课题19 醋酸的电离常数的测定
课题20 溶液的凝固点下降研究 课题概述:
在一个标准大气压下，纯水的凝固点是0?，沸点是100?。那么，当水中溶解了某些物质之后，凝固点与沸点会发生什么样的变化呢,早在十八世纪，人们就已发现如果在挥发性溶剂中加入非挥发性溶质，就能使整个溶液的沸点升高，而凝固点下降。
本实验通过使用温度传感器分别测定纯水与溶液凝固点的差异，揭示纯水中溶解了溶质之后凝固点的变化情况。
教学目标:
1(了解溶液与纯水凝固点的差异情况。
2(理解溶质的物质的量对溶液凝固点下降的影响情况。
器材准备:
实验药品:尿素、冰块、氯化钙。
实验仪器:TI—83 Plus图形计算器及CBL系统、温度传感器、电子天平、保温杯、试管、量筒、铁架台(连铁夹)。
实验步骤:
一(实验准备
1(在保温杯中放入适量水、冰块和氯化钙，充分搅拌作为冰浴。实验过程中，必须确保冰浴温度保持在-10?以下。
2(用电子天平称取4份尿素(每份0.3克)备用。
二(设置传感器
1(将TI—83 Plus图形计算器、CBL系统按图示连接。
2(将温度传感器与CBL系统CH1通道相连。
3(打开TI—83 Plus图形计算器、CBL系统，按APPS，选择“CHEMBIO”程序，按ENTER。(见图1、2)
图1 图2
4(在“MAIN MENU”菜单中选择“1:SET UP PROBES”;输入传感器数量“1”，按ENTER。(见图3)
5(在“SELECT PROBE”菜单中选择“1:TEMPERATURE”。(见图4)
图3 图4 6(输入通道序号“1”;在“CALIBRATION”菜单中选择“1:USE STORED”。 (见图5、6)
图5 图6 7(传感器设置完成后即返回“MAIN MENU”菜单。(见图7)
图7
三(设置采样方式
5(在“MAIN MENU”菜单中选择“2:COLLECT DATA”。 (见图8) 6(“COLLECT DATA”菜单中选择“2:TIME GRAPH”，按ENTER。(见图9)
图8 图9 7(输入采样间隔时间:“10”(秒)，按ENTER。输入采集数据个数:“60”(个)，按ENTER。屏幕显示该次采样共需历时600秒，按ENTER。(见图10、11)
图10 图11
8(在“CONTINUE”菜单中选择“1:USE TIME SETUP”(见图12)。
图12
9(输入Y轴(液体温度)的最小值:“-5”(?)，按ENTER。输入Y轴的最大值:“5”(?)，按ENTER。输入Y轴坐标点间隔:“1”，按ENTER。随后出现的屏幕上告知“按ENTER开始收集数据”。(见图13、14)
图13 图14
四(数据采集
1(用量筒量取10mL蒸馏水，注入试管中。
2(将试管放置于冰水浴中，并固定在铁架台上。将温度传感器浸入试管内液体中，按ENTER开始收集数据。
3(当CBL显示“DONE”时，采样全部完成。按ENTER即显示出液体的温度随时间变化曲线。(由于实验时间较长，图形计算器可能会自动关闭，这不会影响数据采集。在CBL显示“DONE”后，开启图形计算器，选择“6:RETRIEVE DATA”，让图形计算器从CBL系统获取数据后即可)
4(观察变化曲线，由于纯物质在发生相变过程(如液体变为固体)中温度保持不变，所以我们选取下降段曲线的末点作为该物质的凝固点(见图15)。对于溶液而言，由于溶液是混合物，在凝固过程中温度仍然会变化(尽管在曲线上不一定能清楚观察到)，但下降的幅度要大大减小，因此我们可以选取明显有斜率差异的两段下降曲线的
交点作为该物质的凝固点(见图16)。
图15 图16
5(将试管从铁架台上取下，在冷水中放置片刻使已凝固的液体融化。
6(取一份尿素加入试管中，等到尿素完全溶解后，重复实验2—5的操作，测定该溶液的凝固点。
7(重复以上实验，每次向试管中加入一份尿素，直至将四份尿素全部加入。 实验结果及数据记录:
1(将实验数据记录在下表中:
1 2 3 4 5 实验次数
0 加入尿素量(g) 0.3 0.6 0.9 1.2
凝固点(?)
凝固点降低Δ
T(?)
2(通过上表的实验数据，
总结
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溶液与纯水之间凝固点的差异，理解加入溶质后对液体凝固点的影响。
3(通过上表的实验数据，总结溶液凝固点降低与溶液中溶质量的对应关系。 实验说明:
1(根据物理化学中对稀溶液依数性的阐述，溶剂的冰点下降常数较沸点上升常数大数倍甚至几十倍，因此测定溶液凝固点的变化比较沸点变化要大得多。本例中选择测定凝固点，也是基于这一点。
2(本实验中，也可以通过观察到液体最初开始发生凝固的时刻所对应的温度，确定为液体的凝固点。如果采用这种方法，则必须仔细地观察，并且要防止液体过冷。
3(每次实验开始前应检查冰水浴的温度是否合适。冰水浴的温度可稍低一些(特别在室温较高时进行实验)，这样可以加速液体的凝固，以缩短实验的时间。 思考与拓展:
1(当溶液较稀的时候，凝固点的下降与加入尿素的量之间是否呈现一定的正比例关系,用你的实验数据说明这个问题。
2(尝试换用其余物质(电解质或者非电解质)作为溶质，进行以上实验。比较各种不同物质其水溶液凝固点下降的情况。
3(根据实验数据，你是否能解释为什么尿素溶液凝固过程中温度会发生变化,
4(溶液的凝固点下降的原理在生活中有那些应用,你还可以设想那些应用,
上海市科技教育研究所、上海市徐汇区教育学院 严 岷
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