实验一凝固点降低法测摩尔 质量 华南师范大学物理化学研究所 孙艳辉
华南师范大学物理化学研究所 孙艳辉
实验一凝固点降低法测摩尔质量实验且的实验原理仪器和试剂实验步骤数据处理评注与拓展提问思考
实验一 凝固点降低法测摩尔质量 l实验目的 l实验原理 l 仪器和试剂 l实验步骤 l数据处理 l评注与拓展 l提问思考
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)测定水的凝固点降低值，计算蔗糖的分子量。(3）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。(4)掌握贝克曼温度计的使用方法
实验目的 l(1) 明确溶液凝固点的定义及获得凝固点 l 的正确方法； (2) 测定水的凝固点降低值，计算蔗糖的 分子量。 l(3) 掌握凝固点降低法测分子量的原理， l 加深对稀溶液依数性的理解。 l(4) 掌握贝克曼温度计的使用方法。 l
实验原理凝固点降低是稀溶液的一种依数性，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Tf比纯溶剂的凝固点T*下降，其降低值△T,=T*-T,与溶液的质量摩尔浓度成正比，即
实验原理 l凝固点降低是稀溶液的一种依数性。 l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Tf比纯溶剂的 凝固点Tf *下降，其降低值ΔTf = Tf * - Tf与溶 液的质量摩尔浓度成正比，即
实验原理△T, = T, -T, = K,m(B)m2×1000M=Kf△T,m溶液的凝固点纯溶剂A的凝固点；T：T*:ATr:为凝固点降低值；质量摩尔浓度mB:Kf:凝固点降低常数，单位为Kkgomol-1MB:溶质B的摩尔质量；m2溶质质量(g)；m,溶剂质量(g)
实验原理 Tf * ： 纯溶剂A的凝固点; Tf： 溶液的凝固点 ΔTf：为凝固点降低值 ; mB： 质量摩尔浓度 Kf : 凝固点降低常数， 单位为K•kg•mol -1 MB: 溶质B的摩尔质量; m2溶质质量(g)；m1溶剂质量(g) 1000 1 2 B T m m M K f f Δ = - = ( ) * Tf Tf Tf K f m B
实验原理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
实验原理 l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。 l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
实验原理-过冷法三三美时间时间图1-1（2）溶液的冷却图1-1（1)纯液体的冷却曲线曲线
实验原理-过冷法 图1-1（1） 纯液体的冷却曲线 图1-1（2）溶液的冷却 曲线
实验原理纯溶剂步冷曲线：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
实验原理 l 纯溶剂步冷曲线： l 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； l 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
实验原理稀溶液的步冷曲线：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，当某一温度有溶剂并始析出时，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
实验原理 l 稀溶液的步冷曲线： l 稀溶液凝固点测定也存在上述类似现象。 l 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。 l 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
实验原理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*=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*=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
实验原理 l 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。 l 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