此示例问题演示如何使用水中的盐溶液计算冰点降低。
凝固点降低是物质的依数性质之一,这意味着它受粒子数量的影响,而不是粒子的化学特性或它们的质量。当溶质添加到溶剂中时,其凝固点会从纯溶剂的原始值降低。溶质是液体、气体还是固体并不重要。例如,当向水中添加盐或酒精时,会发生冰点降低。事实上,溶剂也可以是任何相。凝固点降低也发生在固体混合物中。
使用拉乌尔定律和克劳修斯-克拉佩龙方程计算冰点下降,并写出一个称为布拉格登定律的方程。在理想溶液中,冰点降低仅取决于溶质浓度。
将31.65 g氯化钠添加到温度为34°C的220.0 mL水中。这将如何影响水的冰点?假设氯化钠在水中完全解离。给定:35°C下的水密度=0.994 g/mLKf水=1.86°C kg/mol
为了找出溶质引起的溶剂温度变化升高,使用冰点降低方程:ΔT=IKfm,其中ΔT=温度变化,单位为°Ci=van’T Hoff系数Kf=摩尔冰点降低常数或冰点降低常数,单位为°C kg/molm=溶质摩尔浓度/kg溶剂。
NaCl的摩尔浓度(m)=周期表中NaCl的摩尔数/kg水,求元素的原子质量:原子质量Na=22.99原子质量Cl=35.45摩尔氯化钠=31.65克x1摩尔/(22.99+35.45)摩尔氯化钠=31.65克x1摩尔/58.44克氯化钠=0.542摩尔千克水=密度x体积克水=0.994克/毫升x220毫升x1千克/1000克水=0.219千克氯化钠=0.542摩尔/0.219千克水2.477 mol/kg
范特霍夫系数i是一个常数,与溶剂中溶质的离解量有关。对于在水中不解离的物质,如糖,i=1。对于完全解离成两个离子的溶质,i=2。对于本例,NaCl完全解离成两个离子,Na+和Cl-。因此,对于本例,i=2。
ΔT=iKfmΔT=2 x 1.86°C kg/mol x 2.477 mol/kgΔT=9.21°C罐:向220.0 mL水中添加31.65 g NaCl将使冰点降低9.21°C。
计算冰点下降具有实际应用,例如制作冰淇淋、药品和道路除冰。然而,这些方程式仅在某些情况下有效。
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