溶解度,符號(hào)S,在一定溫度下,某固態(tài)物質(zhì)在100g溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的溶質(zhì)的質(zhì)量,叫做這種物質(zhì)在這種溶劑中的溶解度。物質(zhì)的溶解度屬于物理性質(zhì)。固體溶解度單位是克,氣體溶解度單位是體積單位。
溶解度是物質(zhì)溶解性的定量規(guī)定和定量描述,溶解度曲線表示的是溶解度隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系。物質(zhì)的溶解度隨溫度或壓力的改變而不同。隨著溫度的升高,大多數(shù)固態(tài)和液態(tài)溶質(zhì)的溶解度增大,氣體的溶解度隨溫度的升高而減小,隨壓強(qiáng)的增大而增大。這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)氣體分子運(yùn)動(dòng)加快,容易逸出溶劑;而壓強(qiáng)增大時(shí),氣體分子進(jìn)入溶劑的速率增加。
基本內(nèi)容
1.固體及少量液體物質(zhì)的溶解度是指在一定的溫度下,某固體物質(zhì)在100克溶劑里(通常為水)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所能溶解的質(zhì)量(在一定溫度下,100克溶劑里溶解某物質(zhì)的最大量),用字母S表示,其單位是“g/100g水(g)”。在未注明的情況下,通常溶解度指的是物質(zhì)在水里的溶解度。例如,在20℃的時(shí)候,100克水里溶解0.165克氫氧化鈣,溶液就飽和了,石灰乳在20℃的溶解度就是0.165克,也可以寫成0.165克/100克水。又如,在20°C的時(shí)候,100克水里要溶解36克食鹽或者溶解203.9克蔗糖才能飽和,食鹽和蔗糖在20°C的溶解度就分別是36克和203.9克,也可以寫成36克/100克水和203.9克/100克水。
2.氣體的溶解度通常指的是該氣體(其壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)在一定溫度時(shí)溶解在1體積溶劑里的體積數(shù)。也常用“g/100g溶劑”作單位(自然也可用體積)。
3.特別注意:溶解度的單位是克(或者是克/100克溶劑)而不是沒(méi)有單位。
在一定的溫度和壓力下,物質(zhì)在一定量的溶劑中溶解的最高量。一般以 100克溶劑中能溶解物質(zhì)的克數(shù)來(lái)表示。一種物質(zhì)在某種溶劑中的溶解度主要決定于溶劑和溶質(zhì)的性質(zhì),即溶質(zhì)在溶劑的溶解平衡常數(shù)。例如,水是最普通最常用的溶劑,甲醇和乙醇可以任何比例與水互溶。大多數(shù)堿金屬鹽類都可以溶于水;苯幾乎不溶于水。
溶解度明顯受溫度的影響,大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而增大;氣體物質(zhì)的溶解度則與此相反,隨溫度的升高而降低。溶解度與溫度的依賴關(guān)系可以用溶解度曲線來(lái)表示。氯化鈉NaCl的溶解度隨溫度的升高而緩慢增大,硝酸鉀KNO?的溶解度隨溫度的升高而迅速增大,而硫酸鈉Na?SO?的溶解度卻隨溫度的升高而減小。
固體和液體的溶解度基本不受壓力的影響,而氣體在液體中的溶解度與氣體的分壓成正比。物質(zhì)的溶解度對(duì)于化學(xué)和化學(xué)工業(yè)都很重要,在固體物質(zhì)的重結(jié)晶和分級(jí)結(jié)晶、物質(zhì)的制備和分離、混合氣體的分離等工藝中都要利用物質(zhì)溶解度的差別。
在一定溫度下,某物質(zhì)在100g溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)(或稱溶解平衡)時(shí)所溶解的克數(shù),叫做這種物質(zhì)在這種溶劑里的溶解度。在一定溫度和壓強(qiáng)下,物質(zhì)在一定量的溶劑中溶解的最大量,叫做這種物質(zhì)在這種溶劑里的溶解度。溶解性是表示一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中的溶解能力,通常用易溶、可溶、微溶、難溶或不溶等粗略的概念來(lái)表示。溶解度是衡量物質(zhì)在溶劑里溶解性大小的尺度,是溶解性的定量表示。
溶解度常用符號(hào)S表示。溶解度的單位用g/100g 表示。例如20℃,在100g水里最多溶解36gNaCl,則氯化鈉在20℃的溶解度是36g/100g ,可表示為。實(shí)際上溶解度是沒(méi)有單位的相對(duì)比值,按法定計(jì)量單位,可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。例如在20℃,S(NaCl)=0.36。溶解度也可以用飽和溶液的濃度表示。例如,氯化鉀在20℃的溶解度是4.627mol/1000gH?O(此濃度為質(zhì)量摩爾濃度),即表示20℃在1000g水中最多可溶解4.627mol的氯化鉀。難溶物質(zhì)的溶解度也可以用物質(zhì)的量濃度(摩爾濃度)表示。例如在25℃,氫氧化鐵的物質(zhì)的量濃度是0.45μmol/L,即表示1L氫氧化鐵飽和溶液里含0.45μmol氫氧化鐵。多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度的上升而增大,如氯化銨、硝酸鉀。少數(shù)物質(zhì)的溶解度受溫度變化的影響很小,如氯化鈉。含有結(jié)晶水的硫酸鈉()的溶解度開(kāi)始隨溫度的升高而增大,當(dāng)達(dá)到一定溫度(32.4℃)時(shí),隨溫度的升高而減?。ㄟ@時(shí)脫水成)。含有結(jié)晶水的石灰乳和乙酸鈣等物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而減小。氣體的溶解度隨溫度的升高而減小,隨壓強(qiáng)的增大而增大。影響溶解度的因素為溫度。
不同狀態(tài)
固體溶解度
固體物質(zhì)的能容溶解度是指在一定的溫度下,某物質(zhì)在100克溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量,用字母s表示,其單位是“g/100g水”。在未注明的情況下,通常溶解度指的是物質(zhì)在水里的溶解度。例如:在20℃時(shí),100g水里最多能溶36g氯化鈉(這時(shí)溶液達(dá)到飽和狀態(tài)),在20℃時(shí),氯化鈉在水里的溶解度是36g。
氣體溶解度
在一定溫度和壓強(qiáng)下,氣體在一定量溶劑中溶解的最高量稱為氣體的溶解度。常用定溫下1體積溶劑中所溶解的最多體積數(shù)來(lái)表示。如20℃時(shí)100mL水中能溶解1.82mL氫氣,則表示為1.82mL/100mL水等。氣體的溶解度除與氣體本性、溶劑性質(zhì)有關(guān)外,還與溫度、壓強(qiáng)有關(guān),其溶解度一般隨著溫度升高而減少,由于氣體溶解時(shí)體積變化很大,故其溶解度隨壓強(qiáng)增大而顯著增大。關(guān)于氣體溶解于液體的溶解度,在1803年英國(guó)化學(xué)家W.亨利,根據(jù)對(duì)稀溶液的研究總結(jié)出一條定律,稱為亨利定律。
【提示】如果不指明溶劑,通常所說(shuō)的溶解度是指物質(zhì)在水里的溶解度。另外,溶解度不同于溶解速度。攪拌、振蕩、粉碎顆粒等增大的是溶解速度,但不能增大溶解度。溶解度也不同于溶解的質(zhì)量,溶劑的質(zhì)量增加,能溶解的溶質(zhì)質(zhì)量也增加,但溶解度不會(huì)改變。
實(shí)例
大部分固體隨溫度升高溶解度增大,如硝酸鉀。
少部分固體溶解度受溫度影響不大,如食鹽(氯化鈉)。
極少數(shù)物質(zhì)溶解度隨溫度升高反而減小,如石灰乳。因?yàn)闅溲趸}有兩種水合物〔Ca(OH)?·2H?O和Ca(OH)?·12H?O〕。這兩種水合物的溶解度較大,碘化鈉氫氧化鈣的溶解度很小。隨著溫度的升高,這些結(jié)晶水合物逐漸變?yōu)闊o(wú)水氫氧化鈣,所以,氫氧化鈣的溶解度就隨著溫度的升高而減小。除了氫氧化鈣還有別的物質(zhì)溶解度也隨溫度的升高而減小,比如說(shuō)硫酸鋰。
影響因素
物質(zhì)溶解與否,溶解能力的大小,一方面決定于物質(zhì)(指的是溶劑和溶質(zhì))的本性;另一方面也與外界條件如溫度、壓強(qiáng)、溶劑種類等有關(guān)。在相同條件下,有些物質(zhì)易于溶解,而有些物質(zhì)則難于溶解,即不同物質(zhì)在同一溶劑里溶解能力不同。通常把某一物質(zhì)溶解在另一物質(zhì)里的能力稱為溶解性。例如,糖易溶于水,而油脂不溶于水,就是它們對(duì)水的溶解性不同。溶解度是溶解性的定量表示。
在未注明的情況下,通常溶解度指的是物質(zhì)在水里的溶解度。如20℃時(shí),食鹽的溶解度是36克,氯化鉀的溶解度是34克。這些數(shù)據(jù)可以說(shuō)明20℃時(shí),食鹽和氯化鉀在100克水里最大的溶解量分別為36克和34克;也說(shuō)明在此溫度下,食鹽在水中比氯化鉀的溶解能力強(qiáng)。
通常把在室溫(20°C)下,溶解度在10g/100g水以上的物質(zhì)叫易溶物質(zhì),溶解度在1~10g/100g水叫可溶物質(zhì),溶解度在0.01g~1g/100g水的物質(zhì)叫微溶物質(zhì),溶解度小于0.01g/100g水的物質(zhì)叫難溶物質(zhì)。可見(jiàn)溶解是絕對(duì)的,不溶解是相對(duì)的.
氣體的溶解度還和壓強(qiáng)有關(guān)。壓強(qiáng)越大,溶解度越大,反之則越小。
其他條件一定時(shí),溫度越高,氣體溶解度越低。
溶解平衡
每份(通常是每份質(zhì)量)溶劑(有時(shí)可能是溶液)所能溶解的溶質(zhì)的量的最大值就是溶質(zhì)在這種溶劑的溶解度。如果不指明溶劑,通常意味著溶劑為水,比如“氯化鈉的溶解度”和“氯化鈉在水中的溶解度”可以認(rèn)為是具有同樣的意思。溶解度并不是一個(gè)恒定的值。一種溶質(zhì)在溶劑中的溶解度由它們的分子間作用力、溫度、溶解過(guò)程中所伴隨的熵的變化以及其他物質(zhì)的存在及多少,有時(shí)還與氣壓或氣體溶質(zhì)的分壓有關(guān)。因此,一種物質(zhì)的溶解度最好能夠表述成:“在某溫度,某氣壓下,某物質(zhì)在某物質(zhì)中的溶解度為xxxx?!?,如無(wú)指明,則溫度及氣壓通常指的是標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)。
實(shí)際上,溶解度往往取決于溶質(zhì)在水中的溶解平衡常數(shù)。這是平衡常數(shù)的一種,反映溶質(zhì)的溶解-沉淀平衡關(guān)系,當(dāng)然它也可以用于沉淀過(guò)程(那時(shí)它叫溶度積)。因此,溶解度與溫度關(guān)系很大,也就不難解釋了。達(dá)到化學(xué)平衡的溶液便不能容納更多的溶質(zhì)(當(dāng)然,其他溶質(zhì)仍能溶解),我們稱之為飽和溶液。在特殊條件下,溶液中溶解的溶質(zhì)會(huì)比正常情況多,這時(shí)它便成為過(guò)飽和溶液。在一定溫度和壓力下,物質(zhì)在一定量溶劑中溶解的最大量。
固體或液體溶質(zhì)的溶解度,常用100克溶劑中所溶解的溶質(zhì)克數(shù)表示。例如在20℃和常壓下,硝酸鉀在水中的溶解度是31.5克/100克水,或簡(jiǎn)稱31.5克。氣體溶質(zhì)的溶解度,常用每毫升溶劑中所溶解的氣體毫升數(shù)表示。例如在20℃和常壓下,氨的溶解度是700毫升/1毫升水。物質(zhì)的溶解度除與溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)外,還與溫度、壓力等條件有關(guān)。隨著溫度的升高,大多數(shù)固體和液體的溶解度增大,氣體的則減小。隨著壓力的增大,氣體的溶解度增大。
變化原理
氣體的溶解度大小,首先決定于氣體的壓強(qiáng)和溶劑的溫度的不同而變化。例如,在20℃時(shí),氣體的壓強(qiáng)為,一升水可以溶解氣體的體積是:氨氣為702L,氫氣為0.01819L,氧氣為0.03102L。氨氣易溶于水,是因?yàn)榘睔馐?a href="/hebeideji/3200203348286843172.html">極性分子,水也是極性分子,而且氨氣分子跟水分子還能形成氫鍵,發(fā)生顯著的水合作用,所以,它的溶解度很大;而氫氣、氧氣都是非極性分子,所以在水里的溶解度很小。
當(dāng)壓強(qiáng)一定時(shí),氣體的溶解度隨著溫度的升高而減少。這一點(diǎn)對(duì)氣體來(lái)說(shuō)沒(méi)有例外,因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí),氣體分子運(yùn)動(dòng)速率加快,容易自水面逸出。
當(dāng)溫度一定時(shí),氣體的溶解度隨著氣體的壓強(qiáng)的增大而增大。這是因?yàn)楫?dāng)壓強(qiáng)增大時(shí),液面上的氣體的濃度增大,因此,進(jìn)入液面的氣體分子比從液面逸出的分子多,從而使氣體的溶解度變大。而且,氣體的溶解度和該氣體的壓強(qiáng)(分壓)在一定范圍內(nèi)成正比(在氣體不跟水發(fā)生化學(xué)變化的情況下)。例如,在20℃時(shí),氫氣的壓強(qiáng)是,氫氣在一升水里的溶解度是0.01819L;同樣在20℃,在時(shí),氫氣在一升水里的溶解度是0.01819×2=0.03638L。
氣體的溶解度有兩種表示方法,一種是在一定溫度下,氣體的壓強(qiáng)(或稱該氣體的分壓,不包括蒸汽的壓強(qiáng))是 時(shí),溶解于一體積水里,達(dá)到飽和的氣體的體積(并需換算成在0℃時(shí)的體積數(shù)),即這種氣體在水里的溶解度。另一種氣體的溶解度的表示方法是,在一定溫度下,該氣體在100g水里,氣體的總壓強(qiáng)為(氣體的分壓加上當(dāng)時(shí)水蒸氣的壓強(qiáng))所溶解的克數(shù)。
夏天打開(kāi)汽水瓶蓋時(shí),壓強(qiáng)減小,氣體的溶解度減小,會(huì)有大量氣體涌出。
喝汽水后會(huì)呃逆,因?yàn)槠轿钢泻?,溫度升高,氣體的溶解度減小。
溶解度曲線
溶解度曲線的意義與應(yīng)用可從點(diǎn)、線、面和交點(diǎn)四方面來(lái)分析。
1.點(diǎn)
溶解度曲線上的每個(gè)點(diǎn)表示的是某溫度下某種物質(zhì)的溶解度。即曲線上的任意一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)有相應(yīng)的溫度和溶解度。溫度在橫坐標(biāo)上可以找到,溶解度在縱坐標(biāo)上可以找到。溶解度曲線上的點(diǎn)有三個(gè)方面的作用: (1)根據(jù)已知溫度查出有關(guān)物質(zhì)的溶解度;(2)根據(jù)物質(zhì)的溶解度查出對(duì)應(yīng)的溫度;(3)比較相同溫度下不同物質(zhì)溶解度的大小或者飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小。
2.線
溶解度曲線表示某物質(zhì)在不同溫度下的溶解度或溶解度隨溫度的變化情況。曲線的坡度越大,說(shuō)明溶解度受溫度影響越大;反之,說(shuō)明受溫度影響較小。溶解度曲線也有三個(gè)方面的應(yīng)用:(1)根據(jù)溶解度曲線,可以看出物質(zhì)的溶解度隨著溫度的變化而變化的情況。 (2)根據(jù)溶解度曲線,比較在一定溫度范圍內(nèi)的物質(zhì)的溶解度大小。 (3)根據(jù)溶解度曲線,選擇分離某些可溶性混合物的方法。
3.面
對(duì)于曲線下部面積上的任何點(diǎn),依其數(shù)據(jù)配制的溶液為對(duì)應(yīng)溫度時(shí)的不飽和溶液;曲線上部面積上的點(diǎn),依其數(shù)據(jù)配制的溶液為對(duì)應(yīng)溫度時(shí)的飽和溶液,且溶質(zhì)有剩余。如果要使不飽和溶液(曲線下部的一點(diǎn))變成對(duì)應(yīng)溫度下的飽和溶液,方法有兩種:第一種方法是向該溶液中添加溶質(zhì)使之到達(dá)曲線上;第二種方法是蒸發(fā)一定量的溶劑。
4.交點(diǎn)
兩條溶解度曲線的交點(diǎn)表示該點(diǎn)所示的溫度下兩物質(zhì)的溶解度相同,此時(shí)兩種物質(zhì)飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相同。
常見(jiàn)氣體溶解度
,一氧化碳
(極易溶解于水) (易溶解于水) (能溶解于水) (難) (極難)
特征
(1)大部分固體物質(zhì)的溶解度曲線左低右高,溶解度隨溫度的升高而增加;
(2)少數(shù)固體物質(zhì)的溶解度曲線較平緩,溶解度受溫度的影響小,如食鹽;
(3)極少數(shù)固體物質(zhì)的溶解度曲線是左高右低,溶解度隨溫度的升高而降低,如氫氧化鈣;
用溶解性表示物質(zhì)的溶解能力是定性的,粗略的。
應(yīng)用
(l)由已知溫度查某物質(zhì)對(duì)應(yīng)的溶解度;
(2)由物質(zhì)的溶解度查該物質(zhì)所處的溫度;
(3)比較同一溫度下不同物質(zhì)的溶解度;比較同一物質(zhì)在不同溫度下的溶解度。
(4)比較和確定物質(zhì)的溶解度受溫度影響的程度,并據(jù)此設(shè)計(jì)混合物分離或提純的方法,例如提純NaCl可用蒸發(fā)溶劑法,分離NaCl和NaNO?可用降溫結(jié)晶法。
(5) 能夠判斷在一定溫度下某物質(zhì)飽和溶液中溶質(zhì)、溶劑、溶液的質(zhì)量比。
(6)判斷在一定溫度下把一定量的溶質(zhì)溶解在一定量的溶劑里所形成的溶液是否為飽和溶液。
(7)根據(jù)物質(zhì)在20攝氏度的溶解度來(lái)確定物質(zhì)的溶解度大小。
(8)確定溶液的狀態(tài)(飽和與不飽和)。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)類型
大致包括以下四種類型:
(1)已知溶質(zhì)和溶劑的量,求溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù);
(2)要配制一定量的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定的溶液,計(jì)算所需溶質(zhì)和溶劑的量;
(3)溶液稀釋和配制問(wèn)題的計(jì)算;
(4)把溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)運(yùn)用于化學(xué)方程式的計(jì)算。
溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算方式:
例 10克氯化鈉溶解于90克水中,則在所得氯化鈉溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
溶液的稀釋
根據(jù)稀釋前后溶質(zhì)的總量不變進(jìn)行運(yùn)算,無(wú)論是用水,或是用稀溶液來(lái)稀釋濃溶液,都可計(jì)算。
(1)用水稀釋濃溶液
設(shè)稀釋前的濃溶液的質(zhì)量為m,其溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,稀釋時(shí)加入水的質(zhì)量為n,稀釋后溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%。
則可得
(2)用稀溶液稀釋濃溶液
設(shè)濃溶液的質(zhì)量為A,其溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,稀溶液的質(zhì)量為B,其溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%,兩液混合后的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。
則可得 (1)
或 (2)
計(jì)算
固體溶解度之一
在一定溫度下,某固態(tài)物質(zhì)在100g溶劑里達(dá)到飽和時(shí)所溶解的克數(shù),叫做這種物質(zhì)在這種溶劑里的溶解度。符號(hào):S
固體溶解度之二
在一定溫度下,一定量的飽和溶液中含有固體溶質(zhì)的量稱為該固體物質(zhì)在指定溫度下的溶解度。通常以一定溫度下,物質(zhì)在100g溶劑中達(dá)到飽和時(shí)所溶解的克數(shù)來(lái)表示某物質(zhì)在該溶劑中的溶解度,如20℃時(shí),100g水中最多能溶解35.8g氯化鈉,即該溫度下氯化鈉的溶解度為35.8g/100g水。
固體物質(zhì)的溶解度與溶質(zhì)、溶劑的本性有關(guān),通常溶質(zhì)的結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相似時(shí)較易溶解,即所謂相似相溶原理,它可解釋部分事實(shí)。大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大,溫度對(duì)不同的物質(zhì)影響不同,可根據(jù)物質(zhì)溶解度與溫度的關(guān)系作出溶解度曲線,利用溶解度曲線可找出在任何溫度時(shí),某物質(zhì)的溶解度,也可利用溶解度曲線提純、分離某些物質(zhì)。固體物質(zhì)的溶解度受壓力影響較小。
物質(zhì)的溶解性
溶解性 溶解度(20℃)
易溶 大于等于10g
可溶 大于等于1g小于10g
微溶 大于等于0.01g小于1g
難溶(不溶)小于0.01g
、氨、
鈀、、鉍、鉑、
氮、鏑
鉺
釩
、鈣、鋯、鎘、鉻、汞、鈷、硅
鉿、氦、
鎵、鉀、金
、鋰、硫、、鋁
參考資料 >
溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院.溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院.2023-12-28