凝固點降低法測相對分子質(zhì)量教學(xué)實驗的改進

劉文芳 王連連 趙軍

摘要：凝固點降低法是測定物質(zhì)相對分子質(zhì)量的最常用方法。考慮到目前實驗教學(xué)中實驗試劑的綠色環(huán)保和實驗操作所造成的偏差，打破常規(guī)的手動攪拌，通過水尿素體系測尿素的相對分子質(zhì)量，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色環(huán)保的教學(xué)理念。該實驗已廣泛應(yīng)用于本科生實驗教學(xué)中并取得良好的教學(xué)反饋。

關(guān)鍵詞：凝固點降低;相對分子質(zhì)量;實驗改進

中圖分類號：O642.1

Improvement for the Relative Molecular Weight Determination

of Teaching Experiment by Freezing point fall method

Liu WenfangWang Lianlian*Zhao Jun

Department of Chemistry，Baotou Normal CollegeNeimengguBaotou014030

Abstract：The molecular weight is determined by freezing point fall method in most cases.At present，the deviation made by the environment friendly of experiment reagent and experimental operation are not considered，break the normal hand stirring procedure，the molecular weight of carbamide is determined by the system of the watercarbamide，environmental pollution is decreased，the environment friendly of teaching idea is achieved.It is widely used for the experimental teaching，and achieving well teaching feedback.

Key words：Freezing point fall;Relative molecular weight;Experiment improvement

凝固點降低法測相對分子質(zhì)量的實驗是《物理化學(xué)實驗》中的經(jīng)典實驗之一，應(yīng)用的是稀溶液的依數(shù)性[12]。大多數(shù)高校的物理化學(xué)實驗教材用環(huán)己烷或者苯作為溶劑，萘作為溶質(zhì)，通過記錄時間溫度繪制步冷曲線來確定凝固點，從而來計算物質(zhì)的相對分子質(zhì)量[34]。但是環(huán)己烷是一種有刺激性氣味的液體，對人的眼和上呼吸道有刺激作用;苯有毒，揮發(fā)性大，暴露空氣中很容易擴散，且是一種致癌物質(zhì);萘也有毒，具有刺激作用。師生長時間處于這種環(huán)境中，嚴重影響人的健康，實驗廢液對環(huán)境造也成了污染。所以，我們必須對實驗進行改進，減少對環(huán)境造成的影響。

從綠色化學(xué)的理念出發(fā)，我們嘗試找到能代替環(huán)己烷、苯或萘的無毒無害無污染的溶劑和溶質(zhì)。許多地方高校采用傳統(tǒng)的手動攪拌及人工記錄溫度來繪制凝固點曲線，溫度不易控制且實驗誤差大[57]。我們使用智能型的凝固點實驗裝置，用機械攪拌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動攪拌，應(yīng)用水作為溶劑，尿素作為溶質(zhì)來測定物質(zhì)的相對分子質(zhì)量，數(shù)據(jù)準確，實驗誤差小。水和尿素試劑無污染，又經(jīng)濟實用，降低了實驗的成本。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

海爾220L電冰箱（海爾公司），SWC-LG（智能型）凝固點實驗裝置（南京桑力電子設(shè)備廠），微型電子計算機聯(lián)想啟天M2780（附打印機、顯示器），電子分析天平TB114（北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司），凝固點測定管，空氣套管，25mL移液管，尿素（AR分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司），氯化鈉（分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司），實驗用水為三重蒸餾水。

1.2 實驗步驟

1.2.1 寒劑溫度的調(diào)節(jié)

在冰槽（保溫桶）內(nèi)加入一定量的水和碎冰，再加入3%～4%結(jié)冰的氯化鈉溶液，調(diào)節(jié)寒劑溫度在-5～-3℃范圍之內(nèi)。

1.2.2 溶劑凝固點的測定

（1）近似凝固點的測定：用移液管移取25mL的蒸餾水，置于干凈且干燥的凝固點測定管中，蓋上帶有數(shù)字貝克曼溫度計和攪拌器的塞子，放進裝有寒劑的保溫桶內(nèi)，不斷地攪拌，當有晶體出現(xiàn)時，拿到凝固點空氣套管中緩慢地攪拌，溫度顯示基本不變時，記下此時的溫度，即為溶劑的近似凝固點。

（2）精確凝固點的測定：取出凝固點測定管捂之融化，置于寒劑中不斷攪拌，當溫度高于近似凝固點0.5℃，趕緊擦干凈凝固點測定管外的水并放于空氣套管中，緩慢地攪拌，此時溫度不斷地下降，直到溶液溫度達到過冷后，溫度開始回升，達到最高后溫度會基本不變，此時的溫度即為溶劑的凝固點。重復(fù)測三次，取平均值作為溶劑的凝固點。溶劑凝固點曲線見圖1。

1.2.3 溶液凝固點的測定

取出凝固點測定管，同樣的方法將測定管中的晶體融化，用分析天平精確稱取0.5008g的尿素，放入測定管內(nèi)，使其全部溶于溶劑水中，來測溶液的凝固點。與溶劑的測定方法相同。先測近似凝固點，再測精確凝固點，重復(fù)測三次，取平均值作為溶液的凝固點。溶液凝固點曲線見圖2。

2 結(jié)果分析與討論

實驗測得具體的溶劑和溶液凝固點值見下表。尿素相對分子質(zhì)量的計算依據(jù)是[3]：

式中：M是溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（單位是g/mol）;Kf是質(zhì)量摩爾凝固點降低常數(shù);g和W分別是溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量（單位是g）。

水尿素體系的凝固點曲線（機械攪拌和手動攪拌）見圖1和2。從圖中可以看出，與手動攪拌繪圖相比，機械攪拌所繪曲線更加圓滑、流暢，且有良好的重現(xiàn)性。從實驗數(shù)據(jù)來看（見下表），機械攪拌得到尿素相對分子質(zhì)量的值更接近理論值，相對誤差小，實驗重現(xiàn)性好，其中溶劑凝固點數(shù)據(jù)中各有一個出現(xiàn)偏差，原因一是攪拌速度，二是寒劑溫度。另外，除凝固點實驗裝置本身產(chǎn)生的實驗誤差外，實驗環(huán)境、實驗溶劑、溶質(zhì)的純度都直接影響實驗的可靠性和穩(wěn)定性。

3 實驗注意事項

（1）操作前應(yīng)保證所用儀器是干凈且干燥的。

（2）本實驗的關(guān)鍵就是要控制好攪拌速度，攪拌要均勻。

（3）凝固點的確定比較困難。先測定近似凝固點，精確測定時，接近近似凝固點時，降溫速度要減慢，溫度低于近似凝固點0.1～0.2℃時，要快速攪拌。

（4）控制好寒劑的溫度。寒劑溫度對實驗結(jié)果有很大的影響，過高會導(dǎo)致冷卻太慢，過低則測不出正確的凝固點，寒劑溫度應(yīng)不低于溶液凝固點3℃為佳。一般控制在低于凝固點2～3℃。

4 結(jié)論

用水尿素體系來測相對分子質(zhì)量是對“凝固點降低法測相對分子質(zhì)量”實驗的進一步改進，該體系對環(huán)境零污染，且改善了實驗環(huán)境，對人身體健康的影響降到最低，是我們所提倡的綠色物理化學(xué)實驗。從圖和數(shù)據(jù)可以看出，實驗結(jié)果的相對誤差較小，實驗的重現(xiàn)性好，學(xué)生可以直觀地觀察到曲線上相變點，提高了實驗的準確性。該實驗已應(yīng)用于本科生物理化學(xué)實驗教學(xué)中，取得了很好的實驗效果。

參考文獻：

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基金項目：校級質(zhì)量工程——校級優(yōu)秀課程（01036023/011/043）

作者簡介：劉文芳（1986—），女，漢族，山西嵐縣人，碩士，講師，研究方向：稀土功能材料。

*通訊作者：王連連。