凝固点下降法测定摩尔质量

一、实验目的：

1.通过实验，熟悉用凝固点下降法测定溶质的摩尔质量的方法，加深对稀溶液依数性的理解；

2.掌握溶液凝固点的测量技术。

二、实验原理：

溶液的液相与溶剂的固体成平衡时的温度称为溶液的凝固点。在溶液浓度很稀时，溶液凝固点降低值仅取决于所含溶质分子的数目，凝固点下降是稀溶液依数性的一种表现。

凝固点下降法测定化合物的摩尔质量是一个简单而又较为准确的方法。

若一难挥发的非电解质物质溶于纯液体中形成一种稀溶液，则此液的凝固点降低值与溶质的质量摩尔浓度成正比，即：

                                       (5-1)

式中：T₀、T分别为纯溶剂和溶液的凝固点；m_B、m_A分别为溶质、溶剂质量，M为溶质的摩尔质量；K_f为溶剂的凝固点降低常数，其值与溶剂的性质有关，以水作溶剂，则为1.86。

由于过冷现象的存在，纯溶剂的温度要降到凝固点以下才析出固体，然后温度再回升到凝固点。溶液冷却时，由于随着溶剂的析出，溶液浓度相应增大，故凝固点随溶剂的析出而不断下降，在冷却曲线上得不到温度不变的水平线段，一般地，溶液的凝固点应从冷却曲线上待温度回升后外推而得。因此，测定过程中应设法控制适当的过冷程度。

三、仪器和试剂：

仪器和材料：数字式精密温差测定仪；凝固点测定管；800mL、250mL烧杯各一只，移液管50mL、10mL各一支；保温瓶（内有棉絮适量）一只；干燥器，放大镜一只，温度计（±20℃）一支。

药品：尿素（A.R.）；NaCl。

四、实验步骤：

1．用分析天平称取0.250~0.300g的尿素二份，置于干燥器内。

2．将适量食盐，碎冰及水放入大烧杯中混合为冷浴，准确汲取60mL蒸馏水注入清洁干燥的凝固点管，并将其置于冷浴内。

3．按图装好搅拌器，数字式精密温差测定仪的探头应位于管中心，并保持冷浴温度在-2~-3℃左右。

4．调节温差测定仪，数字显示为“0”左右。

5. 用搅拌器不断搅拌液体，注意切勿使搅拌器与探头相摩擦，仔细观察温度变化情况，温度降低一定值，有冰析出，从冰浴中取出凝固点管，迅速擦干管外部，将其放入存有棉花的保温瓶内，四周用棉花裹住，缓慢均匀搅拌液体。温度在一定时间内保持不变时，即已达水的凝固点，记下此温度，作为水的近似凝固点。取出测定管以手温之，管中冰融化，重置冷浴中测定，当温度降至高于近似凝固点0.5℃时迅速取出凝固点管，擦干，将其放入存有棉花的保温瓶内，四周用棉花裹住，缓慢均匀搅拌液体。当温度降至接近凝固点时，迅速搅拌，以防过冷超过0.5℃。冰析出后，温度回升时改为缓慢搅拌，直至稳定，此温度为水的凝固点。重复三次，三次测定结果偏差不超过0.004℃。

6．取出测定管，使管中冰融化，加入第一份试样，使之全部溶解。测定溶液的凝固点的方法与测纯溶剂相同。不同的是，温度回升至最高温度后又下降，溶液凝固点是取过冷后回升所达到的最高温度（最好将冷却曲线外推）。如此重复三次后，再加入第二份试样，同样进行测定。  

五、数据处理：

室温     25       ℃；大气压     101.15       kPa

根据公式

1.      溶液“1”：

T₀=0.022℃，T= -0.128℃，∴ΔT= 0.150℃

又w₁=0.2869g

则M₁=1.86×(1000×0.2869)/（60×0.150）= 59.29 （g/mol）

百分误差：（60-59.29）/60 ×100％= 1.18％（尿素分子量 ：60）

2.  溶液“2”：

T₀=0.022℃，T= -0.109℃，∴ΔT= 0.131℃ 

又w₂= 0.2618g

则M₂= 1.86× (1000×0.2618)/（60×0.131）= 61.95

百分误差 (61.95- 60)/60 ×100％= 3.25％

六、注意事项：

1. 盐水冰浴的温度应不低于待测溶液凝固点3℃。

2. 测定溶液凝固点过程中，要注意防止过冷温度超过0.5℃，否则所得凝固点将偏低，影响分子量测定的结果。

3. 如用贝克曼温度计测定温差，则要注意水银球，防止搅拌不慎而打破。

七、思考题：为何产生过冷现象？

答：开始结冰时，晶体相对微小，微小晶体的饱和蒸汽压大，温度要降得更低，才能使水结冰，因此会产生过冷现象。

七、思考题

1、为了提高实验的准确度是否可用增加溶质浓度的方法增加值?

答案：不可以，溶质加的太多，不是稀溶液，就不能符合凝固点降低公式了。

2、冰浴温度过高或过低有什么不好?

答案：过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。

3、搅拌速度过快和过慢对实验有何影响？

答案：在温度逐渐降低过程中，搅拌过快，不易过冷，搅拌过慢，体系温度不均匀。温度回升时，搅拌过快，回升最高点因搅拌热而偏听偏高；过慢，溶液凝固点测量值偏低。所以搅拌的作用一是使体系温度均匀，二是供热（尤其是刮擦器壁），促进固体新相的形成。

4、根据什么原则考虑加入溶质的量，太多或太少会有何影响？

答案：根据稀溶液依数性，溶质加入量要少，而对于称量相对精密度来说，溶质又不能太少。

5、凝固点降低法测定摩尔质量使用范围内如何?

答案：：稀溶液

6、凝固点下降是根据什么相平衡体系和哪一类相线?

答案：二组分低共熔体系中的凝固点降低曲线，也称对某一物质饱和的析晶线

7、为什么要用空气套管，不用它对实验结果有何影响？

答案：减缓降温速率，防止过准予发生。

8、若溶质在溶液中有离解现象，对摩尔质量的测定值有何影响？

答案：因为凝固点下降多少直接影响，直接反映了溶液中溶质的质点数，所以当有离解时质点数增加，变大，而从公式可看出，会偏小。

9、为什么要初测物质的凝固点?

答案：防止过冷出现，节省时间

10、为什么会产生过冷现象?如何控制过冷程度?

答案：由于新相难以生成，加入晶种或控制搅拌速度

11、测定溶液的凝固点时必须减少过冷现象吗？

答案：若过冷严重，温度回升的最高温度不是原尝试溶液的凝固点,测得的凝固点偏低。

12、测定凝固点时，纯溶剂温度回升后有一恒定阶段，而溶液没有，为什么？

答案：由于随着固态纯溶剂从溶液中的不断析出，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而剩余溶液与溶剂固相的平衡温度也在逐渐下降，在步冷曲线上得不到温度不变的水平段，只出现折点.

13、选做溶剂时，大的灵敏度高还是小的灵敏度高?

答案：大的

14、测定溶液凝固点时，过冷温度不能超过多少度?  

答案： 0.5，最好是0.2，

15、溶剂和溶质的纯度与实验结果有关吗？

答案：有

16、如不用外推法求凝固点，一般会偏大还是偏小？

答案：大

17、一般冰浴温度要求不低于溶液凝固点几度为宜？

答案：2-3℃

18、测定溶液的凝固点时析出固体较少，测得的凝固点准确吗？

答案：准确，因为溶液的凝固点随答：着溶剂的析出而不断下降。析出的固体少测越准确。

19、若溶质在溶液中有缔合现象，对摩尔质量的测定值有何影响？

答案：因为凝固点下降多少直接影响，直接反映了溶液中溶质的质点数，所以当有缔合时时质点数减少，变小，而从公式可看出，会偏大。

20、测定溶液的凝固点时析出固体较多，测得的凝固点准确吗？

答案：不准确，因为溶液的凝固点答：随着溶剂的析出而不断下降。析出的固体多会使凝固点下降的多，变大，所测会偏小。

 

第二篇：凝固点实验报告(20xx)

华南师范大学实验报告

学生姓名____          _________        学    号____              ____

专    业___         _____             年级、班级___           _____  

课程名称___             _            实验项目_                 ____

实验类型 _                _           实验时间                          

实验指导老师_____         _____       实验评分                       

一、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、测定环己烷的凝固点降低值，计算萘的分子量。

2、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。

3、 掌握贝克曼温度计的使用。

4、 掌握冰点降低测定管、数字温差仪的使用方法，实验数据的作图处理方法。

二、实验原理：

物质的相对分子质量是了解物质的一个最基本而且重要的物理化学数据，其测定方法有多种。凝固点降低法成的物质的相对分子质量是一个简单又比较准确的方法。

凝固点降低是稀溶液的一种依数性，这里的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比纯溶剂的凝固点下降，其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比，即

=

式中，为凝固点降低值；m为溶质质量摩尔浓度；为凝固点降低常数，它与溶剂的特性有关。

   表1给出了部分的溶剂凝固点降低常数值。

表1  几种溶剂的凝固点降低常数值

若称取一定量的溶质(g)和溶剂（g），配成稀溶液，则此溶液的质量摩尔浓度为：

mol/kg

式中，为溶质的相对分子质量。则g/mol

若已知某溶剂的凝固点降低常数值，通过实验测定此溶液的凝固点降低值，即可计算溶质的相对分子量。

通常测定凝固点的方法是将溶液逐渐冷却，使其结晶。但是，实际上溶液冷却到凝固点，往往并不析出晶体，这是因为新相形成需要一定的能量，故结晶并不析出，这就是所谓过冷现象。然后由于搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热，使体系温度回升。

从相律看，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。对纯溶剂，固－液两相共存时，自由度f=1-2+1=0，冷却曲线出现水平线段。对溶液，固－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，回升到最高点又开始下降，所以冷却曲线不出现水平线段，此时应加以校正。

本实验通过测定纯溶剂与溶液的温度与冷却时间的关系数据，绘制冷却曲线，从而得到两者的凝固点之差?T_f，进而计算待测物的摩尔质量。

图 1纯溶剂与稀溶液的步冷曲线

三、实验仪器与试剂：

凝固点测定仪1套     贝克曼温度计1支     普通温度计（0—50℃）1支

移液管（20mL）1支      烧杯2个    环己烷（AR）   萘（AR）    冰

四、实验步骤：

1、将传感器插入后面板上的传感器。

2、将—220V电源插入后面板上的电源插座。

3、打开电源开关，此时温度显示窗口显示初始状态（实时温度），温差显示窗口显示以20℃为基温的温差值。

4、将传感器放入冰槽中，并在冰浴槽中放入碎冰，自来水，将冰浴槽温度调至3--4℃，将空气套管插入冰浴槽内，同时按下“锁定”键，锁定基温选择量程。

5、用移液管吸取20mL环己烷放入干净、烘干的凝固点测量管中，同时放入小磁子，将温度传感器插入橡胶塞中，然后将橡胶塞塞入凝固点测量管，塞紧。

6、将凝固点测定管直接插入冰槽中，观察温差仪的温差显示窗口显示值，直至温差显示窗口显示值稳定不变，此即为纯溶剂的初测凝固点。

7、取出凝固点测定管，用掌心握住加热，待凝固点测定管内结冰完全熔化后，将凝固点测定管直接插入冰浴槽中，缓慢搅拌，当环己烷温度降至高于初测凝固点0.7℃时，迅速将凝固点测定管取出，插入空气套管中，即时记下温差值，调节调速旋钮缓慢搅拌使温度均匀下降，间隔15秒记下温差值。当温度低于初测凝固点时，调整调速旋钮加速搅拌，使固体析出，温度上升时，调整旋钮继续缓慢搅拌，直至温度不再变化，持续60s，即显示差值极为纯溶剂的凝固点。

8、溶液凝固点的测定。做完纯溶剂凝固点测量，取出凝固点测定管，使管中固体完全熔化后，放入0.1829g萘, 并使其完全溶解于环己烷中，用前面的凝固点粗测方法和精确测定方法测量，记录数据。

9、测定完成后，关闭电源，清洗测定管，摆好仪器。

五、实验注意事项：

1、凝固点的确定较为困难。先测一个近似凝固点，精确测量时，在接近近似凝固点时，降温速度要减慢，到凝固点时快速搅拌。

2、千万不要过冷，若过冷太甚，凝固的溶剂过多，溶液的浓度变化过大，所得凝固点偏低。

3、溶液的冷却曲线与纯溶剂的冷却曲线不同，不出现平台，只出现拐点，即当析出固相，温度回升到平衡温度后，不能保持一定值，因为部分溶剂凝固后，剩余溶液的浓度逐渐增大，平衡温度要逐渐下降。

4、用凝固点降低法测相对分子质量只适用于非挥发性溶质且非电解质的稀溶液。

5、插入贝克曼温度计不要碰壁与触底。

六、实验数据与处理：

（1）粗测环己烷近似凝固点：6.5424℃

精测环己烷的凝固点：6.5386℃

表2粗测环己烷凝固点时间-温度记录（节选，15s一次）温度：℃

 

图2：粗测环己烷的步冷曲线

由图可得，粗测环己烷的凝固点是6.5424℃。

表3精测环己烷凝固点时间-温度记录（节选，15s一次）温度：℃

图3：精测环己烷的步冷曲线

由图可得，粗测环己烷的凝固点是6.5386℃。

（2）粗测萘的环己烷稀溶液的近似凝固点：4.7875℃

精测萘的环己烷稀溶液的凝固点：4.56804℃

表4粗测萘的环己烷稀溶液的凝固点时间-温度记录（节选，15s一次）温度：℃

图4：粗测萘的环己烷稀溶液的步冷曲线

由图可得，粗测萘的环己烷稀溶液的凝固点是4.7875℃。

表5精测萘的环己烷稀溶液的凝固点的时间-温度记录（节选，15s一次）温度：℃

图5：精测萘的环己烷稀溶液的步冷曲线

由图可得，精测萘的环己烷稀溶液的凝固点是4.56804℃。

（3）所取环己烷的重量W_环

室温：22.4⁰C         气压：1023.8hPa

a)                  环己烷密度

根据实验书后附录中“有机化合物的密度计算”方程式可得环己烷的密度计算如下：

 ρ_环己烷= 0.79707 +22.4×（-0.8879）× 10-3+22.4²×（-0. 972）× 10^-6 +22.4³×1.55× 10^-9=0.776711g/cm3。

b）环己烷质量    W_环= 15.53422g。

（4）萘的相对分子质量

a)  称取萘的质量为：0.1774g，即W_萘= 0.1774g。

b) 6.5386℃－ 4.56804℃=1.97056℃

c)W_萘= 0.1774g；    W_环==15.53422g  ；  K·Kg/mol。

将上面数据代入中  得到：

通过查找文献，可知萘的相对分子质量为：128.13g/mol，则本次实验的相对误差为：Er=(115.9056579 g/mol－128.13g/mol)÷128.13g/mol×100%=-0.09.58%。

七、实验结果讨论与误差分析

   在本次实验中，所得的结果与理论值存在较大的差距，及误差较大，经分析之后，认为其误差的来源主要有以下几个方面：

a.搅拌速度。在本实验中，搅拌速度的控制是做好实验的关键，要求测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要一致。但是在实际的操作过程中是无法做到每次的搅拌速度都一致的，且在不同情况搅拌的快慢对实验结果又会带来较大的影响：在温度逐渐降低过程中，搅拌过快，不易过冷；搅拌过慢，体系温度不均。 温度回升时，搅拌过快，回升最高点因搅拌热而偏高；过慢，影响溶液凝固点测值偏低。因而搅拌速度控制的不当会造成较大的误差。

b、寒剂的温度调节。寒剂温度对实验结果也有很大的影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。在整个实验过程中，要密切关注寒剂温度，适时调节。但若测定过程中加入水或冰调节寒剂温度时，又会对测定系统的温度产生较大的影响，而在本次实验中，测定温度的误差是造成实验误差的最主要因素，因此，对寒剂温度的调节影响着整个实验的结果。

c.称取样品的质量。在实验中，溶质的加入量应根据它在溶剂中的溶解度来确定，因为凝固点降低是稀溶液的依数性，所以应当保证溶质的量既能使溶液的凝固点降低值不是太小，容易测定，又要保证是稀溶液这个前提。如果加入量过多，一方面会导致凝固点下降过多，不利于溶液凝固点的测定，另一方面有可能超出了稀溶液的范围而不具有依数性。过少则会使凝固点下降不明显，也不易测定并且实验误差增大。而在本次实验中，所称取的质量偏少，使得测定困难且误差较大。

d．公式/系统误差。稀溶液凝固点降低公式在推导过程中就已引入了系统误差，其为简化后的近似公式，所得的理论值本身就与实际值存在误差，因而用该公式进行本次实验数据的处理会引入系统误差。

八、实验思考题：

1、  根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？

答：溶质的加入量应该根据它在溶剂中的溶解度来确定，因为凝固点降低是稀溶液的依数性，所以应当保证溶质的量既能使溶液的凝固点降低值不是太小，容易测定，又要保证是稀溶液这个前提。如果加入量过多，一方面会导致凝固点下降过多，不利于溶液凝固点的测定，另一方面有可能超出了稀溶液的范围而不

具有依数性。过少则会使凝固点下降不明显，也不易测定并且实验误差增大。

2、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？

答：从相律分析，溶剂与溶液的冷却曲线不同。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。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。

3、当溶质在溶液中有离解，缔合和生成络合物的情况时，对相对分子质量测定值的影响如何？

答：溶质在溶液中有解离、缔合、溶剂化和形成配合物时，凝固点降低法测定的相对分子质量为溶质的解离、缔合、溶剂化或者形成的配合物相对分子质量，因此凝固点降低法测定出的结果反应了物质在溶剂中的实际存在形式。

九、参考文献

[1]陆根土. 冰点下降法测定分子量.华东师范大学化学系.[J]化学教育.1984(01).

[2] [2]何广平，南俊民，孙艳辉等.物理化学实验.[M]化学工业出版社.2007.12.

[3]傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华等.物理化学.[M]高等教育出版社.2005.7.