依数性( 三 )


依数性

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这只有假设糖水的蒸气压比水的蒸气压低才显得合理,因为在这个密闭的容器里,有三个水的蒸气压:纯水的蒸气压代表纯水的蒸发速度,密闭容器的空气中的水蒸气压代表水的凝聚速度,以及糖水的蒸气压代表糖水的蒸发速度 。显然纯水的蒸发速度大于水的凝聚速度,导致纯水的液面下降;糖水的蒸发速度小于水的凝聚速度,导致液面的上升;这说明了纯水的蒸气压大于密闭容器中的水蒸气压大于的糖水的蒸气压 。而且这一实验通过水的转移时间,可以证明溶液浓度越大,溶液的蒸气压下降的越显着 。实验二,初始状态见左下图的装置中,左管是纯水,右管为葡糖糖溶液,两管由U形压强计相连,U型管中的水银高度相同 。关闭阀门,置水浴恆温 。然后打开阀门,一定时间后,见右下图,可观察到压强计的水银面右柱高于左柱,表明葡萄糖溶液的蒸气压小于水的蒸气压 。而且这一实验通过水银液差,可以证明溶液浓度越大,溶液的蒸气压下降的越显着 。
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现象解释当纯溶剂溶解一定量难挥发溶质(如蔗糖溶于纯水时,萘溶于苯中)时,在同一温度下,溶液的蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压 。这种现象称为蒸汽压下降,即
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式中
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---溶液的蒸气压下降值;
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---纯溶剂的蒸气压;
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---溶液的蒸气压,实际上是溶液中溶剂的蒸气压,因为溶质是难挥发的 。稀溶液蒸气压下降的原因可以从以下两个方面来解释,如下图所示:一方面,溶质分子占据着一部分溶剂分子的表面,在单位时间内逸出页面的溶剂分子数目相对减少;另一方面,在溶剂中加入了难挥发的非电解质后,每个溶质分子与若干个溶剂分子相结合,形成了溶剂化分子,溶剂化分子一方面束缚了一些能量较高的溶剂分子 。因此,达到平衡时,溶液的蒸气压必定低于纯溶液的蒸气压,且浓度越大,蒸气压下降越多 。这也是解释沸点升高和凝固点下降更为根本的原因 。
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数学推导对于两组分溶液,由道尔顿分压定律,注意在体系的气相中纯溶剂蒸气压代表了总的压强,而溶液的蒸气压由于非电解质分子的阻隔和溶剂化作用,相当于总气压的分压:
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对上式进行变换,
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,因为摩尔分数总是小于等于1的,所以溶液的蒸气压必定低于纯溶剂的蒸气压 。而且公式
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也称为拉乌尔定律,其证明了蒸气压下降与溶液组成的不同量度之间的关係 。拉乌尔定律1887年,法国物理学家拉乌尔(F.M.Raoult)研究了溶质对纯溶剂蒸气压的影响,根据大量实验结果提出下列三个观点,这些规律称为拉乌尔定律,拉乌尔定律证明了蒸气压下降与溶液组成的不同量度之间的关係,在此一一证明论述 。在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压,等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂A在溶液中的摩尔分数(一说物质的量分数) 。其数学表达式: