凝固点降低法测相对分子质量教学实验的改进

刘文芳 王连连 赵军

摘要：凝固点降低法是测定物质相对分子质量的最常用方法。考虑到目前实验教学中实验试剂的绿色环保和实验操作所造成的偏差，打破常规的手动搅拌，通过水尿素体系测尿素的相对分子质量，减少了环境污染，实现绿色环保的教学理念。该实验已广泛应用于本科生实验教学中并取得良好的教学反馈。

关键词：凝固点降低;相对分子质量;实验改进

中图分类号：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

凝固点降低法测相对分子质量的实验是《物理化学实验》中的经典实验之一，应用的是稀溶液的依数性[12]。大多数高校的物理化学实验教材用环己烷或者苯作为溶剂，萘作为溶质，通过记录时间温度绘制步冷曲线来确定凝固点，从而来计算物质的相对分子质量[34]。但是环己烷是一种有刺激性气味的液体，对人的眼和上呼吸道有刺激作用;苯有毒，挥发性大，暴露空气中很容易扩散，且是一种致癌物质;萘也有毒，具有刺激作用。师生长时间处于这种环境中，严重影响人的健康，实验废液对环境造也成了污染。所以，我们必须对实验进行改进，减少对环境造成的影响。

从绿色化学的理念出发，我们尝试找到能代替环己烷、苯或萘的无毒无害无污染的溶剂和溶质。许多地方高校采用传统的手动搅拌及人工记录温度来绘制凝固点曲线，温度不易控制且实验误差大[57]。我们使用智能型的凝固点实验装置，用机械搅拌代替传统的手动搅拌，应用水作为溶剂，尿素作为溶质来测定物质的相对分子质量，数据准确，实验误差小。水和尿素试剂无污染，又经济实用，降低了实验的成本。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

海尔220L电冰箱（海尔公司），SWC-LG（智能型）凝固点实验装置（南京桑力电子设备厂），微型电子计算机联想启天M2780（附打印機、显示器），电子分析天平TB114（北京赛多利斯科学仪器有限公司），凝固点测定管，空气套管，25mL移液管，尿素（AR分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司），氯化钠（分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司），实验用水为三重蒸馏水。

1.2 实验步骤

1.2.1 寒剂温度的调节

在冰槽（保温桶）内加入一定量的水和碎冰，再加入3%～4%结冰的氯化钠溶液，调节寒剂温度在-5～-3℃范围之内。

1.2.2 溶剂凝固点的测定

（1）近似凝固点的测定：用移液管移取25mL的蒸馏水，置于干净且干燥的凝固点测定管中，盖上带有数字贝克曼温度计和搅拌器的塞子，放进装有寒剂的保温桶内，不断地搅拌，当有晶体出现时，拿到凝固点空气套管中缓慢地搅拌，温度显示基本不变时，记下此时的温度，即为溶剂的近似凝固点。

（2）精确凝固点的测定：取出凝固点测定管捂之融化，置于寒剂中不断搅拌，当温度高于近似凝固点0.5℃，赶紧擦干净凝固点测定管外的水并放于空气套管中，缓慢地搅拌，此时温度不断地下降，直到溶液温度达到过冷后，温度开始回升，达到最高后温度会基本不变，此时的温度即为溶剂的凝固点。重复测三次，取平均值作为溶剂的凝固点。溶剂凝固点曲线见图1。

1.2.3 溶液凝固点的测定

取出凝固点测定管，同样的方法将测定管中的晶体融化，用分析天平精确称取0.5008g的尿素，放入测定管内，使其全部溶于溶剂水中，来测溶液的凝固点。与溶剂的测定方法相同。先测近似凝固点，再测精确凝固点，重复测三次，取平均值作为溶液的凝固点。溶液凝固点曲线见图2。

2 结果分析与讨论

实验测得具体的溶剂和溶液凝固点值见下表。尿素相对分子质量的计算依据是[3]：

式中：M是溶质的摩尔质量（单位是g/mol）;Kf是质量摩尔凝固点降低常数;g和W分别是溶质和溶剂的质量（单位是g）。

水尿素体系的凝固点曲线（机械搅拌和手动搅拌）见图1和2。从图中可以看出，与手动搅拌绘图相比，机械搅拌所绘曲线更加圆滑、流畅，且有良好的重现性。从实验数据来看（见下表），机械搅拌得到尿素相对分子质量的值更接近理论值，相对误差小，实验重现性好，其中溶剂凝固点数据中各有一个出现偏差，原因一是搅拌速度，二是寒剂温度。另外，除凝固点实验装置本身产生的实验误差外，实验环境、实验溶剂、溶质的纯度都直接影响实验的可靠性和稳定性。

3 实验注意事项

（1）操作前应保证所用仪器是干净且干燥的。

（2）本实验的关键就是要控制好搅拌速度，搅拌要均匀。

（3）凝固点的确定比较困难。先测定近似凝固点，精确测定时，接近近似凝固点时，降温速度要减慢，温度低于近似凝固点0.1～0.2℃时，要快速搅拌。

（4）控制好寒剂的温度。寒剂温度对实验结果有很大的影响，过高会导致冷却太慢，过低则测不出正确的凝固点，寒剂温度应不低于溶液凝固点3℃为佳。一般控制在低于凝固点2～3℃。

4 结论

用水尿素体系来测相对分子质量是对“凝固点降低法测相对分子质量”实验的进一步改进，该体系对环境零污染，且改善了实验环境，对人身体健康的影响降到最低，是我们所提倡的绿色物理化学实验。从图和数据可以看出，实验结果的相对误差较小，实验的重现性好，学生可以直观地观察到曲线上相变点，提高了實验的准确性。该实验已应用于本科生物理化学实验教学中，取得了很好的实验效果。

参考文献：

[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2005：233237.5版（上册）.

[2]钱保华.凝固点降低法测定摩尔质量[J].大学化学，2006，21（1）：4143.

[3]东北师范大学，等.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，2014：6064（3版）.

[4]复旦大学，等.物理化学实验[M].北京：高等教育出版社，2004：2427（3版）.

[5]裴渊超，张虎成，赵扬，等.凝固点降低法测定摩尔质量实验装置的改进[J].实验室科学，2011，14（4）：174176.

[6]冯雪琦，马宏佳.运用手持技术测定尿素的摩尔质量[J].化学教与学，2011（6）：9697.

[7]荣华，佟拉嘎，徐中波.凝固点降低法测定物质摩尔质量实验的改进[J].大学化学，2007，22（5）：4041.

基金项目：校级质量工程——校级优秀课程（01036023/011/043）

作者简介：刘文芳（1986—），女，汉族，山西岚县人，硕士，讲师，研究方向：稀土功能材料。

*通讯作者：王连连。