2015年高中化学竞赛辅导 无机化学 1.3溶液知识点素材 -

§1-3 溶液

Solutions

一、一些基本概念（Some Basic Concepts）

1．分散系(Dispersion system)

(1) 一种或几种物质的质点分散在另一种物质的质点中所形成的体系，称为分散系。分散系中又分为：

分散相(dispersion phase) ： 被分散的物质称为分散相

分散介质(dispersion medium)： 容纳分散相的物质称为分散介质

(2) 分类(Classification)：

a．均匀分散系(homogeneous dispersion system) b．不均匀分散系(heterogeneous dispersion system) (3) 分散相直径：

d < 1nm 溶液 ， d = 1～100nm 溶胶 ， d > 100nm 悬浊液、乳浊液。

2．溶液(Solutions)

(1) 溶液是均匀的分散系。它包括分散相─溶质(solute)，分散介质─溶剂(solvent)。 (2) 溶液的种类(kinds of solution)

Table 1.1 Examples of Solutions

State of Solution Gas Liquid Liquid Liquid Solid Solid Solid

State of Solvent State of Solute

Gas Liquid Liquid Liquid Solid Solid Solid

Gas Gas Liquid Solid Gas Liquid Solid

Example Air

Oxygen in water Alcohol in water Salt in water Hydrogen in palladium Mercury in silver Silver in gold

3．溶解(Dissolve)

(1) 溶解过程是物理化学过程。固体盐的溶解常伴随热效应，两种液体之间的

混合常伴随体积变化，也伴随热效应。

(2) 溶解度（solubility）

a．溶解平衡是一个动态平衡(dynamic equilibrium)。

b．饱和溶液的浓度也可以认为是溶解度。溶解度除了用g/100g H2O表示，

3

还可用 mol·dm? ， % 表示。

c．在室温下，s ＞10g/100g H2O称为易溶，s在1~10g/100g H2O称为可溶，s在0.1g ~ 1g/100g H2O 称为微溶，s＜0.1g/100g H2O称为难溶。绝对不溶的物质是没有的。

d．影响溶解度的因素：

(i) 内因：“相似相溶”：H2O (polar solvent)－离子化合物（Ionic compounds）,水－极性分子（polar molecule）相溶较好 non-polar solvent –non-polar molecule 相溶较好 (ii) 外因：温度(temperature)和压强(pressure)

温度：Solid：温度升高，溶解度有增大，有不变，有减少；

Liquid：温度升高，溶解度增大。

∵ 温度升高液体分子间距增大， ∴ 分子易互溶

Gas：温度升高，溶解度减少。

压强：压强增大时，对固体、液体溶解度变化不大，但对气体的溶解度影响

很大。

4．享利定律（Henry’s law）－气体溶解定律

(1) 叙述：在一定温度和一定体积的液体中，所溶解的气体质量与该气体的分压成正比。例如：0℃、1atm的CO2的溶解度：s0 = 0.335g / 100ml H2O，0℃、2 atm的CO2的溶解度：s0 = 0.670g/100ml H2O

(2) 解释：当气体的压强增加n倍，那么气体进入液体的机会也增加n倍，所以气体溶解的质量也增加n倍。故亨利定律与其它气体的分压无关。例如：1atm的纯氧在水中的溶解度是空气中氧气的4.7倍，因为空气中氧的分压pO2= 0.21atm。所以若气相中有几种气体，则各种气体的溶解度皆与其分压成正比。

(3) 数学表达式：kH = p / x (kH：Henry’s constant)

p是被溶解气体的分压（以mmHg为单位），x是溶解的气体在溶液中所占的物质的量分数。

由于亨利定律有几种不同的叙述方式，浓度，压强都可以用不同的单位，所以在用公式时，特别要注意亨利定律常数kH的单位。

在我们这个表达式中，摩尔分数 (x) 是无量纲的，气体分压 (p) 的单位用mmHg柱，所以kH的单位也应是mmHg柱。

7

Sample Exercise：20℃时，氧气溶解在水中的亨利定律常数为2.95×10mmHg柱，

在通常大气中，氧分压为0.21atm，此时有多少摩尔氧气溶在1000g水中？

7Solution：pO2?0.21?760?160(mmHg)， kH?2.95?10(mmHg)

由亨利定律 k?nO2nO2?1000/18?xO2?pOxO2，得xO2?pO2/k?1602.95?107?5.42?10?6

?62nO21000/18 (nO2??1),

∴ nO?5.42?10?2100018?3.01?10

?4

(mol)

(4) 亨利定律只适用于溶解度小、且不与溶剂相互作用的气体。HCl、NH3等气体与水有相互作用，所以它们都不服从亨利定律。 二、溶液的浓度（The Concentrations of Solution） 1．溶液浓度表示法

(1) 质量分数（m/m）：(mass fraction, mass percentage)，ppm(parts per million)，ppb(parts per billion)

饮水中的砷含量不得超过0.05ppm（= 0.05mg/1L H2O） (2) 体积物质的量浓度（M = n / V）Molarity：

物质的量浓度（M） = moles of solute/liters of solution

(3) 质量物质的量浓度（n / 1000g H2O）Molality：

质量物质的量浓度（m） = moles of solute / kilograms of solvent 当溶液很稀时，ρ = 1，所以1kg溶剂近似看作1L溶液，则M ≈ m (4) 摩尔分数（xi）Mole fraction of component:

摩尔分数xi = n i / n = moles of component/total moles of all components (5) Normality (N)（当量浓度）

当量浓度（N） = n × moles of solute/liters of solution

在酸碱反应中，n等于参加反应的H或OH数目，在Ox-Red反应中，n等于1mol物质氧化数的总改变值。离开化学反应讲当量浓度，是毫无意义的。 2．各种浓度之间的换算（Units exchange ）

上面的(1)换算成(2)和(5)必须知溶液的密度，(2)、(5)之间的互换必须知化学反应方程式。

3．各种不同纯度试剂的表示：

优级纯：Guarantee reagent（G. R.） 分析纯：Analytical reagent（A. R.）

化学纯：Chemical reagent（C. R.） 实验试剂：Laboratory reagent（L. R.）

三、稀溶液的依数性（Colligative Properties of Dilute Solution）

Colligative 来自拉丁语：colligare，意为团结、一起的意思。依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性质，而与溶质的种类无关。

1．溶液的蒸气压降低（Lowering the vapor pressure）──稀溶液依数性的核心 (1) 在一定温度下，向纯溶剂中加入难挥发性的溶质，此溶液的蒸气压仍然是溶剂的蒸气压。

(2) 在一定温度下，溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。

(3) 拉乌尔定律：1880年法国化学家拉乌尔（Raoult）通过实验发现：溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数有关：

△p?p剂?p?x溶质?p剂，称为Raoult’s law. 其中p剂为在某温度下纯溶剂蒸气压，p为同一温度下溶液蒸气压。

对于只有一种难挥发溶质的溶液：x质 + x剂 = 1

000＋

－

?△p?p0剂00?p?(1?x溶剂)?p剂，故 p?x剂?p剂

这是一种更常用的形式。文字叙述为：在一定温度下，某难挥发性溶质的溶液的蒸气压等于

纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。

(a) (b)

Fig. 1.16 An aqueous solution and pure water in a closed

environment.

(a) Initial stage, (b) After a period of time, the water is transferred

to the solution.

Sample Exercise 1：Glycerin, C3H8O3, is a nonvolatile nonelectrolyte with a density of 1.26g/ml at 25℃. Calculate the vapor pressure at 25℃ of a solution made by adding 50.0ml of glycerin to 500.0ml of water. The vapor pressure of pure water at 25℃ is 23.8 torr.

Solution： Moles of C3H8O3 =

50?1.26 = 0.684（mol）

92.1500?127.8 Moles of H2O = = 27.8（mol） xH2O??0.976

1827.8?0.681

0pH2O?xH2O?pH?0.976?23.8?23.2(torr)2O

如果难挥发性的非电解质溶质的溶液很稀时，则n剂??n质

x质??n质?n剂

n质?n质n剂

， 而 m质?n质， 等式两边乘以M剂

1kg溶剂

?m质?M剂?n质1000/M剂0?n质n剂?x质， 把x?m?M代入Δp式中

质质剂00T?C时,p剂?C）

得△p?x质?p剂?M剂?p剂?m质?K?m质 （K?M剂?p剂,即在一定温度下，某难挥发、非电解质稀溶液的蒸气压下降与其质量物质的量浓度成正

比。严格来讲，这个定律只适合理想溶液（ideal solution）。在受到理想气体的启发下，人们也抽象出一种理想溶液：

a．在理想溶液中，各组分分子是如此相似，以致它们之间的相互作用情况完全一致； b．当各组分分子混合时，不会产生热效应和体积变化。

所以拉乌尔定律的实质是理想溶液中分子的挥发和相应纯液体中的分子完全一样。

(4) 两种挥发性成分组成的溶液(two volatile components)，其溶液上方的蒸气压（pT）

如果两种挥发性液体混合成一种溶液，例如C6H6 (benzene)和C7H8（toluene）的混合，没有热效应和体积变化，称为理想溶液，那么这两种液体以任何比例相混

00

合，其溶液均服从拉乌尔定律。即 p1 = x1p1 ， p 2 = x2 p 2

00∴ 溶液上方的蒸气压 ptotal?p1?p2?x1p1?x2p2

Sample Exercise 2：Such a solution, consider a mixture of benzene, C6H6 , and toluene , C7H8 , containing 1.0 mol of benzene and 2.0 mole of toluene (x ben = 0.33 and x tol = 0.67). At 20℃, the

00vapor pressure of the pure substances are pben?75torr, ptol?22torr.Calculate xben

in vapor.

Solution:

0pben?xben?pben?0.33?75?25torr

0ptol?xtol?ptol?0.67?22?15torr

ptotal?pben?ptol?25?15?40torr xbeinnvapor?25?0.63

15?25虽然苯在溶液中仅占33mol%，但在蒸气中占63mol %，所以易挥发的成份在蒸气中富积，成为蒸馏技术（distillation）的重要基础。

(5) 对于挥发性的固体非电解质溶质的溶液，其溶液上方的蒸气压pT

00不饱和溶液时：pT?x质p质?x剂p剂

饱和溶液时：pT?p质?x剂p剂 （即与溶质的摩尔分数无关）

思考题：请学生证明饱和的挥发性的固体非电解质溶质的溶液上方的蒸气压的公式。 2．溶液沸点的升高（Boiling point elevation of solution）

(1) 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶液的沸点要高于纯溶剂的沸点，即Tb ＞ Tb0，△Tb = Tb ? Tb0

00

(2) 由于△p = K·m质，而与溶液的性质无关，所以，沸点升高的表达式为△Tb=Kb·m， Kb为molar boiling point elevation constant。在数值上恰好等于1m溶液的沸点上

1

升的度数，其单位为（℃）K · kg · mol?。

(3) Application: a．已知?Tb，求Kb

Sample Exercise ：1.00g尿素[CO(NH2)2]溶解于75.0g水中，测得其溶液的沸点为100.114℃,已知尿素的分子量为60.1，求水的Kb

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6z5h.html