溶解度(一)

官方化学老师·16 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·4 天前
溶解度饱和溶液溶解平衡溶解度曲线

溶解度(一)

搞懂溶解度随温度变化的原理,能自己解读和绘制溶解度曲线

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溶解度饱和溶液溶解平衡溶解度曲线

溶解度(一)

搞懂溶解度随温度变化的原理,能自己解读和绘制溶解度曲线

1第 1 页 · 溶解度(一)

根据实验现象判断溶液是否

上一页我们用数字描述了溶解的'上限'。但实验台上没人给溶液贴标签——怎么用肉眼可见的现象判断它'满没满'?

加溶质法:最直接的判据
温度、溶剂量不变时,再加入少量溶质,若不再溶解,原溶液必为饱和
降温析晶:利用温度变化
降温后若观察到晶体析出,原溶液降温前已饱和;前提是该物质溶解度受温度影响显著
恒温蒸发:逼近溶解上限
保持温度不变蒸发溶剂,若开始析出晶体,说明原溶液已达饱和
边界提醒:注意前提条件
所有判据都默认温度和溶剂量恒定;'不再溶解'要对比加入前后质量变化才严谨
吸饱水的海绵对应 →饱和溶液

再倒水就滴下来 = 加溶质不再溶解;挤一挤(减溶剂)又能吸

2第 2 页 · 根据实验现象判断溶液是否

利用溶解度表和溶解度曲线

前页我们用'有没有固体剩余'判断饱和,但学生立刻会问:那这个物质最多能溶多少克?定性判断答不了——得查定量数据。溶解度表和溶解度曲线,就是查数据的两件武器。

溶解度表
列出特定温度下,某物质在100g水里最多溶解的克数;横表头是物质,纵表头是温度
溶解度曲线
以温度为横轴、溶解度为纵轴的连续曲线,反映溶解度随温度变化的趋势
查表方法
先在纵列定位温度,再横向对应物质,交叉点即为该温度下的溶解度
曲线比较
同一温度下,曲线位置越高溶解度越大;曲线越陡,温度对该物质影响越显著
价格表与股价走势图对应 →溶解度表与曲线

价格表给单一时刻的固定数字,走势图给涨跌趋势和不同股票之间的对比

3第 3 页 · 利用溶解度表和溶解度曲线

绘制溶解度曲线

上页我们用溶解度表查数据,但一行行数字看趋势很费劲。这一页,把这些数字"画"成一条线——这就是溶解度曲线。

曲线定义
横轴是温度,纵轴是该温度下的溶解度,把表格里的数据连成线
绘制要点
描点要准、连线要平滑、注意单位(克/100克水)
读图方法
在曲线上任取一点,横坐标对温度,纵坐标对溶解度
比较应用
同一温度下,曲线越高表示该温度下溶解度越大
气温折线图对应 →溶解度曲线

都是把零散数字按横轴顺序连成线,一眼看出升降趋势

4第 4 页 · 绘制溶解度曲线

利用溶解度规律设计结晶与

你刚画完溶解度曲线——这不只是会读图就行,它本身就是工程师设计分离工艺的工具。海水晒盐、糖水熬糖、冰糖结晶,看似不同的操作背后,其实都遵循同一条原理。

利用溶解度差异
不同物质溶解度不同;同一物质溶解度随温度变化幅度也不同——这是分离的根基
降温结晶
适用于溶解度随温度升高而显著增大的物质(如KNO₃),冷却热饱和溶液使其析出
蒸发结晶
适用于溶解度受温度影响不大的物质(如NaCl),通过蒸发溶剂使其析出
看曲线陡缓选方法
曲线陡的用降温结晶(如KNO₃中含少量NaCl);曲线平的用蒸发结晶(如海水晒盐)
空调降温 vs 烘干机除水对应 →降温结晶 vs 蒸发结晶

降温结晶靠温差逼溶质析出;蒸发结晶靠减溶剂逼溶质析出——两条路殊途同归

5第 5 页 · 利用溶解度规律设计结晶与

溶液

上一讲我们用溶解度判断物质能溶多少。但首先得搞清楚——溶进去之后得到的液体到底是什么?让我们从一杯糖水说起。

溶液的定义
一种或几种物质分散到另一种物质里,形成均一、稳定的混合物
两大特征
均一:各部分成分相同;稳定:静置不沉淀、不分层
组成
溶质是被溶解的物质,溶剂是起溶解作用的物质
溶剂不一定是水
碘酒中酒精是溶剂;汽油能溶解油脂,汽油也是溶剂
糖水对应 →溶液

糖粒「消失」在水中,但任何一口都甜——溶质均匀分散在溶剂里

6第 6 页 · 溶液

饱和溶液

上页讲过,溶液是溶质均匀分散在溶剂里。但泡糖水时一定遇到过——糖加到一定量后再怎么搅也化不动了。这种「化不动」就叫饱和溶液。

饱和的条件性
必须指明温度与溶剂量;温度一变,饱和与否可能反转
动态平衡本质
溶解与结晶仍在同时进行,只是速率相等
实验判断标志
不能再溶解该溶质,且杯底可见未溶解的固体
三种状态对比
不饱和(还能再溶)、饱和(临界)、过饱和(不稳态)
餐厅满座对应 →饱和溶液

座位满了再来顾客只能等;溶质再多,也溶解不进去

7第 7 页 · 饱和溶液

不饱和溶液

上页我们说饱和——再加溶质也不再溶解。那反过来:一杯糖水还能继续化糖,还没"装满"——这就是不饱和溶液。

定义
一定温度下,还能继续溶解溶质的溶液
核心判据
实际浓度 c 小于该温度下的溶解度 S(T)
实验判别
再加少量溶质,能继续溶解的即为不饱和
可向饱和转化
通过降温、蒸发溶剂或加溶质可变饱和
还能吸水的海绵对应 →不饱和溶液

海绵没吸满→溶剂里还有容纳空间;吸到饱和滴水≈饱和溶液

$c < S(T)$
8第 8 页 · 不饱和溶液

结晶

上一节我们用溶解度曲线判断晶体能否析出。今天正式认识这个过程——结晶。它是什么、怎么发生、有哪几种'玩法',又用在哪里?

定义
溶质从溶液中以规则晶体形式析出的过程
本质
溶解的逆过程,溶液从不饱和→饱和→过饱和
蒸发结晶
蒸走溶剂使溶质析出,适合 NaCl 等受温度影响小的物质
降温结晶
降温使溶解度下降而析出,适合 KNO₃ 等受温度影响大的物质
典型应用
海水晒盐、糖的提纯、实验室制取晶体
杯子装不下糖,多余的沉底对应 →结晶的本质

溶液'装不下'时,多余溶质只能以晶体形式析出

溶解 $\rightleftharpoons$ 结晶
9第 9 页 · 结晶

溶解度(总定义)

前面我们认识了饱和与不饱和溶液——糖水里糖再也化不动就是饱和。但'再也化不动'到底是多少克?化学家需要一个精确的数字来描述,于是有了溶解度。

溶解度的定义
一定温度下,固态物质在100g溶剂里达到饱和时所溶解的质量,单位为克
四要素缺一不可
温度、溶剂100g、达到饱和、单位克——少一个就不算溶解度
固体受温度影响
大多数固体溶解度随温度升高而增大(熟石灰等少数相反)
气体还看压强
气体溶解度随压强增大而增大,随温度升高而减小
100座的小餐厅对应 →溶解度

100个座位=100g溶剂;坐满=饱和;最多坐几人=溶解度;冬夏客流不同=温度影响

S=m溶质m溶剂×100gS = \frac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶剂}}} \times 100\,\text{g}
10第 10 页 · 溶解度(总定义)

固体的溶解度

你泡过糖水吗?热水能化开一大勺糖,冰水里只化得开几粒。同样100g水,温度一变,能容下的固体就大不一样。固体溶解度,正是要把这个'容下多少'精确描述出来。

定义
一定温度下,固态物质在100g溶剂里达到饱和时所溶解的质量(克)
影响因素
主要为温度;绝大多数固体溶解度随温度升高而增大(如硝酸钾),少数变化不大(如氯化钠)
单位与前提
单位为克(g);前提是100g溶剂(通常为水)、一定温度
结晶方法选择
溶解度随温度变化大→降温结晶;变化小→蒸发结晶
停车场对应 →固体溶解度

100g溶剂是固定大小的停车场,温度相当于'停车规则'。温度高时规则宽松,能停的车更多。

S=m溶质m溶剂×100gS = \dfrac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶剂}}} \times 100\,\text{g}
11第 11 页 · 固体的溶解度

气体的溶解度

前面讲了固体怎么溶解。气体其实也能"溶"进液体——打开可乐瓶时冲出的气泡,就是溶解在水里的二氧化碳跑了出来。

定义
一定温度和压强下,1 体积溶剂中最多能溶解的气体体积数(标准状况)
温度影响
温度升高,气体溶解度减小——与固体恰好相反
压强影响
压强增大,气体溶解度增大;溶解量与压强成正比
典型应用
汽水、深海潜水、医用氧气等都依赖气体溶解规律
拧紧瓶盖的汽水瓶对应 →气体溶解度受压强控制

瓶盖紧时高压,气泡乖乖待在水里;一打开压强骤降,气泡立刻冒出来

V=kP(亨利定律:溶解量与分压成正比)V = kP \quad (\text{亨利定律:溶解量与分压成正比})
12第 12 页 · 气体的溶解度

溶解度曲线

溶解度表只能给出几个特定温度下的溶解度。如果想一眼看清溶解度随温度变化的趋势,或读出任意温度对应的数值,就需要——溶解度曲线。

坐标含义
横轴为温度(℃),纵轴为溶解度(g/100g水)
点的意义
曲线上每个点:该温度下溶液恰好饱和
多数固体:上升型
如KNO₃、NH₄NO₃,溶解度随温度升高而显著增大
少数固体:下降型
如Ca(OH)₂,溶解度随温度升高而减小(反常)
典型应用
判断结晶方法、计算析出晶体质量
停车场容量随节假日变化对应 →溶解度随温度变化曲线

横轴=日期(温度),纵轴=车位数(溶解度),线上点=当天恰好停满

13第 13 页 · 溶解度曲线

溶解度随温度变化的一般规

上一节我们给溶解度加了"条件"——必须在一定温度下。现在问题来了:温度一变,溶解度会怎么动?是涨、是跌、还是不动?今天把这三种情况一次说清。

多数固体
溶解度随温度升高而增大,如硝酸钾
少数固体
溶解度随温度升高而减小,如氢氧化钙
气体
溶解度随温度升高而减小
个别固体
受温度影响很小,如氯化钠
烧水泡糖对应 →固体溶解度随温度变化

糖在热水里比冷水里化得多——温度能撬动大多数固体的溶解能力

14第 14 页 · 溶解度随温度变化的一般规

本节要点

  • 溶解度定量表示溶解能力,须指明温度和溶剂
  • 多数固体升温溶解度增大,Ca(OH)₂与气体相反
  • 饱和与不饱和溶液可相互转化
  • 结晶方式:曲线陡用降温,曲线缓用蒸发
  • 溶解度曲线既可读数也可比较物质间差异
延伸主题:溶解度二:特殊物质与反常规律结晶与提纯的工艺设计溶液浓度与溶质质量分数
15第 15 页 · 本节要点

课后思考

三个开放问题,先自己琢磨,再对照参考答案。

1气体溶解度随温度升高而减小,固体却不一定,为什么?

参考答案溶解是物理过程,气体溶解放热,升温使平衡逆向移动;固体溶解有的吸热有的放热。

2用降温结晶法提纯硝酸钾时,析出晶体质量该怎么算?

参考答案分别查高温和低温时硝酸钾的溶解度,质量差乘以溶剂质量就是析出晶体质量。

3固体和气体都能谈溶解度,那两种液体互溶时还有吗?

参考答案液液互溶一般不用溶解度这个量,而用互溶度或体积比、质量分数来描述。

16第 16 页 · 课后思考