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稀溶液的蒸氣壓下降


實(shí)驗(yàn)室k / 2018-07-09

    如果把一杯液體(如水)置于密閉的容器中,液面上那些能量較大的分子就會(huì)克服液體分子間的引力從表面逸出,成為蒸氣分子,這個(gè)過程叫做蒸發(fā)。相反,蒸發(fā)出來的某些蒸氣分子在液面上的空間運(yùn)動(dòng)時(shí)可能撞到液面,被液體分子所俘獲而重新進(jìn)入液體中,這個(gè)過程叫做凝聚。凝聚過程是放熱過程,同時(shí)系統(tǒng)的熵值也減小。在一定的溫度下,液體的蒸發(fā)速率是恒定的。蒸發(fā)剛開始時(shí),蒸氣分子不多,凝聚的速率遠(yuǎn)小于蒸發(fā)的速率。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行,蒸氣濃度逐漸增大,凝聚的速率也隨之增大。當(dāng)凝聚的速率和蒸發(fā)的速率達(dá)到相等時(shí),液體和它的蒸氣就處于平衡狀態(tài),此時(shí),蒸氣所具有的壓力稱作該溫度下液體的飽和蒸氣壓,簡稱蒸氣壓。
    以水為例,在一定溫度下達(dá)到如下相平衡時(shí)

    H2O(g)所具有的壓力p(H2O)即為該溫度下的蒸氣壓。例如100℃時(shí),p(H2O)=100kPa。
    日常生活中可以看到,在嚴(yán)寒的冬季里,晾洗的衣服上的冰可以逐漸消失,大地上的冰雪不經(jīng)融化也可以逐漸減小乃至消失,而樟腦丸在常溫下逐漸揮發(fā)。這些現(xiàn)象都說明固體表面的分子也能蒸發(fā)。如果把固體放在在密封的容器內(nèi),固體和它的蒸氣之間也能達(dá)成平衡,此時(shí)固體具有一定的蒸氣壓。固體和液體的蒸氣壓都隨溫度的升高而增大。
    由于難揮發(fā)的溶質(zhì)的蒸氣壓很小,與溶劑的蒸氣壓相比可忽略不計(jì)。當(dāng)溶劑溶解了難揮發(fā)的溶質(zhì)后,溶劑的一部分表面或多或少地被溶質(zhì)的微粒所占據(jù),從而使得單位時(shí)間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)出的溶劑分子數(shù)比原來從純?nèi)軇┲姓舭l(fā)出的分子數(shù)要少,溶劑的蒸發(fā)速率變小。純?nèi)軇庀嗯c液相之間原來平衡的蒸發(fā)與凝聚兩個(gè)過程,在加人難揮發(fā)溶質(zhì)后,由于溶劑蒸發(fā)速率的減小,使凝聚占了優(yōu)勢,結(jié)果使系統(tǒng)在較低的蒸氣濃度或壓力下,溶劑的蒸氣(氣相)與溶劑(液相)建立平衡。因此,在達(dá)到平衡時(shí),難揮發(fā)溶質(zhì)質(zhì)的溶液中溶劑的蒸氣壓力低于純?nèi)軇┑恼魵鈮毫?。在這里,所謂溶液的蒸氣壓力實(shí)際是指溶液中溶劑的蒸氣壓力(因?yàn)槿苜|(zhì)是難揮發(fā)的,其蒸氣壓可忽略不計(jì))。同一溫度下,純?nèi)軇┱魵鈮毫εc溶液蒸氣壓力之差稱作溶液的蒸氣壓下降。顯然,溶液的濃度越大,溶液的蒸氣壓下降越多。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一定溫度時(shí),對于難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液,其蒸氣壓下降值(△p)與溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

△p=[n(B)/n]p(A)          (2-1)

式中,n(B)表示溶質(zhì)B的物質(zhì)的量;n(B)/n表示溶質(zhì)B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);p(A)表示純?nèi)軇〢的蒸氣壓。
    例2-1  25℃,17.1g蔗糖溶于100g水。計(jì)算該溶液的蒸氣壓(蔗糖相對分子質(zhì)量342.3,水的蒸氣壓2338Pa)。
    解:蔗糖的物質(zhì)的量

n1=17.1/342.3=0.05mol

    水的物質(zhì)的量

n2=100/18=5. 56mol

△p=[n1/(n1+n2)]p=[0.05/(0.05+5.56)]×2338=20.84Pa

    所以,蔗糖溶液的蒸氣壓為

p溶液=p-△p=2338-20.84=2317.16Pa


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