文档介绍：第三章稀溶液的依数性
各种不同的物质的稀溶液,其化学性质各不相同,这是显然的。但稀溶液的某些共性,与溶质的种类无关,只与溶液的浓度相关。我们把这类性质称为稀溶液的依数性。
§1 溶液的饱和蒸气压降低
一问题的提出
H2O 糖水
H2O 糖水
水自动转移到糖水中去,为什么?
这种转移,只能通过蒸气来进行。因此,要研究蒸气的行为,才能弄清楚问题的实质。
二饱和蒸气压
1 纯溶剂的饱和蒸气压( p0 )
在密闭容器中,在纯溶剂的单位表面上,单位时间里,有 N0 个分子蒸发到上方空间中。
随着上方空间里溶剂分子个数的增加,密度的增加, 分子凝聚回到液相的机会增加。当密度达到一定数值时,凝聚的分子的个数也达到 N0 个。这时起,上方空间里溶剂分子的个数不再改变,蒸气的密度也不再改变,保持恒定。
此时,蒸气的压强也不再改变。这个压强称为该温度下溶剂的饱和蒸汽压,用 p0 表示。这时液相和气相之间实现相平衡。
蒸发
液体气体
凝聚
达到平衡后,若蒸气压小于 p0 时,平衡右移,液体气化;蒸气压大于 p0 时,平衡左移,气体液化。
2 溶液的饱和蒸气压( p )
当溶液中溶有难挥发的溶质时,则有部分溶液表面被这种溶质分子所占据。如图示,
譬如,改变上方的空间体积, 即可使平衡发生移动。
于是,溶液中,在单位表面上单位时间内蒸发的溶剂分子的
数目 N 要小于纯溶剂的 N0 。
当凝聚的分子数目达到 N( N < N0 ),实现平衡,蒸气的密
度及压强已不会改变。
凝聚分子的个数当然与蒸气密度及压强有关。若令这种平衡状态下的饱和蒸气压为 p ,则有 p < p0 。
溶剂的表面
溶剂分子
溶液的表面
难挥发溶质的分子
一般性的结论是,在相同的温度下,溶液的饱和蒸汽压低于纯溶剂的饱和蒸汽压。
3 解释实验现象
过程开始时,水和糖水均以蒸发为主。当蒸气压等于 p 时, 糖水与上方蒸气达到平衡。而 p0 > p ,即水并未与蒸汽达到平衡,继续蒸发,以致于蒸气压大于 p , 水蒸气分子开始凝聚到糖水中。这又使得蒸气压不能达到 p0 于是, H2O 分子从水中蒸出而凝聚入糖水。这就解释了本节开始提出的实验现象。
当溶液与气相实现平衡时,蒸气压小于其饱和蒸汽压 p,平衡右移,液体气化;蒸气压大于 p 时,平衡左移,气体液化。
液体气体
凝聚
蒸发
三拉乌尔定律
1 溶液的浓度
每 dm3 溶液中含溶质的物质的量为摩尔浓度,也经常称为体积摩尔浓度。( 单位 mol ·dm-3 )
这种浓度使用方便,唯一不足就是其数值要随温度变化。
摩尔分数,
显然有 X质+ X剂= 1
若用每 kg 溶剂中含溶质的物质的量来表示溶液的浓度,则称为质量摩尔浓度。( 单位 mol · kg -1 )
质量摩尔浓度经常用 m 表示。
对于稀溶液,由于 n质<< n剂,故有
对于稀的水溶液,则有
对于 1000 g 溶剂水,则有
是 1000 g 水中含的溶质的摩尔数,即质量摩尔浓度 m, 故
这是稀的水溶液中,X质与质量摩尔浓度 m 的关系。对于其它溶剂,则不是 ,但仍是一个已知数值。
这时的 n质,其意义是什么?
2 拉乌尔定律( Laoult )
在一定温度下,稀溶液的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数之积。这就是拉乌尔定律,即 p = p0 · X剂。
用 p 表示稀溶液饱和蒸气压下降值,则有
p = p0 - p = p0 - p0 · X剂= p0 ( 1 - X剂) ,
故有 p = p0 · X质。对于稀的水溶液,有
一定温度下,p0 为常数。故上式可以写成
p = k · m ( k 为常数,但对于不同溶剂 k 值不同)
稀溶液饱和蒸气压下降值,与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。这是 Raoult 定律的又一种表述形式。
§2 溶液沸点升高和凝固点降低
一沸点和凝固点
蒸发表面气化的现象
沸腾表面和内部同时气化的现象
沸点液体沸腾过程中的温度
凝固点液体凝固成固体( 严格说是晶体) 是在一定温度下进行的。这个温度称为凝固点。
只有当液体的饱和蒸气压和外界大气的压强相等时,液体的气化才能在表面和内部同时发生。这时的温度即是沸点。
熔解
固体液体
凝固
在这个温度时,液体和固体的饱和蒸气压相等。即
若 p 固> p 液, 则平衡右移,固体熔解,
p 固< p 液, 则平衡左移,液体凝固。
二饱和蒸气压图
物质的饱和蒸气压 p,对温度 T 做图,即得到物质饱和蒸气压图。下面是水,水溶液,冰体系的饱和蒸气压图。
p/Pa
T/K
l1 l2
l3
A
B
B′