿轻放、放牢靠。实验完毕最先取出贝氏温度计放稳。切勿在实验过程中将其倒置或撞碰、跌落。
2、本实验测定过程中常有过冷现象产生，其溶液的凝固点是在过冷曲线上升后的下降曲线的反向延长线与过冷前的下降曲线相交点处。
3、实验中的搅拌要连续、均匀。上下搅拌幅度大致与液体高度一致。
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