拉乌尔定律计算器(沸点升高与凝固点降低)
根据溶质的质量摩尔浓度和范特霍夫因子,利用拉乌尔定律计算溶液的沸点升高和凝固点降低。支持水、苯等6种溶剂常数(Kb・Kf),并可考虑电解质的电离效应。
常见溶剂的摩尔沸点升高常数与摩尔凝固点降低常数
教科书中广泛引用的标准参考值,可用于核对手工计算的结果。
| 溶剂 | Kb (°C·kg/mol) | Kf (°C·kg/mol) | 标准沸点(°C) | 标准凝固点(°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 |
| 环己烷(Cyclohexane) | 2.79 | 20.2 | 80.7 | 6.5 |
| 萘(Naphthalene) | 5.8 | 6.9 | 218.0 | 80.2 |
| 樟脑(Camphor) | 5.95 | 37.7 | 204.0 | 178.4 |
使用提示
- NaCl、CaCl2等电解质在水中会电离为多个离子,将范特霍夫因子i设为大于1的值可使计算结果更接近实测值。
- 在“由质量计算”模式下,只需输入溶质质量[g]、摩尔质量[g/mol]和溶剂质量[kg],即可自动计算质量摩尔浓度。
- 沸点升高和凝固点降低都属于依数性,只取决于溶质粒子的数量,而与溶质本身的种类无关。
- 对相同的溶质用量而言,许多溶剂的凝固点降低幅度大于沸点升高幅度,这也是道路除冰剂常用氯化钙的原因之一。
- 使用i的预设按钮(非电解质・NaCl相当・CaCl2相当)可快速体验典型的电离模式。
常见问题
范特霍夫因子(i)表示溶质在溶液中分解为多少个粒子(离子或分子)。蔗糖等非电解质不发生电离,始终是1个粒子,因此i=1;NaCl完全电离为Na+和Cl-两个离子,因此i≈2;CaCl2电离为1个Ca2+和2个Cl-共3个离子,因此i≈3。
沸点升高和凝固点降低都是与溶质粒子数成正比的依数性。食盐(NaCl)在水中电离为Na+和Cl-两个离子,因此在相同摩尔浓度下产生的效果约为非电解质的两倍(i≈2),使沸点升得更高、凝固点降得更低。这正是道路结冰时撒盐的原理。
Kb和Kf都是各溶剂固有的常数,表示当溶解质量摩尔浓度为1mol/kg的非电解质时,沸点或凝固点分别会变化多少摄氏度。由于取决于溶剂的分子量及其凝固、沸腾的难易程度,水和苯的数值差异很大。
质量摩尔浓度是“每千克溶剂中溶质的物质的量[mol]”,不随温度变化。摩尔浓度则是“每升溶液中溶质的物质的量[mol]”,会受到温度变化引起的溶液体积变化的影响。由于沸点升高、凝固点降低本身涉及温度变化,因此使用不受温度影响的质量摩尔浓度才是正确的选择。
本工具收录了6种常见溶剂(水、苯、乙酸、环己烷、萘、樟脑)的Kb・Kf值。对于其他溶剂,建议查阅《化学手册》或CRC Handbook of Chemistry and Physics等专业参考书。
闲话 ― 除冰剂与依数性的化学原理
冬季撒在道路上的白色颗粒,通常是氯化钙(CaCl2)或氯化钠(NaCl)。这些物质之所以能融化冰雪,并不是因为它们能发热,而是因为溶解在水中后会降低水本身的凝固点。这种现象被称为凝固点降低,是由拉乌尔定律推导出的依数性(colligative properties)的典型例子。
“依数性”这个词的含义是“结果只取决于粒子的数量”。在相同质量摩尔浓度下,CaCl2在水中电离为1个Ca2+和2个Cl-,共3个粒子,因此其凝固点降低效果约为蔗糖等不电离的非电解质的3倍。这也是为什么少量的CaCl2有时比NaCl具有更强的除冰效果(不过还需考虑其对混凝土的腐蚀性等其他因素)。
同样的原理反过来也适用于沸点升高。煮意大利面时加盐确实会略微提高水的沸点,但家庭用量下升高幅度远不到1℃,实际上几乎没有“加快沸腾”的效果。加盐的主要目的其实是给面条调味,沸点升高只不过是一个次要的化学副作用而已。