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 |
拉乌尔定律究竟说了什么
**拉乌尔定律首先说的是:往溶剂里溶入东西,蒸气压就会下降。** 沸点升高与凝固点降低,都不过是由这一点推出的结果。液体在蒸气压与外压相等的温度沸腾,蒸气压既已降低,那个温度自然要往高处挪。升高量写作 Δt = Kb × m × i,降低量写作 Δt = Kf × m × i,其中 Kb 与 Kf 是各溶剂固定的常数。
**这里所用的浓度是质量摩尔浓度而非体积摩尔浓度,这一点有其道理。** 溶液的体积会随温度变化,而讨论的对象本身就是温度,以体积为基准便站不住脚;按溶剂的千克数来计,温度怎么变数值都不动。另一个关键是范特霍夫因子,它记录**一个溶质单元溶解后裂成几个粒子**。依数性只取决于粒子的数目而与其身份无关,故对电解质若不乘上这个因子,答案便对不上。
计算的步骤
- 选择溶剂 可选水、苯、樟脑等六种,选定后 Kb 与 Kf 会自动填入。
- 决定浓度的给法 既可直接输入质量摩尔浓度,也可**由溶质的质量与摩尔质量,连同溶剂的质量算出。**
- 输入范特霍夫因子 非电解质取1,氯化钠取2,氯化钙取3,可作初步估计。
- 读取升高与降低量 变化量与变化后的沸点、凝固点都会一并显示。
用好本工具的小技巧
- 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。
这些场景会用到
核对化学作业
依数性的题目最常因漏乘因子而出错,值得回头验算。
估计融雪剂的效力
**氯化钙化冰胜过氯化钠,正因其因子是3而非2**,同样的浓度换来更大的降幅。
重走测定分子量的老路
凝固点降低曾是求未知物摩尔质量的经典途径,可循此关系反推。
拟定实验方案
动天平之前,先算清要达到目标凝固点需溶入多少。
依数性的术语
- 拉乌尔定律
- 溶液的蒸气压与溶剂的摩尔分数成正比。**沸点升高与凝固点降低皆由此而来。**
- 质量摩尔浓度
- 每千克溶剂中溶质的物质的量。**因不涉及体积,温度变化时数值仍然稳定。**
- 摩尔沸点升高常数
- 单位质量摩尔浓度下沸点升高的度数,随溶剂而定。水为每单位0.515开尔文。
- 摩尔凝固点降低常数
- 与之对应的凝固点降幅。水为1.853,而**樟脑高达37.7,因其数值之大,长期用于测定微量物质。**
- 范特霍夫因子
- 一个化学式单位的溶质在溶液中产生的粒子数。非电解质为1,氯化钠理论上为2。
- 依数性
- 由溶解粒子的数目而非其种类所决定的性质,共四项:蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低与渗透压。
常见问题
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。