根据摩尔浓度的定义,溶液中尿素的摩尔浓度为:
摩尔浓度 = 物质的摩尔数 ÷ 溶液的体积
其中,物质的摩尔数为尿素的质量除以其摩尔质量:
物质的摩尔数 = 质量 ÷ 摩尔质量
尿素的摩尔质量为60.06 g/mol,因此:
物质的摩尔数 = 60 g ÷ 60.06 g/mol ≈ 0.9994 mol
由于尿素是非电解质,所以溶液的摩尔浓度等于溶质的摩尔浓度,即:
摩尔浓度 = 0.9994 mol/1000 mL = 0.9994 mol/L
根据冰点降低和沸点升高的公式,可以计算出溶液的凝固点降低和沸点升高:
ΔTf = Kf × molality, ΔTb = Kb × molality
其中,ΔTf和ΔTb分别是溶液的冰点降低和沸点升高,Kf和Kb分别是水的冰点降低常数和沸点升高常数,molality是溶液的摩尔浓度除以溶剂的质量(以千克为单位)得到的量纲为mol/kg的物理量。
根据水的性质,Kf = 1.86 °C/m,Kb = 0.51 °C/m。
尿素的摩尔质量为60.06 g/mol,将60 g尿素溶解在100 g水中,得到总质量为160 g的溶液,因此溶剂的质量为100 g。
将上述数据代入公式,得到:
ΔTf = Kf × molality = 1.86 °C/m × 0.9994 mol/kg = 1.859 °C
ΔTb = Kb × molality = 0.51 °C/m × 0.9994 mol/kg = 0.510 °C
因此,溶液的凝固点降低为0°C 1.859°C = -1.859°C,沸点升高为100°C + 0.510°C = 100.51°C。