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实验二凝固点降低法测摩尔质量一、实验目的1.用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。2.通过实验掌握凝固点降低法测定摩尔质量的原理，加深对稀溶液依数性质的理解。二、实验原理稀溶液具有依数性，凝固点降低是依数性的一种表现。稀溶液的凝固点降低与溶液成分关系的公式为：BMKTff式中，ΔTf为凝固点降低值，是纯溶剂A的凝固点比质量摩尔浓度为bB的溶液的凝固点降低的度数；wA为溶剂A的摩尔质量；Kf凝固点降低常数，其数值只与溶剂的性质有关，单位为K•kg•mol-1；对环己烷，纯溶剂凝固点Tf*279.65K，凝固点降低常数为20.2。ABBWTWKMff通常测凝固点的方法有平衡法和贝克曼法（或步冷曲线法）。本实验采用后者。其基本原理是将纯溶剂或溶液缓慢匀速冷却，记录体系温度随时间的变化，绘出步冷曲线（温度-时间曲线），用外推法求得纯溶剂或稀溶液中溶剂的凝固点。图1-1（1）纯液体的冷却曲线图1-1（2）溶液的冷却曲线纯溶剂步冷曲线：纯溶剂逐步冷却时，体系温度随时间均匀下降，到某一温度时有固体析出，由于结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，因而保持固液两相平衡，当放热与散热达到平衡时，温度不再改变。在步冷曲线上呈现出一个平台；当全部凝固后，温度又开始下降。从理论上来讲，对于纯溶剂，只要固液两相平衡共存，同时体系温度均匀，那么每次测定的凝固点值应该不变。但实际上由于过冷现象存在，往往每次测定值会有起伏。当过冷现象存在时，纯溶剂的步冷曲线如图1-1（1）所示。即先过冷后足够量的晶体产生时，大量的凝固热使体系温度回升，回升后在某一温度维持不变，此不变的温度作为纯溶剂的凝固点。稀溶液的步冷曲线：稀溶液凝固点测定也存在上述类似现象。没有过冷现象存在时，溶液首先均匀降温，当某一温度有溶剂开始析出时，凝固热抵消了部分体系向环境的放热，在步冷曲线上表现为一转折点，此温度即为该平衡浓度稀溶液的凝固点，随着溶剂析出，凝固点逐渐降低。但溶液的过冷现象普遍存在。当某一浓度的溶液逐渐冷却成过冷溶液，通过搅拌或加入晶种促使溶剂结晶，由结晶放出的凝固热抵消了体系降温时传递给环境的热量，当凝固放热与体系散热达到平衡时，温度不再回升。此固液两相共存的平衡温度即为溶液的凝固点。但过冷太厉害或寒剂温度过低，则凝固热抵偿不了散热，此时温度不能回升到凝固点，在温度低于凝固点时完全凝固，就得不到正确的凝固点。上述也可从相律分析，溶剂与溶液的冷却曲线形状不同。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，其形状如图1-1(1)所示。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，如图1-1(2)所示。由于溶剂析出后，剩余溶液浓度变大，显然回升的最高温度不是原浓度溶液的凝固点，严格的做法应作冷却曲线，并按图1-1(2)中所示方法加以校正。但由于冷却曲线不易测出，而真正的平衡浓度又难于直接测定，实验总是用稀溶液，并控制条件使其晶体析出量很少，所以以起始浓度代替平衡浓度，对测定结果不会产生显著影响。三、仪器和试剂凝固点测定装置（见图）和数显贝克曼温度计各一套；萘；环己烷（分析纯）；25ml移液管一支，碎冰或颗粒冰。四、凝固点测定装置五、实验步骤1．将凝固点测定装置安装好，插好数显贝克曼温度计的感温探头，注意插入的深度要留有一点余地，以免将玻璃管捅破。2．将冰水混合物防入冷凝装置的外桶，调节冰浴的温度为3.5℃左右。一般来讲，冬天宜水多于冰，夏天宜冰、水各半。3．测定纯溶剂的凝固点。用移液管取25ml环己烷加入口径小些的内凝固管中（在它的外围已套有一个空气套管），将装有内管的外管直接浸入冰浴中，插入数字温度温差仪的感温探头，开启数字温度温差仪的电源和读数按钮，降温、控制冷却速度，不要停止搅拌。若温度不再下降，反而略有回升，说明此时晶体已开始析出，直到温度升至最高恒定一会儿时间，记下最低时的温度和恒定温度。用手温热凝固管，使结晶的环己烷重新熔化，放回原来冰浴中的套管内，如上法测量三次。4．用分析天平准确称量萘丸片（约0.2g），投入凝固管内，用玻璃棒捣碎、搅拌，使其溶解，注意：不要将萘随便洒落、遗弃在台面和地上。同上法测该溶液的凝固点，重复测定三次。六、数据处理1.分别将环己烷，萘-环己烷的凝固点测定结果列于下表中，以温度为纵坐标，时间为横坐标，作出冷却曲线图，求出Tf*，Tf及Tf。。t(min)0.511.522.5……温度2.用ρt／(g.cm-3)＝0.7971－0.8879×10-3t／℃计算室温t时环己烷的密度，然后算出所取的环己烷的质量WA。3.计算萘的摩尔质量M七、注意事项本实验成功的关键点有下述几方面：（1）搅拌速度的控制是做好本实验的关键，每次测定应按要求的速度搅拌，并且测溶剂与溶液凝固点时搅拌条件要完全一致。(2)寒剂温度对实验结果也有很大影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点。八、思考题(1)为什么要先测近似凝固点？(2)根据什么原则考虑加入溶质的量？太多或太少影响如何？(3)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？(4)溶液浓度太稀或太浓对实验结果有什么影响？为什么？(5)若溶质在溶液中产生离解、缔合等现象时，对实验结果有何影响？(6)试分析引起实验误差的最主要的原因是什么？