“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”实验的改进研究

赵汉民

（广西民族师范学院，广西 崇左 5 3 2 2 0 0）

“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”实验的改进研究

赵汉民

（广西民族师范学院，广西 崇左 5 3 2 2 0 0）

文章对“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”实验的改进进行了研究：使用环己烷作溶剂和沸石以控制过冷度；使用新装置以控制寒剂与被测液间的温差；使用微机辅助实验记录结果.改进后实验表明：测定结果准确性高、重复性好.实验几乎不受实验室温度及湿度影响，操作简便、安全，省时.

摩尔质量；凝固点降低；改进

1 前言

物质的摩尔质量是一个重要的物理化学数据，其测定方法有许多种.“凝固点降低法测定摩尔质量”是其中方法之一，它在实验和溶液理论的研究方面都具有重要意义.1 8 8 8年，E.B e c k m a n n首先设计出了精确测量装置以后，成就了这经典实验，迄今为止几乎所有物理化学实验教科书中都有这个实验[1].随着科技的进步，“凝固点降低法测定摩尔质量”的测定技术也在不断的改进.[2,3,4]

2 0 0 2年之前，笔者在“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”教学实验中，依据所使用的不同教材先后采用了E.B e c k m a n n装置及南京大学应用物理研究所的F P D—2 A凝固点测量装置[5]，学生的实验结果很不理想，测得萘的摩尔质量在9 3.6 4 g.mol-1～1 1 7.0 6 g.mol-1之间，与文献值1 2 8.1 1 g.mol-1差距很大.经分析发现，这些装置测定凝固点的准确度，受实验室温度及湿度的影响较大.2 0 0 2年，笔者对“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”实验进行了装置改进，实验取得了很好的效果.在2 0 0 2年后，笔者及其他后来上物化实验课的老师使用改进后的装置进行“凝固点降低法测定萘的摩尔质量”教学，均取得良好的教学效果.

2 原测量装置之缺点

2.1 寒剂温度调整操作复杂，且难调整准确

原来装置使用的寒剂筒容积不够大，能装冰水仅约1 d m3，且与外界隔热不好，当实验室温度较高时，冰水能从外面吸热，升温很快，在实验过程中须频繁调整冰水温度.调整冰水温度时，操作相当复杂，且难调整准确.

2.2 实验过程被测液能混入杂质，测定结果误差较大

原来装置的温差探头或搅拌棒插孔有明显间隙，实验过程导致空气混入，当实验室湿度较大时，被测液吸收空气中水蒸气，混入了杂质水，又玻璃套管与凝固点管之间空间过大，被测液与冰水间的热交换速率低，导致被测液降温很慢，实验耗时长，测定结果误差大.

2.3 人工记录温差，时间——温差数据不容易实时同步

3 改进后的实验

3.1 主要仪器与试剂

主要仪器：凝固点管 (比色管)2支；移液管（2 5 mL）1支；空气套管(比色管)1支；寒剂套筒(干燥塔)1个；计算机1台；分析天平（万分之一）1台；H K－2 A恒温槽（南京大学应用物理研究所）1台；B H－1精密温度∕温差测量仪及数据采集接口装置（南京大学应用物理研究所）1台.

主要试剂：人造沸石；萘（分析纯）；环已烷（分析纯）；冰水+冰块若干.

3.2 实验装置图

图1 改进后实验装置示意图

3.3 实验步骤

3.3.1 仪器安装及装置准备

将凝固点测定仪、计算机、实验数据采集系统接口装置等，按（图1）连接好.开启计算机，打开“温度自动化采集”程序(也可采用燃烧热的测定中配备的程序).设置参数，包括测量总时间、采集温差极值、自动记录的时间间隔及置零温度.

3.3.2 纯溶剂凝固点的测定

（1）向恒温槽中放入冰水，调节温度，使冰水保持在3.5℃左右，开启恒温槽循环泵，使冰水在导管、寒剂套筒内循环流动.

（2）用移液管准确量取2 5 mL环己烷，移入干燥洁净的凝固点管内并放入少量沸石（防止过冷），将温度/温差探头穿过胶塞，插入凝固点管内，使探头浸入到液体中合适深度，塞紧胶塞，以避免环己烷的挥发，及避免空气中的水蒸气凝结.

（3）将凝固点管直接插入寒剂中，至管中溶剂部分凝固，观察溶剂凝固点值，取出凝固点管，将管外冰水擦干后，用手暖之，待溶剂全部熔化，温度上升高于凝固点合适值时，将凝固点管插入空气套管中.

（4）观察电脑屏幕上显示的温度，当温度降至合适值时，切换至温差，单击“开始实验”，此时“温度自动化采集”程序将自动采集和保存温差数据，并在电脑屏幕绘制显示相应的步冷曲线.当步冷曲线先下降再稍回升，然后出现平直线段时，说明溶剂经过了冷却、过冷、凝固析出晶体过程，可单击“停止实验”，停止实验.

3.3.3 溶液凝固点的测定

向另一支干燥洁净的凝固点管中加入事先准确称量的萘（约0.0 6 g，使溶液的凝固点降低0.5℃左右），用移液管准确量取2 5 mL环己烷，注入凝固点管中，加入少量沸石，再将温度/温差探头穿过胶塞插入凝固点管内，使探头浸入到液体中，塞紧胶塞，小心振荡使萘完全溶解均匀后，如同测定纯溶剂凝固点的方法一样测定其凝固点.但是溶液的步冷曲线与纯溶剂的步冷曲线稍不相同，溶液的步冷曲线是先下降，再稍回升到一个峰值，然后很缓慢地下降，步冷曲线不出平直的线段，但也说明溶液经过了冷却、过冷、凝固析出纯溶剂晶体过程.

4 实验结果与讨论

4.1 实验结果

表1 萘的摩尔质量的测定结果

说明：

(1)表中数据源于学生实验报告，学生1 2组，实验三周(每周4组)

(2)Kf——环己烷质量摩尔凝固点降低常数[1]

△Tf——凝固点降低值

WA、WB——分别为溶剂和溶质的质量

MB（测量）——萘的摩尔质量的测定值

MB（文献）——萘的摩尔质量的文献值

(3)环己烷的密度关系式：ρ/(g.c m-3)=0.7 9 7 1－0.8 8 7 9×1 0-3t∕℃[1]

4.2 实验结果讨论

4.2.1 测定结果的有效性

在9 0%的置信水平时，没有离群值.

4.2.2 实验误差

直接测量误差的传递：

在9 0%置信度下，实验存在系统误差.

实验存在理论、公式、试剂、个人因素等方面的误差.实验误差可允许在3%左右.4.2.3 实验结果的准确度

单次测定结果误差：从表1实验结果看，单次实验的误差均在允许范围内.

整体测定结果误差：用1 2次实验数据，以△Tf作图，得图2，求得斜率b=0.1 5 6 5；计算得萘的摩尔质量MB=1 2 7.8 0.相对误差为-0.2 4%，亦是较小.

图2 △Tf与线性图

由此可知，实验结果的准确度是相当高的.

4.2.4 测定结果的精密度

由此可看出，每次实验结果都是相当准确，精密度也相当好，实验都是成功的.偶然误差影响了测定结果的精密度.

5 结论

改进后的实验优点：

（1）仪器试剂常见易得，所用的仪器设备以及试剂都是通用设备，教学单位容易获得；

（2）传热均匀稳定,使用摩尔凝固热较小的环己烷作溶剂及沸石作晶核，过冷程度适合；采用细长的比色管作为凝固点管，冰水在寒剂套筒内从上往下流动，使得空气套管内空气温度相对一致，被测液整体冷却均匀；

（3）无需添加搅拌装置，使得凝固点管在实验中密封良好；在恒温槽中调整冰水温度，不仅调整简便准确，而且还可保证冰水与被测液间的温差相对稳定；

（4）采用计算机辅助实验，能自动地采集、记录和保存数据，数据准确，实验后可随时取用，同时还能根据实验进程自动绘制步冷曲线，并在电脑显示器上直观显示，方便了解实验情况，调节实验进程.同时减少了人工，对于操作熟练要求大大降低.

由此可见，所做的这些改进，不仅保证了实验测定结果的准确性和精确性，而且实验安排几乎不受实验室温度和湿度的影响，操作也更为简便、安全，十分适合用教学.

〔1〕复旦大学,等.蔡显鄂，项一非，刘衍光修订.物理化学实验(第二版)[M].北京：高等教育出版社，1993.31-34，448.

〔2〕邵小模.《凝固点降低法测摩尔质量》实验方法的改进[J].承德石油高等专科学校学报2000，2(2)：19-22.

〔3〕魏亚杰，姚广伟，李向东，王裱立.凝固点降低法测定摩尔质量实验改进 [J].大学化学，2004,16(6)：40-42.

〔4〕王晓晖，曹高娃，汤天夫.凝固点降低法测定分子量实验改进[J].内蒙古民族大学学报2005，20(5)：520-522.

〔5〕孙尔康，徐维清，邱金恒.物理化学实验[M].江苏：南京大学出版社，1998：32.

〔6〕李森兰，杜巧云，等.凝固点降低法测摩尔质量实验研究.洛阳师专化学系：自然科学版，2000，19（2）：67-68.

O 6 2 5.1 5 1

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1673-260X（2010）10-0011-03