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本文拟结合稀溶液的依数性,探讨水相图中的三相点与凝固点的关联.
稀溶液的凝固点
水中溶解少量不挥发的溶质B,形成稀溶液时,溶剂水的蒸汽压下降、凝固点降低、沸点升高及渗透压的
数值仅与稀溶液中溶质的质点数目有关,而与溶质的本性无关,将上述性质称为稀溶液的依数性.
稀溶液中溶剂A的凝固点降低,是稀溶液依数性的重要内容之一;稀溶液依数性示意图参见如下图1.
图1中横坐标是温度(T),纵坐标是蒸汽压(p); AB曲线表示固态纯溶剂A的饱和蒸汽压曲线;BC曲线代表液态纯溶剂A的饱和蒸汽压曲线;AD曲线代表稀溶液中溶剂A的蒸汽压曲线.
现阶段基础化学认为[1]平衡压力恒定(p外=const.)条件下,某物质的液相蒸汽压与固相蒸汽压相等时对应温度即为该物质的凝固点. 如图1所示: 曲线AB与曲线BC交点B对应温度Tf*被称为纯溶剂A的凝固点;曲线AB与曲线AD的交点A对应温度Tf被称为稀溶液中溶剂A的凝固点.
图1显示:Tf<Tf*, 即:与纯溶剂A凝固点相比,稀溶液的凝固点降低.
2. 水的相图
水的相图是正确解读水的依数性必不可少的辅助工具,水的相图参见如下图2.
图2中O点代表三相点. O点位置,系统同时包含:液态水、固态冰及气态水蒸气;且此时液态水与固态冰的饱和蒸汽压相等. 图2中曲线OA表示液态水与固态冰的两相平衡线,OA曲线上每一点对应温度均为不同平衡压力(外压)下液态水的凝固点[2].
结合图1、2可知:液态水与固态冰饱和蒸汽压相等时对应温度应为三相点温度;也为平衡压力(外压)为100kPa时水的凝固点.
3. 结论
⑴液态水的饱和蒸汽压与固态冰的饱和蒸汽压相等时对应温度实为三相点温度;
⑵三相点温度也为平衡压力(外压)为100kPa 下,液态水的凝固点.
参考文献
[1]浙江大学普通化学教研组编. 普通化学(第七版).北京:高等教育出版社, 2020,2:83.
[2]余高奇. 水的相图绘制.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 .科学网博客, 2022,7.
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