凝固点降低法测定分子量
凝固点降低法测定分子量
一、实验目的及要求
1）用凝固点降低法测定物质的摩尔质量。
2) 掌握自冷式凝固点测定仪的使用方法。
二、实验原理
非挥发性溶质二组分溶液，其稀溶液具有依数性，凝固点降低就是依数性的一种表现。根据凝固点降低的数值，可以求溶质的摩尔质量。对于稀溶液，如果溶质和溶剂不生成固溶体，固态是纯的溶剂，在一定压力下，固体溶剂与溶液成平衡的温度叫做溶液的凝固点。溶剂中加入溶质时，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低。那么其凝固点降低值ΔT f 与溶质的质量摩尔浓度b 成正比。
∆T f = Tf 0－T f =Kf b
式中：T f 0纯溶剂的凝固点、T f 浓度为b 的溶液的凝固、K f 溶剂的凝固点降低常数。
若已知某种溶剂的凝固点降低常数K f ，并测得溶剂和溶质的质量分别为m A , mB 的稀溶液
的凝固点降低值∆T f ，则可通过下式计算溶质的摩尔质量M B 。
M B =K f m B
∆T f m A
式中K f 的单位为K · kg·mol -1
纯溶剂的凝固点为其液相和固相共存的平衡温度。若将液态的纯溶剂逐步冷却，在未凝固前温度将随时间均匀下降，开始凝固后因放出凝固热而补偿了热损失，体系将保持液一固两相共存的平衡温度而不变，直至全部凝固，温度再继续下降。其冷却曲线如图1中1所示。但实际过程中，当液体温度达到或稍低于其凝固点时，晶体并不析出，这就是所谓的过冷现象。此时若加以搅拌或加入晶种，促使晶核产生，则大量晶体会迅速形成，并放出凝固热，使体或加入晶种，促使晶核产生，则大量晶体会迅速形成，并放出凝固热，使体系温度迅速回升到稳定的平衡温度；待液体全部凝固后温度再逐渐下降。冷却曲线如图1中2。
图1 纯溶剂和溶液的冷却曲线 图2 溶液的凝固点是该溶液与溶剂的固相共存的平衡温度，其冷却曲线与纯溶剂不同。当有溶剂凝固析出时，剩余溶液的浓度逐渐增大，因而溶液的凝固点也逐渐下降。因有凝固热放出，冷却曲线的斜率发生变化，即温度的下降速度变慢，如图1中3所示。本实验要测定已知浓度溶液的凝固点。如果溶液过冷程度不大，析出固体溶剂的量很少，对原始溶液浓度影响不大，则以过冷回升的最高温度作为该溶液的凝固点，如图1中4所示。
确定凝固点的另一种方法是外推法，如图2所示，首先记录绘制纯溶剂与溶液的冷却曲线，作曲线后面部分（已经有固体析出）的趋势线并延长使其与曲线的前面部分相交，其交点就是凝固点。
本实验采用外推法来求凝固点。
三、仪器与试剂
SWC-LGe 自冷式凝固点测定仪、移液管25ml 、天平（0.0001g ）、蒸馏水、尿素（A.R. ）
四、实验步骤
1. 打开制冷系统电源、制冷、循环开关，设定制冷温度为-7℃；同时打开凝固点测定仪电源开关与观察窗口。
2. 用移液管准确移取25.00 ml 蒸馏水于干燥的样品管中，塞上样品管盖(带搅拌杆与传感器) 。
3. 将样品管放入空气套管中，调节搅拌杆位于传感器后方，将横连杆穿过搅拌杆挂钩。置搅拌开关于“慢”档。
4. 打开电脑点击“凝固点实验数据采集处理系统”程序，点击“设置”菜单，第一选择“通讯口”为COM3，第二选“设置坐标系”纵坐标值设为-3.0 ℃- 3.0 ℃，时间坐标值设为0到50 min ，第三“采样时间”设为10 sec 。
5. 当凝固点测定仪温度显示为5 ℃左右时，点按“锁定”键，令“基温选择”变为“锁定”，然后当凝固点测定仪温度显示为3 ℃时，点击“数据通讯”菜单，选择“开始通讯”，进行数据采集。观察温度显示值，其值下降至约-0.5 ℃过冷温度时，搅拌开关调为“快”档，然后当温度显示值稳定不变时 ，持续5 min 后， 点击“数据通讯”菜单，选择“停止通讯”，并停止搅拌。
6. 点击“数据处理”，选择“计算溶剂凝固点”，系统生成溶剂凝固点温度，记录该温度。
7. 用称量纸在电子天平上准确称取尿素约0.3克。取出样品管，用手心唔热，使管内冰晶完全融化，将称量纸卷成纸槽向样品管中投入尿素，盖上盖子适当摇晃待其完全溶解后，再按步骤3，4，5，6重复实验。（注意：重复第6点时，点击“数据处理”，选择“计算溶液凝固点”，系统生成溶液凝固点温度，记录该温度。）
8. 实验完毕，清洗样品管，整理试验台。
五、数据处理
计算尿素的分子量并与理论值比较。