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凝固点降低法测定摩尔质量
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凝固点降低法测定摩尔质量
目的要求
〔1〕掌握溶液凝固点的测定技术，并加深对稀溶液依数性性质的理解
〔2〕掌握精细数字温度〔温差〕测量仪的使用方法。
〔3〕测定水的凝固点降低值，计算尿素〔或蔗糖〕的摩尔质量
二、实验原理
理想稀薄溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种表现。即对一定量的某溶剂，其理想稀薄溶液凝固点下降的数值只与所含非挥发性溶质的粒子数目有关，而与溶质的特性无关。
假设溶质在溶液中不发生缔合和分解，也不与固态纯溶剂生成固溶体，那么由热力学理论出发，可以导出理想稀薄溶液的凝固点降低值∆Tf〔即纯溶剂和溶液的凝固点之差〕与溶质质量摩尔浓度bB之间的关系：
〔1〕
由此可导出计算溶质摩尔质量MB的公式：
〔2〕
以上各式中：，分别为纯溶剂、溶液的凝固点，单位K；mA、mB分别为溶剂、溶质的质量，单位kg；Kf为溶剂的凝固点降低常数，与溶剂性质有关，单位K·kg·mol-1；MB为溶质的摩尔质量，单位kg·mol-1。
假设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∆Tf，可根据式(2)式计算溶质的摩尔质量MB。
显然，全部实验操作归结为凝固点的准确测量。其方法是将溶液逐渐冷却成为过冷溶液，然后通过搅拌或参加晶种促使溶剂结晶，放出的凝固热使体系温度上升，当放热与散热到达平衡时，温度不再改变，此固液两相平衡共存的温度，即为溶液的凝固点。本实验测纯溶剂与溶液凝固点之差，由于差值较小，所以测温采用精细数字温度9温差〕测量仪或贝克曼温度计。
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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，冷却曲线形状如图2-8-1(1)所示，水平线段对应着纯溶剂的凝固点。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上升，并且上升到最高点又开场下降，所以冷却曲线如图2-8-1〔2〕所示，所以不出现水平线段。由于溶剂析出后，剩余温度浓度逐渐增大，溶液的凝固点也要逐渐下降，在冷却曲线上得