文档介绍：一、目的要求
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二、基本原理
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成平衡时的温度。
固-液平衡时,溶剂组分在两相中的化学势相等,即固态纯溶剂的蒸气压与溶液中溶剂的蒸气压相等。稀溶液中溶剂遵守拉乌尔定律: PA* 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。
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
ΔT=Tf* - Tf = Kf mB (1)
式中,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:
(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ΔT,即可计算溶质的分子量MB。
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,其形状如图Ⅲ-9-1(1)所示。
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,其形状如图Ⅲ-9-1(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,所以测温需用较精密仪器,本实验使用数字贝克曼温度计。
三、仪器和试剂
凝固点测定仪1套;
数字贝克曼温度计1台;
磁力搅拌器1台;
普通温度计1只;
移液管(25mL)1只。
环已烷萘
五、实验步骤
,调节寒剂温度为2-3℃。注意不断搅拌并不时补充碎冰,使寒剂保持此温度。
如图安装仪器,用移液管向清洁、干燥的凝固点管内加入25mL环已烷,并记下环已烷的温度。
(1)粗测: 先将盛环已烷的凝固点管直接插入寒剂中,打开磁力搅拌器,匀速搅拌使温度逐渐降低,℃以后,要快速搅拌,待温度回升后,恢复原来的搅拌,直到温度回升稳定为止,此温度即为环已烷的近似凝固点。
(2)精测: 取出凝固点管,用手捂住管壁片刻,同时不断搅拌,使管中固体全部熔化,将凝固点管外壁拭干,放在空气套管中,插入寒剂。先缓慢搅拌,使温度逐渐降低,当温度降至近似凝固点以上1℃时,快速搅拌,打开秒表,每30s读一次温度,待温度回升后,再改为缓慢搅拌。直到温度回升并稳定为止,停止读数,记下稳定的温度值。重复测定三次,℃,三次平均值作为纯环已烷的凝固点。
取出凝固点管,如前将管中环已烷溶化,,自凝固点管的支管加入样品,待全部溶解后,测定溶液的凝固点。测定方法与纯水的相同,先测近似的凝固点,再精确测定,精测时温度降至近似凝固点以上1℃时即每30s记一次温度,但溶液凝固点是取回升后所达到的最高温度。重复三次,取平均值。
六、数据记录与处理
,计算所取环已烷的重量WA。
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3. 由所得数据计算萘的分子量,并计算与理论值的相对误差。