冰點降低法測定摩爾質量 1、目的和要求 （1）掌握溶液冰點的測量技術，加深對稀溶液依數性質的理解 （2）掌握精密數字溫度（溫差）的使用） 測量儀器。 （3）測量水的冰點降低并計算尿素（或蔗糖）的摩爾質量 2.實驗原理 理想稀溶液具有依數性，冰點降低是依數性的表現。 也就是說，對于一定量的某種溶劑，理想稀溶液的冰點降低值僅與所含不揮發溶質的顆粒數有關，而與特性無關的溶質。 假設溶質在溶液中不締合和分解，不與固體純溶劑形成固溶體，根據熱力學理論，可以推導出理想稀溶液的凝固點降低？ Tf（即純溶劑與溶液的冰點之差）與溶質質量摩爾濃度bB的關系： (1) 由此可推導出溶質摩爾質量MB的計算公式： (2 ) 上式中： ，分別為純溶劑和溶液的凝固點，單位為K； mA、mB分別為溶劑和溶質的質量，單位為kg； Kf為溶劑的凝固點降低常數，與溶劑的性質有關，單位為K·kg·mol-1； MB為溶質的摩爾質量，單位為kg·mol-1。 如果已知某種溶劑的凝固點降低常數Kf值，則可以通過實驗測定該溶液的凝固點降低值Tf，并根據式(2)計算出該溶質的摩爾質量MB。 顯然，整個實驗操作歸結為冰點的精確測量。 其方法是將溶液逐漸冷卻成過冷溶液，然后通過攪拌或添加晶種促進溶劑結晶，釋放的凝固熱會使體系溫度升高。 當放熱與散熱平衡時，溫度不會發生變化。 各相平衡共存的溫度是溶液的凝固點。

在該實驗中，測量純溶劑和溶液的冰點之間的差異。 由于差異較小，因此采用精密數字溫度（9溫差）測量儀或貝克曼溫度計進行溫度測量。 從相律的角度來看，溶劑和溶液的冷卻曲線的形狀是不同的。 對于純溶劑，固液兩相共存時，自由度f=1-2+1=0，冷卻曲線形狀如圖2-8-1(1)所示，水平線段相當于純溶劑的凝固點。 當溶液兩相共存時，自由度f=2-2+1=1，溫度仍可下降，但由于溶劑凝固時釋放凝固熱，溫度升高，升至最高點然后開始下降，所以冷卻曲線如圖2-8-1(2)所示，所以沒有出現水平線段。 溶劑沉淀后，剩余溫度和濃度逐漸升高，溶液的凝固點也逐漸降低，因此冷卻曲線上無法得到恒溫的水平線段。 若溶液的過冷度不大，可將溫度恢復的最高值作為溶液的凝固點； 如果過冷度太大，則恢復的最高溫度不是原濃縮溶液的冰點。 嚴格的方法應該是冷卻曲線，并按照圖2-8-1(2)所示的方法進行修正。 3、儀器及試劑：冰點測量儀1套，精密數字溫度（溫差）測量儀1臺或貝克曼溫度計1支，分析天平1臺； 普通溫度計1個（0℃-50℃），壓片機1臺； 1根移液器（50mL），試劑：尿素（A·R）、蔗糖（A·R）； 粗鹽、冰。 4、實驗步驟（1）調節精密數字溫度（溫差）測量儀：按照精密數字溫度（溫差）測量儀調節方法調節測量儀（2）調節冷劑溫度：取適量粗鹽與冰水混合，保持冷劑溫度在-2℃至-3℃。 實驗過程中，不斷攪拌浴液并不斷加入碎冰，使冷劑保持在該溫度。

(3)溶劑冰點的測定：設備如圖2-8-2所示。 用移液器向潔凈干燥的冰點管中加入30mL純水，并記錄水的溫度，插入精密數字溫度（溫差）測量儀調節好的溫度傳感器，邊拉邊攪拌，同時避免撞擊墻壁并產生摩擦力。 先將盛有水的冰點管直接插入冷劑中，上下移動攪拌棒（不要拉過液面，大約每秒一次），逐漸降低水的溫度。 過冷至冰點時，應快速攪拌（用攪拌棒下端擦拭管底），幅度盡量小。 溫度升高后，恢復原來的攪拌，同時觀察溫差測量儀的數字變化，直至溫度升高并穩定，這個溫度就是水的近似冰點。 取出冰點管，用手蓋住管壁片刻，同時不斷攪拌，使管內固體全部融化。 將凝固管放入氣套中，緩慢攪拌，使溫度逐漸降低。 當溫度降至接近0.7℃時，從支管中加入晶種并快速攪拌（在液體的上部）。 溫度升高后，改為緩慢攪拌。 重復測量3次，直至溫度升至穩定水平，每次相差不大于0.006℃，取3次的平均值作為純水的冰點。 （4）溶液冰點的測定：取出冰點管，將管內的冰如前融化，用壓片機將尿素（或蔗糖）壓成片劑，準確稱重（約0.48g）具有分析天平。 冰點下降0.3℃，從冰點管分支加入樣品，待溶液完全溶解后測定冰點。

測定方法與純水相同，先測出大致冰點，然后再精確測定，但溶液的冰點是取回后達到的最高溫度。 重復3次，取平均值。 五、注意事項（1）攪拌速度的控制是做好本實驗的關鍵。 每次測量時應按要求的速度進行攪拌，且測量溶劑和溶液凝固點時的攪拌條件應完全相同：； 的關鍵點，應精確讀到小數點后第三位。 (2)環境溫度對實驗結果也有很大影響。 如果太高，冷卻會太慢，如果太低，則無法測量正確的冰點。 (3)純水的過冷溫度為0.7℃～1℃(取決于攪拌速度)。 為了減少過冷，可以添加少量晶種，并且每次晶種的尺寸應盡可能一致。 （用移液器將50mL純水加入潔凈干燥的冰點管中，插入潔凈的攪拌環和溫度傳感器，不斷攪拌，觀察水溫變化。當水溫接近1℃時，開始記錄“溫差”值，并加快攪拌速度，溫度升高后，恢復原來的攪拌，這樣可以減少數據組數，通常水溫的變化規律是“下降→上升→穩定” ，即出現過冷現象，當溫度達到穩定階段時，會再次讀取5至7組，即可結束讀取，取出冰點管，用手蓋住管壁一段時間，同時不斷攪拌，使管內固體全部熔化，第二穩定段讀數之差不得超過0.006℃，取3次平均值作為其凝固點。純凈水。 1.2.3 溶液冰點的測定 用移液器移取約25 mL 環己烷。

將冰點管中的冰如前融化，加入環己烷，待其溶解后，按上述方法測定溶液隨時間的溫度，共3次。 2 結果與討論 2.1 溶劑冰點的測定 2.1.1 數據處理 當溶劑溫度降至近似冰點以上0.5℃時，迅速取出冰點管，擦干，插入氣套中，并緩慢攪拌，使環己烷的溫度均勻降低，直至比近似冰點低0.2~0.3℃，快速攪拌，當溫度開始上升時緩慢攪拌。 在此過程中，每5秒記錄一次貝克曼溫度計的讀數。 時間/min0.0000.0830.1670.2500.3330.4170.5000.5830.6670.7500.8330.917溫度T/℃7.1826.9706.8536.7636.6566.5316.4916.4766.4556.3916.2 9 46.289 時間/min1.0001.0831.1671.2501.3331.4171.5001.5831.6671.7501.8331.917 溫度T/℃ 6.2556.2516.2506.2466.2436.2406.2406.2416.2376.2396.2316.232次/分2.0002.0832.1672.2502.3332.4172.5002.5832.6672.7502.8332。 917溫度T/℃6.3016.3186.3206.3236.3316.3366.3366.3376.3376.3376.3376.337時間/min3. 0003.0833.1673.2503.3333.4173.5003.5833.6673.7503.8333.917溫度T/℃6.3376.3346.3336.3286.3206.3156.3026.2906.2746.2516.1106. 02 62.1.2 繪圖 根據上表，繪制純水的分級冷卻曲線示意圖溶劑環己烷。

2.1.3 溶劑環己烷凝固點計算 結合2.1.1和2.1.2可知，純溶劑環己烷的凝固點約為6.337℃。 2.2 溶液冰點的測定 2.2.1 數據處理與溶劑冰點的測定相同，先測出大致冰點，然后精確測出冰點。 在實驗記錄過程中，每 5 秒記錄一次貝克曼溫度計的讀數。 時間/min0.0000.0830.1670.2500.3330.4170.5000.5830.6670.7500.8330.9171.000溫度T/℃6.4266.3246.1266.0936.0326.0225.9735.9505.9475.9 3 85.9365.9275.913次/分鐘1.0831.1671.2501.3331.4171.5001.5831.6671.7501.8331.9172.0002。 083 溫度 T/℃5.8985.8965.8855.8265.7985.7655.7155.6735.7035.8055.8515.8475.878 時間/min2.1672.2502.3332.4172.5002.5832.6672.7502.8332 .9173.0003.0833.167溫度T/℃5.8995.8945.8805.8685.8605.8565.8535.8495.8465.8245.8105 .7995.766時間/min3.2503.3333.4173.5003.5833.6673.7503.8333.9174.0004.0834.1674.250溫度T/℃5.7535.7495.7425.7385.7335.7305.7265.725 5.7205.7175.7115.7095.704 次/分鐘 4.3334.4174.5004.5834.6674.7504.8335.0005.0835。 1675. 2505.3335.417溫度T/℃5.7005.6985.6935.6905.6885.6805.6785.6715.6665.6605.6585.6545.6502.2.2繪圖根據上表，繪制純溶劑環己烷的分級降溫曲線示意圖。

2.2.3 計算溶液的凝固點 結合2.2.1和2.2.2可知，環己烷-萘混合溶液的凝固點約為5.899℃。 2.3 萘摩爾質量的計算 根據以上數據可知，從純環己烷溶劑到環己烷-萘混合溶液，凝固點降低了0.448℃。 實驗中稱取萘的質量為0.1805g。 據文獻查閱，環己烷的Kf值為20.00Kg·mol-1。 根據式II-1-3可計算出萘的摩爾質量為419.4940 g·mol-1。 結論 實驗表明，環己烷純溶劑對環己烷-萘混合溶液的冰點降低為0.448℃，萘的摩爾質量為419.4940g mol-1，實際萘為104 g mol-1。 1. 差距較大，這是由于根據摩爾質量計算公式ΔTf較小所致。 分析原因可能是純溶劑沒有經過精制和干燥，使得Tf*的測量值偏低，或者是因為測量Tf時攪拌太快，摩擦管壁產生的熱量使得Tf高，因此ΔTf小。 參考文獻 [1] 莊繼華等。 物理化學實驗（第三版）。 復旦大學 [2] 朱思禮，何友秋，顧啟榮，羅震，冼友海，周明忠。 冰點降低法測定摩爾質量的改進[J]大學化學[3]孫悅，劉毅，馮春亮。 介紹一種綠色物理化學實驗——冰點降低法測定葡萄糖摩爾質量[J]大學化學，2007，（04）。 致謝在實驗過程中，得到了我校物理化學教研室老師和各位兄弟姐妹的指導和幫助。 謹向他們表示衷心的感謝！