溶解度(二)

官方化学老师·15 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·4 天前
溶解度曲线饱和溶液结晶提纯温度影响

溶解度(二)

读懂溶解度曲线,攻克饱和溶液计算与结晶提纯

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溶解度曲线饱和溶液结晶提纯温度影响

溶解度(二)

读懂溶解度曲线,攻克饱和溶液计算与结晶提纯

1第 1 页 · 溶解度(二)

溶解度大小的定性称呼

上页我们用'克/100克水'给了溶解度一个精确数字。但翻开任何一本药典或环保手册,你看到的不是数字,而是'易溶''可溶''微溶''难溶'——这是化学界约定俗成的四级定性称呼。

四级定性称呼
易溶/可溶/微溶/难溶,按20℃、100g水中溶解克数划档
三档分界线
10g、1g、0.01g三个阈值,每跨一个换一档
难溶≠不溶
再难溶的物质仍有极微量进入溶液,绝对零溶解不存在
工程意义
药典/水质标准先用定性快速筛选,再决定是否精确测定
天气播报:晴/多云/阴/雨对应 →溶解度四级定性

出门没人查降水量3.7mm,定性称呼就是日常决策的速记

易溶(>10g)>可溶(110g)>微溶(0.011g)>难溶(<0.01g)易溶(>10g) > 可溶(1\sim10g) > 微溶(0.01\sim1g) > 难溶(<0.01g)
2第 2 页 · 溶解度大小的定性称呼

溶液的饱和与不饱和的条件

上一页我们用易溶、可溶、微溶、难溶来描述物质——这些称呼其实也有前提。脱离了温度和溶剂量谈『饱和不饱和』,就像不指定比赛场地谈输赢一样,没有意义。

条件性前提
饱和与不饱和的判断必须同时限定温度和溶剂量
温度一定
溶解度随温度变化,不指明温度谈『饱和』是空话
溶剂量一定
向饱和溶液加水,可能立刻就变成不饱和
应用:结晶方法选择
溶解度受温度影响大的用降温结晶,影响小的用蒸发结晶
停车场是否停满对应 →溶液是否饱和

停车场容量≈溶解度;车位(溶剂量)和规则(温度)变了,『满』的含义就变了

3第 3 页 · 溶液的饱和与不饱和的条件

溶剂量对溶液饱和状态的影

上节课我们把饱和溶液理解成「装不下」的状态——糖不再溶了。但那个结论有个前提:「一定量的溶剂」。如果往杯里加水,或者把水蒸发一些,饱和状态还会一样吗?

加溶剂:饱和→不饱和
原已饱和的溶液加入溶剂后,又能继续溶解该溶质,变为不饱和
减溶剂:不饱和→饱和
蒸发使溶剂量减少,不饱和溶液可能变为饱和;原饱和的会析出晶体
典型应用:蒸发结晶
通过蒸发溶剂让溶质以晶体析出,例如海水晒盐得到氯化钠
拥挤的房间对应 →饱和溶液

房间变大(加溶剂)→不再挤,能再进人;房间变小(蒸发)→更挤,要请人出去(晶体析出)

4第 4 页 · 溶剂量对溶液饱和状态的影

温度对溶液饱和状态的影响

上一页我们讲到加溶剂能让饱和变不饱和。那溶剂不变,只改温度,饱和状态会变吗?会。而且你可能想不到,固体和气体的反应方向竟然是反的。

多数固体:升温增溶
KNO₃、NH₄NO₃ 等多数固体,温度升高溶解度显著增大,饱和溶液冷却后会析出晶体
少数固体:升温减溶
Ca(OH)₂ 等极少数固体,温度升高溶解度反而减小,加热澄清石灰水会变浑浊
气体:升温减溶
气体溶解度普遍随温度升高而减小,烧水冒气泡、闷热天鱼塘缺氧都源于此
改变温度可调控饱和状态
升降温能让溶液在饱和与不饱和间相互转化,是降温结晶、加热除气等操作的原理
加热水里冒气泡对应 →气体溶解度随温度升高而减小

原本安静溶在水中的空气,温度一高就"坐不住"跑出来——方向与多数固体恰好相反

5第 5 页 · 温度对溶液饱和状态的影响

用冷却饱和溶液获得晶体

用冷却饱和溶液获得晶体:定义、要点与典型应用

用冷却饱和溶液获得晶体
用冷却饱和溶液获得晶体:定义、要点与典型应用
6第 6 页 · 用冷却饱和溶液获得晶体

用蒸发溶剂获得晶体(海水

上一页讲的降温结晶,适合溶解度随温度变化大的物质。但像氯化钠,溶解度几乎不随温度变化——降温没用,这时要把溶剂本身「赶走」。

蒸发结晶
减少饱和溶液中的溶剂,使溶质以晶体形式析出
适用对象
溶解度受温度影响不大的物质,如氯化钠
与降温结晶的区别
降温保溶剂、靠降溶解度析出;蒸发减溶剂、强制过饱和
海水晒盐
引入海水到盐田,靠日晒风吹蒸发水分,NaCl 结晶析出
晾湿衣服对应 →蒸发溶剂获得晶体

水蒸发跑掉,溶质留下——衣服干了留盐渍,盐田干了留盐

7第 7 页 · 用蒸发溶剂获得晶体(海水

溶解度数据表

前面我们靠「感觉」判断溶解度大小——易溶、可溶、微溶、难溶。但要做精确的结晶实验,不能凭感觉:需要一张量化的对照表,也就是溶解度数据表。

溶解度的数值定义
一定温度下,某固态物质在100g溶剂中达到饱和时所溶解的质量(克)
数据表读法
横轴是温度T,纵轴是该温度下的溶解度S;查某温度下某物质的S值
应用:判断饱和状态
比较实际溶质质量与该温度下S值:等于S→饱和;小于S→不饱和
应用:选择结晶方法
看S随T变化幅度:变化大→冷却结晶;变化小→蒸发结晶
函数表 y=f(x)对应 →溶解度表 S(T)

函数表查x得y,溶解度表查温度T得最大溶解质量S,本质都是「输入条件、查出结果」的查询工具

S(T)=m溶质m溶剂×100gS(T) = \frac{m_{溶质}}{m_{溶剂}} \times 100\text{g}
8第 8 页 · 溶解度数据表

数据表与曲线在数据处理中

上节课翻溶解度数据表,查到硝酸钾 60°C 时溶解度 110 克。但要回答「硝酸钾和氯化钠谁受温度影响更大」,一行行翻数字太费劲——这需要一种更直观的数据呈现方式。

数据表的作用
离散、精确:在指定温度下查某个物质的溶解度具体数值
曲线的作用
连续、直观:看溶解度随温度的变化趋势,便于多物质对比
互补关系
查精确值用表,分析趋势与对比用曲线,二者各有所长
看温度计读数 vs 看气温走势图对应 →数据表 vs 溶解度曲线

读数告诉你此刻几度;走势图告诉你这周气温是升是降、波动多大

9第 9 页 · 数据表与曲线在数据处理中

气体溶解度与压强的关系

拧开可乐瓶盖'噗'的一声,气泡争相涌出——为什么?因为盖子一开瓶内压强骤降,原本老老实实溶在水里的二氧化碳待不住了。这背后正是气体溶解度与压强的关系。

气体溶解度
一定温度和压强下,气体在溶剂中达到饱和时的最大溶解量
压强的影响
温度一定时,气体溶解度随压强增大而增大,减小而减小
亨利定律
温度一定时,气体溶解度与液面上该气体的分压成正比
与固体对比
压强对固体溶解度几乎无影响,对气体却影响显著
拧开可乐瓶盖对应 →压强控制气体溶解度

密封气压高,CO2安静溶在水里;开盖气压骤降,平衡被打破,气泡跑出来

C=kPC = k \cdot P
10第 10 页 · 气体溶解度与压强的关系

气体溶解度与温度的关系

上一节讲过加压能让更多气体溶进水里。但你有没有注意过:夏天鱼塘里鱼爱"浮头"晒水?放久了的温汽水一开盖就"噗噗"冒气?这背后都是温度在作祟。

温度↑溶解度↓
气体溶解度随温度升高而减小,与温度呈反向变化
与固体相反
固体多随升温溶解更多,气体则反着减少
微观解释
温度升高,气体分子动能增大,更易挣脱溶剂逸出液面
生活应用
煮沸除氧、夏天鱼塘缺氧、温汽水跑气更快
热天想逃出闷教室的人对应 →高温下想逸出液面的气体分子

温度越高越"待不住"想跑,跟人闷热想出门一个道理

11第 11 页 · 气体溶解度与温度的关系

增加水中氧气溶解量的方法

上一页我们知道了气体溶解度随温度升高而减小、随压强增大而增大。回到生活:养鱼池的鱼为什么夏天会浮头?水族箱为什么要不断打氧?这些都指向同一个问题——怎么让水里多溶一些氧气?

降低水温
温度越低,气体溶解度越大,冷水能比热水溶更多氧气
增大氧气分压
压强越大,气体溶解度越大,加压可让更多氧气溶入水中
增大气液接触面积
把氧气打成细小气泡,让氧气与水的接触面大幅增加
搅动水体
让新鲜水面不断接触氧气,加速溶解过程
未开封的汽水瓶对应 →增大压强保持气体溶解

密封瓶内压强大,CO₂乖乖溶在水里;一开盖压强骤降,气泡噼里啪啦全跑光

C=kP(亨利定律,C为溶解度,P为气体分压)C = kP\text{(亨利定律,}C\text{为溶解度,}P\text{为气体分压)}
12第 12 页 · 增加水中氧气溶解量的方法

溶质和溶剂

溶质和溶剂:背景、意义与延伸了解

溶质和溶剂
溶质和溶剂:背景、意义与延伸了解
13第 13 页 · 溶质和溶剂

本节要点

  • 饱和与否由温度与溶剂量共同决定
  • 固体升温多溶解,气体升温反而少溶
  • 压强只影响气体溶解度——压强越大,气体溶得越多
  • 析出晶体有两条路径:降温或蒸发溶剂
  • 溶解度表与溶解度曲线,是描述同一规律的两种语言
延伸主题:溶解度的定量计算结晶法提纯物质溶液浓度与质量分数
14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先自己想一想,再点开参考答案;每道题都值得多停留一会儿。

1为什么说一种溶液是「饱和」的,必须同时指明温度和溶剂量?

参考答案饱和依赖外部条件:温度升高时溶解度通常变大,原不能再溶的溶质可能继续溶解;多加溶剂也可能让原本饱和的溶液变成不饱和。所以「饱和」必须指明温度和溶剂量。

2海水晒盐用蒸发结晶,为什么不用冷却热饱和溶液的方法?

参考答案关键看溶解度曲线:氯化钠的溶解度随温度变化很小(曲线近水平),冷却热饱和溶液几乎析不出晶体;而蒸发溶剂能持续让 NaCl 析出,所以海边晒盐选用蒸发。

3夏天打开汽水瓶气泡涌出,冬天却几乎看不到,这是为什么?

参考答案汽水里的 CO₂ 是高压下溶进瓶中的。温度越高,气体溶解度越小;开瓶瞬间压强骤降,CO₂ 溶解度突然下降,于是以气泡形式涌出。冬天汽水温度低,CO₂ 溶解度更大,开瓶气泡涌出现象更弱。

15第 15 页 · 课后思考
溶解度(二) · 知识图解