这个计算器能做什么
克劳修斯-克拉佩龙方程描述的是纯液体的蒸气压如何随温度变化。只要已知某温度 \(T_1\) 下的蒸气压 \(P_1\)、汽化焓 \(\Delta H_{vap}\),再给定一个目标温度 \(T_2\),本工具就能算出该新温度下的蒸气压 \(P_2\)。这是一条通用的物理化学规律,适用于任何纯物质,不针对特定国家或法规,全球通用。
使用方法
先输入一个你已经知道的参考点——以水为例,101.325 kPa 对应 373.15 K(1 atm 下的沸点)。目标温度 \(T_2\) 请以开尔文(K)填写(\(K = ℃ + 273.15\)),摩尔汽化焓 \(\Delta H_{vap}\) 以 kJ/mol 填写。计算器会把 \(\Delta H_{vap}\) 换算成 J/mol,采用气体常数 \(R = 8.314\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\),并以你填写 \(P_1\) 时所用的压强单位返回 \(P_2\)。
公式详解
两点式写作 $$\ln\!\left(\frac{P_2}{P_1}\right) = -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)$$ 解出 \(P_2\) 得到 $$P_2 = P_1 \cdot \exp\!\left[ -\frac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)\right]$$ 该模型假设 \(\Delta H_{vap}\) 在所考虑的温度区间内保持恒定,且蒸气表现为理想气体,因此在温度变化幅度不大时最为准确。
计算实例
水的 \(\Delta H_{vap} \approx 40.66\ \text{kJ/mol}\),沸点为 373.15 K(101.325 kPa)。当 \(T_2 = 363.15\ \text{K}\) 时:$$\frac{1}{363.15} - \frac{1}{373.15} = 0.0027537 - 0.0026799 = 7.379\times10^{-5}\ \text{K}^{-1}$$ 于是 $$-\frac{40660}{8.3145}\times 7.379\times10^{-5} = -0.3609$$ 所以 $$P_2 = 101.325 \cdot e^{-0.3609} \approx 70.6\ \text{kPa}$$——与 90 ℃ 附近的实测值相当接近。
常见问题
温度一定要用开尔文吗?是的。方程用的是绝对温度;摄氏度换算时加上 273.15 即可。
算出的 \(P_2\) 是什么单位?跟你输入 \(P_1\) 时所用的单位一致。两个压强只以比值形式出现,单位会自动相消。
为什么结果只是近似值?因为它假设 \(\Delta H_{vap}\) 与温度无关、蒸气为理想气体;在温度跨度很大或接近临界点时,这些假设就不再成立。