尿素水溶液凝固點的測定：實驗原理與計算重點總整理｜莫斯利
在高中選修化學的溶液與實驗章節中，「凝固點下降法測定分子量」是一項非常經典的定量實驗。我們常以性質安定的尿素 (CO(NH₂)₂) 作為實驗溶質。本篇將尿素水溶液凝固點測定的實驗原理、步驟與計算重點完整統整
一、 實驗目的與原理
實驗目的：
利用凝固點下降的依數性質，測定非揮發性非電解質溶質（尿素）的分子量。
核心理論依據：
當純水中加入非揮發性溶質（如尿素）後，溶液的凝固點會下降。
凝固點下降度數公式：ΔTf ＝ Kf × m
(其中 ΔTf 為純水凝固點減去溶液凝固點，Kf 為水的重量莫耳凝固點下降常數 1.86，m 為重量莫耳濃度)
二、 為什麼選擇「尿素」作為實驗溶質？
非揮發性：加熱或靜置時不會隨意揮發，確保溶液濃度維持穩定。
非電解質（不解離）：
尿素 (CO(NH₂)₂) 在水中不解離，凡特荷因數 i ＝ 1。
這使得實驗計算時不會因為離子解離數未知而產生誤差，是最理想的非電解質代表。
化學性質安定：不易與水發生化學反應，且純度高、易取得。
三、 實驗操作與觀察重點
測定純水的凝固點 (To)：
將純水置於試管中，放入冰鹽浴中冷卻，並持續輕輕攪拌。
記錄溫度隨時間變化的冷卻曲線，找出純水開始結冰時的穩定溫度（通常為 0.0℃）。
測定尿素水溶液的凝固點 (T)：
精秤一定量的尿素溶於已知重量的水中，配製成尿素水溶液。
同樣放入冰鹽浴中冷卻並記錄溫度，找出溶液開始結晶的溫度。
由於過冷現象 (Supercooling)，溫度會先降至凝固點以下再回升，應取回升後的平穩最高溫作為溶液的實際凝固點。
四、 實驗數據計算與分子量求法
步驟一：計算凝固點下降度數 (ΔTf)
ΔTf ＝ To － T （純水凝固點減去溶液凝固點）
步驟二：求出重量莫耳濃度 (m)
利用公式：m ＝ ΔTf / Kf （將水的 Kf ＝ 1.86 代入）
步驟三：推算溶質（尿素）的分子量 (M)
重量莫耳濃度定義為：m ＝ (溶質質量 w / 分子量 M) / 溶劑質量 (kg)
移項後即可求出分子量：M ＝ (w × 1000) / (m × 溶劑克數)
💡 莫斯利重點整理：解題與實驗心法
過冷現象的處理：實驗時水溶液容易產生「過冷（溫度低於凝固點卻還沒結冰）」現象，必須靠持續攪拌或加入晶種來引發結晶，並以結晶析出時回升的最高溫度為準。
尿素 i ＝ 1：尿素是標準非電解質，計算時不用乘以解離因數。