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)
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。
ツールくん

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。