凝固点降低法测相对分子质量

实验内容：

利用凝固点测定仪测量蔗糖的分子量。

学习任务：

1、凝固点测量法的实验原理。

2、掌握一种常用的测定相对分子质量的实验方法。

3、掌握溶液凝固点的测定技术，加深对稀溶液依数性的理解。

仪器和试剂：

凝固点测定仪1套；制冰机1台（公用）；计算机1台；凝固点降低实验测定软件1套（若凝固点测定仪无配套的测定软件、计算机，也可用秒表人工记录数据）；电子天平1台；酒精温度计（-30～50 ℃，分度为1 ℃）1支；玻璃管（包括内管、外管）2个；玻璃搅拌棒1支；保温瓶1个；大烧杯(1 L) 2个；移液管（25 mL）1支；吸耳球1个；称量纸2片；毛巾1条。

蔗糖（A.R）；食盐；蒸馏水。

操作步骤:

1．接线，把电源开关置于关的位置，打开计算机开关。

2．按图1安装凝固点测定装置。

向保温瓶中加入适量自来水、并加入碎冰，打开温度温差测量仪，将温度测量传感器置于保温瓶中，用食盐和碎冰调节冰水的温度，使冷剂的温度调至-2～-3 ℃，用玻璃搅拌棒搅拌。用烧杯从加水口向凝固点测定仪的冰浴槽中加入冷剂（以注满浴槽体积2/3为宜），将温度传感器置于其中，拉动搅拌杆（搅拌时要避免搅拌杆与器壁及感温探头摩擦）。实验时冷剂应经常搅拌，并间断地补充少量的碎冰或食盐及吸出盐水，使冷剂温度基本保持不变。

3．纯水凝固点的测定

设置软件参数。用移液管准确移取25.00 mL蒸馏水，加入洗净、干燥后的凝固点冷冻管（内管）中。将冷冻管直接放入冷剂中，把搅拌桨和温差测量传感器放入冷冻管中，然后将搅拌开关置于慢的位置，打开机电一体化装置开关，搅拌浆转动，且箱内灯亮，溶剂逐步冷却。将温度温差测量仪置零。

开始用软件记录数据。当有固体析出时，关闭机电一体化装置开关，从冷剂中取出冷冻管，迅速将管外冰水擦干，放入空气套管（外管）中，空气套管放入冷剂中，再打开开关，缓慢而均匀地搅拌之，观察读数，直至读数稳定，此乃蒸馏水的近似凝固点。关闭机电一体化装置开关。

取出冷冻管，用手温热之，使管中的固体完全融化。打开机电一体化装置开关，再将冷冻管直接放入冷剂中缓慢搅拌，使溶剂较快地冷却。当溶剂温度降至高于近似凝固点0.5 ℃时，关闭机电一体化装置开关，迅速取出冷冻管，擦干冰水后放入空气套管中，空气套管放入冷剂中，打开机电一体化装置开关，并缓慢搅拌，使蒸馏水温度均匀降低，当温度低于近似凝固点温度参考值0.2 ℃时，将调速开关拨到快挡，防止过冷使固体析出。当固体析出时，温度迅速回升，立即把调速开关拨到慢挡，注意观察读数直到稳定，记录温度，此即蒸馏水的凝固点。关闭机电一体化装置开关，重复测定两次，要求平均误差小于±0.006 ℃。

4．溶液凝固点的测定

取出冷冻管，使冰融化，加入准确称量的1 g左右的蔗糖，待其完全溶解后，重复步骤3，测出溶液的凝固点。重复测定两次，要求平均误差小于±0.006 ℃。

5．实验完毕，将电源开关置于断的位置，排除冷剂，倒出溶液样品，清洗玻璃管、玻璃缸、传感器和搅拌桨。擦干传感器、搅拌桨。关闭仪器开关。

 

图1 凝固点降低实验装置示意图

1—冰浴槽；2—温度测量传感器；3—玻璃搅拌器；

4—电动搅拌桨；5—冷冻管；6—空气套管；7—温差测量传感器。

本实验注意事项：（1）冷冻管必须洁净、干燥；（2）温差传感器的测温探头要处于系统中，不能与冷冻管的管壁相接触，以免受环境温度影响；（3）测溶液凝固点和溶剂凝固点时，搅拌条件要一致；（4）控制好过冷过程和搅拌速度；（5）防止搅拌棒与温度/差传感器或管壁相摩擦。尤其是读数时，不能与测温探头相碰；（6）搅拌棒上下移动幅度大一点好些，但不能高出液面上。

本实验成败关键是控制过冷程度和搅拌速率。在测定浓度一定的溶液的凝固点时，析出的固体越少，过冷程度越小，测得的凝固点才越准确。溶剂、溶质的纯度直接影响实验结果。高温、高湿季节不宜做此实验，特别对非水系统。
数据记录和处理 :
室温：              ℃；  大气压：              kPa
冷剂温度：              ℃

表1 溶液步冷曲线数据

1．绘出纯溶剂和溶液的步冷曲线，通过外推法确定T_f^*、T_f和ΔT_f（如图2所示）。

2．查表计算室温时水的密度，然后算出所取的水的质量W_A。 

3．将上面所得数据列入表2中

表2 溶液凝固点降低值

4．计算蔗糖的相对分子质量。

 
图2 作步冷曲线推得ΔT_f值

(a) 溶剂步冷曲线

(b) 溶液步冷曲线