道爾頓分壓定律及亨利定律

1、道爾頓分壓定律（也稱道爾頓定律）描述的是理想氣體的特性。這一經(jīng)驗定律是在1801年由約翰道爾頓所觀察得到的。在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強和它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強相同1。也就是說，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強僅與溫度有關(guān)。例如，零攝氏度時，1mol 氧氣在 22.4L 體積內(nèi)的壓強是 101.3kPa 。如果向容器內(nèi)加入 1mol 氮氣并保持容器體積不變，則氧氣的壓強還是 101.3kPa，但容器內(nèi)的總壓強增大一倍?？梢姡?1mol 氮氣在這種狀態(tài)下產(chǎn)生的壓強也是 101.3kPa 。 道爾頓2（

2、Dalton）總結(jié)了這些實驗事實，得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于在相同溫度下它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓力；而氣體混合物的總壓強等于其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律（law of partial pressure）。 需要注意的是，實際氣體并不嚴(yán)格遵從道爾頓分壓定律，在高壓情況下尤其如此。當(dāng)壓力很高時，分子所占的體積和分子之間的空隙具有可比性；同時，更短的分子間距離使得分子間作用力增強，從而會改變各組分的分壓力。這兩點在道爾頓定律中并沒有體現(xiàn)。3.3 拉烏爾定律和亨利定律-溶液的蒸氣壓力 我們知道，液體可以蒸發(fā)成氣體，氣體也可以凝結(jié)為液體。在一定的溫度下，二者可以達(dá)

3、成平衡，即液體的蒸發(fā)速度等于蒸氣的凝結(jié)速度。達(dá)到這種平衡時，蒸氣有一定的壓力，這個壓力就叫做此液體的飽和蒸氣壓（簡稱蒸氣壓）。蒸氣壓與溫度有關(guān)，溫度越高，分子具有的動能越大，蒸發(fā)速度越快，因而蒸氣壓越大。 溶液的蒸氣壓除與溫度有關(guān)外，還與濃度有關(guān)。拉烏爾定律和亨利定律所描述的就是溶液蒸氣壓和濃度之間的關(guān)系。 3.3.1 拉烏爾定律 1887年法國物理學(xué)家拉烏爾（Raoult）在溶液蒸氣壓實驗中總結(jié)出著名的拉烏爾定律。拉烏爾定律指出：如果溶質(zhì)是不揮發(fā)性的，即它的蒸氣壓極小，與溶劑相比可以忽略不計，則在一定的溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c其克分子分?jǐn)?shù)的乘積。即 式中 p1-溶劑的蒸氣壓

4、，溶質(zhì)是不揮發(fā)性時，即為溶液的蒸氣壓； x1 溶液中溶劑的克分分?jǐn)?shù)。 拉烏爾定律還可以表述為：在一定的溫度下，當(dāng)不揮發(fā)物質(zhì)溶解在溶劑中時，溶液的蒸氣壓相對下降等于溶質(zhì)的克分子分?jǐn)?shù)。即 式中 p溶液的蒸氣壓下降值； x2溶質(zhì)的克分子分?jǐn)?shù)。 對于溶質(zhì)是揮發(fā)性物質(zhì)，它的蒸氣壓不能忽略時，拉烏爾定律仍然適用，但要注意此時p1 是溶液中溶劑的蒸氣壓。 332 亨利定律 亨利定律是1803年由亨利在對氣體在液體中溶解度的實驗研究中得出的。亨利定律指出：在一定的溫度下，氣體在液體中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。即 p2=kxx2 （3.22） 式中 x2 氣體溶質(zhì)在溶液中的克分子分?jǐn)?shù)； p2 該氣體的平

5、衡分壓； kx 常數(shù)。 亨利定律中的濃度單位除可用克分子分?jǐn)?shù)外，也可用其他濃度單位表示，但是采用不同的單位時，常數(shù)k不同。 亨利定律可以推廣到具有揮發(fā)性溶質(zhì)溶于液體的稀溶液。但是需要特別注意的是，亨利定律的應(yīng)用是有條件的：只有當(dāng)溶質(zhì)在液相和在氣相里都以相同的質(zhì)點存在時亨利定律才適用。由于氣體在金屬中往往以原子狀態(tài)存在，因此氣體在金屬中的溶解往往不服從亨利定律。HCl溶于水，由于HCl要分解為H+和Cl-離子，也不服從亨利定律。 3.3.3 拉烏爾定律和亨利定律的區(qū)別 拉烏爾定律和亨利定律是溶液中兩個最基本的經(jīng)驗定律，都表示組元的分壓與濃度之間的比例關(guān)系。它們的區(qū)別在于：（1）拉烏爾定律適用于稀溶液的溶劑和理想溶液，而亨利定律適用于溶質(zhì)；（2）拉烏爾定律中的比例常數(shù)p1是純?nèi)軇┑恼魵鈮?，與溶質(zhì)無關(guān)，而亨利定律的比例常數(shù)k則由實驗確定，與溶質(zhì)和溶劑都有關(guān)；（3）亨利定律的濃度可用各種單位，只要k值與此單位一致就可以，而拉烏爾定律中的濃度只能用克分子分?jǐn)?shù)。 為什么拉烏爾定律中的比例常數(shù)與溶質(zhì)無關(guān)，而亨利定律中的比例常數(shù)卻與溶質(zhì)及溶劑都有關(guān)呢？這是由于稀溶液的溶質(zhì)濃度很小，對溶劑分子來說，其周圍幾乎都是溶劑分子，其活動很少受到溶質(zhì)分子的影響，所以拉烏