拉烏爾定律計算器(沸點升高與凝固點降低)
根據溶質的質量摩爾濃度和範特霍夫因子,利用拉烏爾定律計算溶液的沸點升高和凝固點降低。支援水、苯等6種溶劑常數(Kb・Kf),並可考慮電解質的電離效應。
常見溶劑的摩爾沸點升高常數與摩爾凝固點降低常數
教科書中廣泛引用的標準參考值,可用於核對手工計算的結果。
| 溶劑 | Kb (°C·kg/mol) | Kf (°C·kg/mol) | 標準沸點(°C) | 標準凝固點(°C) |
|---|---|---|---|---|
| 水 | 0.512 | 1.86 | 100.0 | 0.0 |
| 苯(Benzene) | 2.53 | 5.12 | 80.1 | 5.5 |
| 乙酸(Acetic acid) | 3.07 | 3.9 | 118.1 | 16.6 |
| 環己烷(Cyclohexane) | 2.79 | 20.2 | 80.7 | 6.5 |
| 萘(Naphthalene) | 5.8 | 6.9 | 218.0 | 80.2 |
| 樟腦(Camphor) | 5.95 | 37.7 | 204.0 | 178.4 |
拉午耳定律究竟說了什麼
**拉午耳定律首先說的是:往溶劑裡溶入東西,蒸氣壓就會下降。** 沸點上升與凝固點下降,都不過是由這一點推出的結果。液體在蒸氣壓與外壓相等的溫度沸騰,蒸氣壓既已下降,那個溫度自然要往高處挪。上升量寫作 Δt = Kb × m × i,下降量寫作 Δt = Kf × m × i,其中 Kb 與 Kf 是各溶劑固定的常數。
**這裡所用的濃度是重量莫耳濃度而非體積莫耳濃度,這一點有其道理。** 溶液的體積會隨溫度變化,而討論的對象本身就是溫度,以體積為基準便站不住腳;按溶劑的公斤數來計,溫度怎麼變數值都不動。另一個關鍵是凡特荷夫因子,它記錄**一個溶質單元溶解後裂成幾個粒子**。依數性只取決於粒子的數目而與其身分無關,故對電解質若不乘上這個因子,答案便對不上。
計算的步驟
- 選擇溶劑 可選水、苯、樟腦等六種,選定後 Kb 與 Kf 會自動填入。
- 決定濃度的給法 既可直接輸入重量莫耳濃度,也可**由溶質的質量與莫耳質量,連同溶劑的質量算出。**
- 輸入凡特荷夫因子 非電解質取1,氯化鈉取2,氯化鈣取3,可作初步估計。
- 讀取上升與下降量 變化量與變化後的沸點、凝固點都會一併顯示。
用好本工具的小技巧
- NaCl、CaCl2等電解質在水中會電離為多個離子,將範特霍夫因子i設為大於1的值可使計算結果更接近實測值。
- 在“由質量計算”模式下,只需輸入溶質質量[g]、摩爾質量[g/mol]和溶劑質量[kg],即可自動計算質量摩爾濃度。
- 沸點升高和凝固點降低都屬於依數性,只取決於溶質粒子的數量,而與溶質本身的種類無關。
- 對相同的溶質用量而言,許多溶劑的凝固點降低幅度大於沸點升高幅度,這也是道路除冰劑常用氯化鈣的原因之一。
- 使用i的預設按鈕(非電解質・NaCl相當・CaCl2相當)可快速體驗典型的電離模式。
這些情境會用到
核對化學作業
依數性的題目最常因漏乘因子而出錯,值得回頭驗算。
估計融雪劑的效力
**氯化鈣化冰勝過氯化鈉,正因其因子是3而非2**,同樣的濃度換來更大的降幅。
重走測定分子量的老路
凝固點下降曾是求未知物莫耳質量的經典途徑,可循此關係反推。
擬定實驗方案
動天平之前,先算清要達到目標凝固點需溶入多少。
依數性的術語
- 拉午耳定律
- 溶液的蒸氣壓與溶劑的莫耳分率成正比。**沸點上升與凝固點下降皆由此而來。**
- 重量莫耳濃度
- 每公斤溶劑中溶質的物質量。**因不涉及體積,溫度變化時數值仍然穩定。**
- 莫耳沸點上升常數
- 單位重量莫耳濃度下沸點上升的度數,隨溶劑而定。水為每單位0.515克耳文。
- 莫耳凝固點下降常數
- 與之對應的凝固點降幅。水為1.853,而**樟腦高達37.7,因其數值之大,長期用於測定微量物質。**
- 凡特荷夫因子
- 一個化學式單元的溶質在溶液中產生的粒子數。非電解質為1,氯化鈉理論上為2。
- 依數性
- 由溶解粒子的數目而非其種類所決定的性質,共四項:蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降與滲透壓。
常見問題
閒話 ― 除冰劑與依數性的化學原理
冬季撒在道路上的白色顆粒,通常是氯化鈣(CaCl2)或氯化鈉(NaCl)。這些物質之所以能融化冰雪,並不是因為它們能發熱,而是因為溶解在水中後會降低水本身的凝固點。這種現象被稱為凝固點降低,是由拉烏爾定律推匯出的依數性(colligative properties)的典型例子。
“依數性”這個詞的含義是“結果只取決於粒子的數量”。在相同質量摩爾濃度下,CaCl2在水中電離為1個Ca2+和2個Cl-,共3個粒子,因此其凝固點降低效果約為蔗糖等不電離的非電解質的3倍。這也是為什麼少量的CaCl2有時比NaCl具有更強的除冰效果(不過還需考慮其對混凝土的腐蝕性等其他因素)。
同樣的原理反過來也適用於沸點升高。煮義大利麵時加鹽確實會略微提高水的沸點,但家庭用量下升高幅度遠不到1℃,實際上幾乎沒有“加快沸騰”的效果。加鹽的主要目的其實是給麵條調味,沸點升高只不過是一個次要的化學副作用而已。