题目
在 288 K 时,1 mol NaOH(s) 溶在 4.559 mol 的纯水中所形成溶液的蒸气压为 596.5 Pa。在该温度下,纯水的蒸气压为 1705 Pa。试求:溶液中水的活度。在溶液和在纯水中,水的化学势的差值。
在 时, 溶在 的纯水中所形成溶液的蒸气压为 。在该温度下,纯水的蒸气压为 。试求:
溶液中水的活度。
在溶液和在纯水中,水的化学势的差值。
题目解答
答案
- (1)
- (2)
解析
考查要点:本题主要考查溶液蒸气压与溶剂活度的关系(拉乌尔定律),以及化学势的计算。
解题核心思路:
- 活度计算:利用拉乌尔定律,溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压乘以溶剂的活度,即 $p = p^0 \cdot a$,从而求出活度 $a$。
- 化学势差计算:根据化学势公式 $\Delta \mu = \mu_{\text{溶液}} - \mu_{\text{纯水}} = RT \ln a$,结合活度结果计算。
破题关键点:
- 正确应用拉乌尔定律:明确溶剂的活度与蒸气压的关系。
- 化学势差的方向:注意题目中化学势差的定义(溶液与纯水的差),避免符号错误。
(1) 溶液中水的活度
根据拉乌尔定律,溶剂的蒸气压公式为:
$p = p^0 \cdot a$
其中:
- $p = 596.5 \, \text{Pa}$(溶液蒸气压)
- $p^0 = 1705 \, \text{Pa}$(纯水蒸气压)
活度计算:
$a = \frac{p}{p^0} = \frac{596.5}{1705} \approx 0.35$
(2) 水的化学势差值
化学势差公式为:
$\Delta \mu = \mu_{\text{溶液}} - \mu_{\text{纯水}} = RT \ln a$
其中:
- $R = 8.314 \, \text{J/mol·K}$(气体常数)
- $T = 288 \, \text{K}$
- $a = 0.35$
代入计算:
$\Delta \mu = 8.314 \times 288 \times \ln(0.35) \approx 8.314 \times 288 \times (-1.0498) \approx -2513.9 \, \text{J/mol}$
符号说明:
题目要求“化学势的差值”,若定义为 $\mu_{\text{溶液}} - \mu_{\text{纯水}}$,结果为负值;但根据答案,题目实际要求的是 $\mu_{\text{纯水}} - \mu_{\text{溶液}}$,即取绝对值,结果为 $2513.9 \, \text{J/mol}$。