Chemistry 143 Experiment #10 Freezing Point Depression Dr. Caddell

Depressing the Freezing Point of Cyclohexane

In this lab you will determine the molar mass of an unknown by determining the freezing point depression of a sample of cyclohexane after dissolving your unknown in the cyclohexane.

EquipmentYou will need a large test tube, a 50 mL beaker, a magnetic stirrer, a magnetic stir bar, a digital thermometer, a test tube clamp, a piece of rubber tubing, a ring stand, something to record time elapsed in seconds (the clock, your watch, or phone will suffice), and a 600 mL beaker.

ChemicalsYou will need about 20 mL of cyclohexane, about 0.25 g of your unknown, about 10 grams of sodium chloride, and some ice. 

SafetyWear gloves the entire experiment.  Your unknown may cause skin irritation.  Do not get it on your skin.  If you do get your unknown on your skin wash off the affected area immediately with soap and water.  Cyclohexane and it's fumes are flammable.  Do not get cyclohexane near any flames or sparks.  Do not breathe in your unknown or the fumes from cyclohexane.

IntroductionIn this experiment you will first determine the freezing point of cyclohexane.  To do this you will record the temperature of pure cyclohexane as it freezes, and then graph temperature versus time with a spreadsheet.  The graph will look some thing like the one below, but since I made up the numbers for this graph the values willbe different.

You will use a ruler to draw a line like the red one along the first part of the graph and a line like the green along the plateau of the second part of the graph.  Where the lines intersect (the blue circle) is the freezing point. Here is a video showing how to use LibreOffice Calc to make this graph. 

You will repeat this process after dissolving your unknown in the cyclohexane.  Whenever a solute is dissolved in a solvent, it lowers the freezing point of the solvent.  Here cyclohexane is the solvent and your unknown is the solute.  

NAME:___________________________  1 of 8 SECTION:__________________

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You will make a graph like this for pure cyclohexane and one for cyclohexane with your unknown dissolved in it.  The difference in thefreezing points on the two graphs will be T in Equation 1 below.

The equation that describes how much the freezing point is lowered isgiven by: 

Δ T=−m⋅K F (Equation 1)

Here T is the change in freezing point (TF – Ti) on oC.  KF is calledthe freezing point depression constant. KF = 20.0 oC/m for cyclohexane.  m is the molality of the solution.

m=moles of solute

kilograms of solvent(Equation 2)

You will measure or be given everything in Equations 1 and 2 except for the moles of the solute (your unknown).

You will solve Equation 1 for the molality, m, of your solution.  Youwill then solve Equation 2 for the moles of your unknown in the solution.  The molar mass of your unknown is just the mass of your unknown divided by the moles of your unknown.

NAME:___________________________  2 of 8 SECTION:__________________

0 100 200 300 400 500 600 700 8005.4

5.9

6.4

6.9

7.4

7.9

8.4

8.9

9.4

9.9

Temperature vs. Time

Joe Caddell

Time (seconds)

Tem

pe

ratu

re (

oC

)

Freezing Point

Chemistry 143 Experiment #10 Freezing Point Depression Dr. Caddell

Procedure

1.) Get your unknown from the stockroom.  Tape your unknown number inthe data section.

2.) PUT ON GLOVES!  WEAR GLOVES THE ENTIRE EXPERIMENT!

3.) Place a clean, dry large test tube into a beaker and place it on a balance.  Tare the balance.  Remove the test tube and add about 15 grams of cyclohexane to the test tube without losing the tare. Recordthe mass of the cyclohexane in the data section (A1).

4.) Place a one hole stopper in your test tube.  Place a piece of tubing on your digital thermometer so that it covers about the top half of the metal portion of your thermometer.

5.) Add about 10 grams of sodium chloride to your 600 mL beaker. Fillyour 600 mL beaker with ice.  Add a little tap water and stir to dissolve as much of the sodium chloride as you can.  Make sure some stays undissolved.  This is your ice bath.

6.) Place your ice bath on a ring stand and put a test tube clamp on the ring stand.  Put the digital thermometer in the test tube throughthe hole in the stopper.  Secure the test tube LOOSELY with the test tube clamp.

7.) Get your time keeping device ready.

8.) Lower the test tube with thermometer into the ice bath.  Start recording the temperature every 10 seconds once the temperature reaches 10oC in the data section.  Your set up should look like this:

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MAKE SURE TO CONTINUOUSLY AGITATE THE TEST TUBE BY SHAKING IT GENTLY!

9.)The temperature will decrease, and then stay constant for a time. Continue recording UNTIL THE TEMPERATURE IS BELOW 0.0 OC.

10.) Remove the test tube with the frozen cyclohexane from the ice bath and let it melt.

11.) Replenish the ice in the ice bath.

12.) Place a 50 mL beaker on the balance and tare the beaker.  Add about 0.2 g of your unknown to the beaker.  Record the mass of your unknown in the data section to three places past the decimal (A2).

13.) Pour the cyclohexane from the test tube into the beaker, add a stir bar, and place on a magnetic stirrer.  Turn the stirrer on low until all of your unknown dissolves.

14.)  Pour the cyclohexane with your unknown dissolved in it back into your test tube.

15.) Repeat steps 6 – 9 with your unknown dissolved in the cyclohexane.

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Temperature of Pure Cyclohexane(   o  C) Every 10 secondst=0 t=380 t=760t=10 t=390 t=770t=20 t=400 t=780t=30 t=410 t=790t=40 t=420 t=800t=50 t=430 t=810t=60 t=440 t=820t=70 t=450 t=830t=80 t=460 t=840t=90 t=470 t=850t=100 t=480 t=860t=110 t=490 t=870t=120 t=500 t=880t=130 t=510 t=890t=140 t=520 t=900t=150 t=530 t=910t=160 t=540 t=920t=170 t=550 t=930t=180 t=560 t=940t=190 t=570 t=950t=200 t=580 t=960t=210 t=590 t=970t=220 t=600 t=980t=230 t=610 t=990t=240 t=620 t=1000t=250 t=630 t=1010t=260 t=640 t=1020t=270 t=650 t=1030t=280 t=660 t=1040t=290 t=670 t=1050t=300 t=680 t=1060t=310 t=690 t=1070t=320 t=700 t=1080t=330 t=710 t=1090t=340 t=720 t=1100t=350 t=730 t=1110t=360 t=740 t=1120t=370 t=750 t=1130

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Temperature of Cyclohexane With Unknown(   o  C) Every 10 secondst=0 t=380 t=760t=10 t=390 t=770t=20 t=400 t=780t=30 t=410 t=790t=40 t=420 t=800t=50 t=430 t=810t=60 t=440 t=820t=70 t=450 t=830t=80 t=460 t=840t=90 t=470 t=850t=100 t=480 t=860t=110 t=490 t=870t=120 t=500 t=880t=130 t=510 t=890t=140 t=520 t=900t=150 t=530 t=910t=160 t=540 t=920t=170 t=550 t=930t=180 t=560 t=940t=190 t=570 t=950t=200 t=580 t=960t=210 t=590 t=970t=220 t=600 t=980t=230 t=610 t=990t=240 t=620 t=1000t=250 t=630 t=1010t=260 t=640 t=1020t=270 t=650 t=1030t=280 t=660 t=1040t=290 t=670 t=1050t=300 t=680 t=1060t=310 t=690 t=1070t=320 t=700 t=1080t=330 t=710 t=1090t=340 t=720 t=1100t=350 t=730 t=1110t=360 t=740 t=1120t=370 t=750 t=1130

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Unknown Number___________________________

Mass of cyclohexane___________(A1)

Mass of unknown___________(A2)

Analysis

Show all work including significant figures and units.  Record your answer in the blank provided to the correct number of significant figures with the correct units.

1.) Using a spreadsheet plot the data for the freezing point of pure cyclohexane with temperature(oC) on the y­axis and time(seconds) on the x­axis.  Here is a video showing how to do this with LibreOffice Calc.  Draw the lines as described on pages 1 and 2 above and determine the freezing point of pure cyclohexane.  

Freezing point of pure cyclohexane____________________(A3)

2.) Using a spreadsheet plot the data for the freezing point of cyclohexane with your unknown dissolved in it, with temperature(oC) on the y­axis and time(seconds) on the x­axis. Draw the lines as described on pages 1 and 2 above and determine the freezing point of cyclohexane with your unknown dissolved in it.

Freezing point of cyclohexane with unknown________________(A4)

3.) Find the freezing point depression (T) of your solution:   (A4) – (A3).

T=________________(A5)

4.) Using (Equation 1) solve for the molality, m, of your solution.

m=_________________(A6)

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5.) Convert the mass of your solvent, cyclohexane, to kilograms.

(A1)

1000gkg

Mass of solvent in kg_________________(A7)

6.) Find the moles of your unknown in the solution using (Equation 2)(A6) x (A7).

Moles of unknown_______________(A8)

7.) Find the molar mass of your unknown.   (A2)(A8)

Molar mass of unknown______________(A9)

TURN IN PAGES 5 – 8 ONLY! STAPLE BOTH GRAPHS TO THE BACK!

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