凝固点降低法测摩尔质量.ppt

物理化学实验
凝固点降低法测摩尔质量
主讲教师: 方冉
2011 09 27
实验目的
了解并掌握溶液凝固点的测定技术。
用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。
通过实验进一步理解溶液理论。
实验原理
溶液的凝固点通常指溶剂和溶质不生成固溶体的情况下,固态纯溶剂和液态溶液平衡时的温度。
稀溶液中溶剂遵守拉乌尔定律: PA = PA*xB。根据拉乌尔定律,一定温度下溶液中溶剂的蒸气压 PA小于纯溶剂的蒸气压 PA*,因此溶液的凝固点通常低于纯溶剂的凝固点,如图所示:
液态纯溶剂 PA*-T 曲线与固态纯溶剂 PAs-T 曲线相交于A点( T =Tf* ) 。在此温度下,液态纯溶剂和固态纯溶剂的蒸气压均为 PA*,化学势相等,平衡可逆。Tf* 即为纯溶剂的凝固点。
实验原理
当稀溶液凝固析出纯固体溶剂时,则溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点,其降低值与溶液的质量摩尔浓度成正比。即
ΔTf =Tf* - Tf = Kf mB
式中,ΔTf 为凝固点降低值,Tf*为纯溶剂的凝固点,Tf为溶液的凝固点,mB为溶液中溶质B的质量摩尔浓度,Kf为溶剂的质量摩尔凝固点降低常数,它的数值仅与溶剂的性质有关。
若称取一定量的溶质WB(g)和溶剂WA(g),配成稀溶液,则此溶液的质量摩尔浓度为
式中,MB为溶质的分子量。将该式代入(1)式,整理得:
(1)
(2)
若已知某溶剂的凝固点降低常数Kf值,通过实验测定此溶液的凝固点降低值ΔTf,即可根据(2)式计算溶质的分子量MB。
f
通常测凝固点的方法是将溶液逐渐冷却,但冷却到凝固点,并不析出晶体,往往成为过冷溶液。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,当放热与散热达到平衡时,温度不再改变。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。从相律看,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,其形状如下图所示。
从对溶液两相共存时,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,如下图所示。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,并按下右图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。
本实验测纯溶剂与溶液凝固点之差,由于差值较小,所以本实验是通过测定溶液的热敏电阻的阻值R 对时间t 作步冷曲线
热敏电阻与温度的关系为:
过冷法就是将已知浓度的溶液逐渐冷却成过冷溶液,然后促使溶剂结晶。液体在凝固前温度随时间均匀下降,当到凝固点时,生成晶体放出凝固热,会使体系回温。当放热与散热平衡时温度恒定,直到全部凝固后温度再均匀下降.
仪器与药品
凝固点测定装置 1套, 数字万用表 1台
电磁搅拌器 1台, 移液管25 ml 1只,
吸耳球 1个, 奈管 2支
砝码一盒, 热敏电阻 1支,
环己烷, 萘,碎冰块。