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化學實驗

依數性:凝固點下降與沸點上升

為什麼撒鹽能融冰、加了鹽的水更晚結冰也更晚沸騰?拖動濃度、切換蔗糖/NaCl/CaCl₂,看溶液凝固點降到 0°C 以下、沸點升到 100°C 以上——關鍵只在溶液中「粒子的數目」,不在種類。
t = 0.00 s

凝固點下降 ΔTf 對濃度 m(斜率=i·Kf)

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

溶質種類(決定凡特荷夫因子 i)
質量莫耳濃度 m

即時量測

凡特荷夫因子 i(粒子數)
質量莫耳濃度 m
mol/kg
凝固點下降 ΔTf
°C
溶液凝固點
°C
沸點上升 ΔTb
°C
溶液沸點
°C

畫面符號圖例

  • 溶液 vs 純水的溫度軸與液態範圍;加溶質使沸點上升、凝固點下降(依數性質)

實驗任務

  1. 為什麼撒鹽能融冰:把溶質設為 NaCl,將 m 從 0 慢慢調到 3。 觀察溶液凝固點如何降到 0°C 以下。想想冬天在結冰路面撒鹽(NaCl), 為什麼能讓冰在低於 0°C 時仍維持液態、進而融化?
  2. 相同濃度、兩倍效應:固定 m=1.0 mol/kg,比較「蔗糖」與「NaCl」的凝固點。 NaCl 的 ΔTf 是蔗糖的幾倍?為什麼濃度一樣,凝固點下降卻不同? (提示:依數性只看溶液中「粒子的數目」,不看粒子是什麼。)
  3. 量斜率、反推 i:選定一種溶質,記錄數組(m,ΔTf),下載 CSV。 以 ΔTf 對 m 作圖求斜率,再除以水的 Kf=1.86,反推出的數值是不是等於該溶質的 i? 用這個方法比較蔗糖、NaCl、CaCl₂ 三者的斜率。

模型與假設

凝固點下降:ΔTf=i·Kf·m,水的 Kf=1.86 °C·kg/mol,溶液凝固點=0−ΔTf。
沸點上升:ΔTb=i·Kb·m,水的 Kb=0.512 °C·kg/mol,溶液沸點=100+ΔTb。
凡特荷夫因子 i:每個化學式單位在水中解離出的粒子數——蔗糖 i=1(不解離)、 NaCl i=2(Na⁺+Cl⁻)、CaCl₂ i=3(Ca²⁺+2Cl⁻)。
假設:稀薄理想溶液、電解質完全解離、忽略離子配對(實際 i 會略小於理論值)、 溶劑為水、外界壓力 1 atm。依數性(colligative property)只取決於溶質「粒子的數目」,與其種類無關。