Transcript 實驗十沸點上升法測定分子量

49812048 陳柏維
49812052劉至霖
目的
 1.學習應用Clausius-Clapeyron方程式
 2.學習以沸點上升法測得分子量
原理

沸騰:蒸氣壓=大氣壓力
非揮發性溶質對蒸氣壓沒有貢獻
 P  P 0 X 1 ，溶劑莫耳分律↘
非揮發性物質溶於溶劑會降低蒸氣壓
到達純溶劑沸點時，溶液蒸氣壓仍小於大氣壓力
持續加熱→ 沸點上升
 假設溶液沸騰時，溶質的蒸氣壓可忽略
→溶劑的氣相＆液相達平衡
→
d  ( g )   S m ( g ) dT  V m ( g ) dP
  S m ( l ) dT  V m ( l ) dP  d  ( l )

dP

dT
S vap 
 H vap
T
S m ( g )  S m (l )
V m ( g )  V m (l )

dP

dT

Sm
Vm
(1)
 H vap
T  V vap
設溶劑蒸氣壓遵守理想氣體定律，
又蒸氣的Ｖｍ遠大於溶劑的Ｖｍ
V m ( g )  V m ( l )
  V vap  V m ( g )  V m ( l )  V m ( g )
PV  nRT   V vap 
RT
P
dP
dT


 H vap

T ( RT P )
dP
P  dT
d ln P
dT

 H vap
RT

 H vap
RT
2
2
 dx

 d ln x 

 x

( 2 ) - Clausius
 H vap 為莫耳蒸發熱
- Clapeyron
equation
 假設  T 很小， H vap 不隨溫度而改變
 設溶劑沸點 T 時的溶液蒸氣壓 P，溶液沸點
的蒸氣壓 P
0
T時
0

P
P
d ln P 
 H vap

R
0
T
T
0
dT
T
2
T
ln[ P ]
P
P
0
 H vap 
1 




R
T

T
 H vap
 P 
ln 



R
 P0

1
 H vap  T  T 0 
 1



T 0 T 
R  TT 0 


 H vap   T b
RTT
0
0

(3)
 H vap   T b
RT
2
0
(  T b 沸點改變的度數)
 若溶液在低濃度(X 2 1 )遵守 Raoult’s Law
P  1  X
ln 1  X

2
P 0
X 
 P 
 ln 
  ln 1  X
 P0 
X
2

X
2
2

3
    X
3
 帶入(3)整理後
 P 
 ln 
  ln 1  X
 P0 
 Tb 
R T 0
2

X2
 H vap   T b
RT
2
0
2
 H vap
X
2
(4)
X 2 為溶質莫耳分律
X2
n2
n1  n 2

n2

n1
m
1000
M1
 帶入(4)
Tb 
M 1 R T 0
2
1000  H vap
m
(5)
  T b  K b  m 
 Kb 
M 1 R T 0
2
1000  H vap
(6)
K b 為莫耳沸點上昇常數
n 為莫耳數； M 為分子量；W 為重量
m 為溶液的重量莫耳濃度；1是溶劑 2是溶質
在已知K b 的溶劑中加入未知分子量的溶質，
n2
Tb  Kb
W 1 1000
M
2
 Kb
W
2
1000
Tb W 1
 Kb
W
2
M
2
W 1 1000
(7)
測其沸點改變量 T b 即可求出溶質分子量M
2
儀器及藥品
 沸點上昇測定裝置
 貝克曼溫度計
 秤量瓶100ml
 酒精燈
 環己烷(cyclohexane)
 萘(naphthalene)
貝克曼溫度計
1.倒拿貝克曼溫度計使儲汞槽內水銀與下方
毛細管中水銀連接，再拿正。
2.將貝克曼溫度計置於溫度為(T+5)℃的恆
溫槽中使之平衡。
(注意毛細管水銀線不可斷)
3.平衡後拿出貝克曼溫度計，輕拍打使水銀
掉落
4.將貝克曼溫度計置於T℃中，觀察毛細管
水銀面是否在1度附近
實驗步驟
1.調整貝克曼溫度計
2.取100ml環己烷，經稱後再倒入裝置，稱取空瓶重，
相減即環己烷使用量(W)
3.加熱使溶液保持沸騰。冷凝開始滴10~20秒後再開始記錄。
每隔20秒紀錄一次溫度，直到溫度不變。
(約20~25組數據)
4.關掉加熱包冷卻至50~60℃
5.稱取萘約0.5g，由側管倒入瓶中
6.重複步驟3&4
7.追加萘三次。各測其沸點上昇度數。
數據處理
1.利用 K b 
M 1 R T 0
2
(6)
1000  H vap
求得莫耳沸點上昇常數 Kb
2.利用
M
2
 Kb
W
2
1000
Tb W 1
(7)
求得各加入萘的分子量 M2
3.以重量莫耳濃度m為X軸，分子量萘M2為Y軸作圖
參考資料
 http://www2.thu.edu.tw/~orglab/Exp1-22/exp01.pdf
 物化實驗課本