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两只烧杯各有 1 kg水,向 A 杯中加入 0.01 mol 蔗糖,向 B 杯内溶入0.01 mol NaCl,两只烧杯按同样速度冷却降温,则______杯先结冰。

两只烧杯各有 1 kg水,向 A 杯中加入 0.01 mol 蔗糖,向 B 杯内溶入0.01 mol NaCl,两只烧杯按同样速度冷却降温,则______杯先结冰。

这个问题涉及到 溶质对水冰点的影响,即溶解的物质会影响水的冰点。根据 冰点降低 原理,溶质的加入会使水的冰点降低。冰点降低的量与溶质的种类、浓度有关。

关键点:

冰点降低公式

ΔTf=Kf×m\Delta T_f = K_f \times m

其中:

ΔTf\Delta T_f 是冰点降低的温度差,

KfK_f 是溶剂(水)的冰点降低常数(对于水,Kf=1.86°Ckg/molK_f = 1.86 \, \text{°C} \cdot \text{kg/mol}),

mm 是溶质的摩尔浓度,即溶质的摩尔数除以溶剂的质量(以 kg 为单位)。

 

溶质对冰点的影响

蔗糖(C₆H₁₂O₆) 是非电解质,它不会离解,因此它的摩尔浓度 mcane sugarm_{\text{cane sugar}} 为:

mcane sugar=0.01mol1kg=0.01mol/kgm_{\text{cane sugar}} = \frac{0.01 \, \text{mol}}{1 \, \text{kg}} = 0.01 \, \text{mol/kg}

所以,冰点降低:

ΔTf(蔗糖)=1.86×0.01=0.0186°C\Delta T_f (\text{蔗糖}) = 1.86 \times 0.01 = 0.0186 \, \text{°C}

 

氯化钠(NaCl) 是电解质,它会在水中离解成两个离子(Na⁺ 和 Cl⁻)。因此,NaCl 的 离子数 是 2。所以其摩尔浓度 mNaClm_{\text{NaCl}} 为:

mNaCl=0.01mol1kg=0.01mol/kgm_{\text{NaCl}} = \frac{0.01 \, \text{mol}}{1 \, \text{kg}} = 0.01 \, \text{mol/kg}

但考虑到 NaCl 完全电离,冰点降低将是:

ΔTf(NaCl)=2×1.86×0.01=0.0372°C\Delta T_f (\text{NaCl}) = 2 \times 1.86 \times 0.01 = 0.0372 \, \text{°C}

 

结论:

由于氯化钠离解成了更多的粒子,它对水的冰点降低作用更强,因此 B 杯(加了 NaCl 的烧杯)先结冰。

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