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第三章 水的溶解性

Lesson 3/11 | Study Time: 20 Min


物质在水中的分散状况



物质在水中的分散状况




什么是溶液?


当你把糖放进水里搅一搅,糖“消失”了,但水变甜了!其实,糖变成了溶液的一部分。那么,什么是溶液呢?


溶液:一种物质(溶质)溶解在另一种物质(溶剂)中,形成均匀的混合物。



  • 溶质:被溶解的东西,比如糖、盐。

  • 溶剂:溶解溶质的东西,比如水、酒精。


公式:溶液 = 溶质 + 溶剂


生活中的溶液例子





































溶液 溶质 溶剂 例子
糖水 喝的甜水。
盐水 做菜用的盐水。
医用酒精 酒精 75%酒精消毒液。
碳酸饮料 二氧化碳 可乐、雪碧等汽水。




水以外的分散体系


除了溶液,还有一些混合物看起来不太一样,比如泥水、牛奶、果冻。它们属于悬浊液、乳浊液或胶体溶液。我们来看看它们的特点吧!



悬浊液


特征:含有不溶性固体颗粒,悬浮在液体中。不透明、不均匀、不稳定,放一会儿就会沉淀。



  • 泥水:雨后地上的水坑。

  • 豆浆:放久了会分层。



乳浊液


特征:含有不溶性的小液滴分散在液体中。不透明、不均匀、不稳定,容易发生分层。



  • 牛奶:天然的乳浊液。

  • 油和水的混合物:摇一摇,过一会儿就会分层。



胶体溶液


特征:半透明,介于固体和液体之间。含有固体胶质微粒分散其中。



  • 果冻:固体胶质分散在水中。

  • 雾气:空气中的水滴分散形成胶体。





丁达尔效应的趣味实验


材料:



  • 一杯清水

  • 几滴牛奶

  • 激光笔


步骤:



  1. 在清水中滴入几滴牛奶,搅拌均匀。

  2. 用激光笔照射混合液体,观察光束。


现象:如果看到光束穿过液体的“通路”,恭喜你发现了丁达尔效应!如果光束消失,说明是普通溶液。





总结:三种分散体系对比































类型 特征 生活例子 如何分离?
悬浊液 不溶性固体颗粒悬浮,不透明且不稳定。 泥水、豆浆。 过滤法。
乳浊液 不溶性小液滴分散,不透明且易分层。 牛奶、油和水的混合物。 使用乳化剂稳定。
胶体溶液 半透明,含胶质微粒,出现丁达尔效应。 果冻、肥皂水、雾天的空气。 丁达尔效应可区分胶体。












物质在水中的分散与溶解



物质在水中的分散与溶解





物质在水中的分散状况


物质在水中可以以不同形式分散,例如溶液、悬浊液、乳浊液或胶体溶液。




什么是溶液?


溶液是溶质溶解在溶剂中形成的均匀混合物。



  • 溶质:被溶解的物质,例如糖、盐。

  • 溶剂:溶解溶质的物质,例如水、酒精。


公式:溶液 = 溶质 + 溶剂


生活中的溶液例子

























溶液 溶质 溶剂 例子
糖水 喝的甜水。
盐水 做菜用的盐水。





物质的溶解




溶液的种类


溶液不仅仅是液体,还可以是固体或气体。以下是溶液的三大种类:



























溶液种类 例子 特点
固态溶液 合金(如K金:金和铜的混合物) 固体与固体混合,形成均匀的固态溶液。
液态溶液 糖水、盐水 溶质溶解在液体中,最常见的是水溶液。
气态溶液 空气(氧气、氮气、二氧化碳的混合物) 气体与气体混合形成均匀的气态溶液。



增加固体溶质溶解速度的方法


以下是三种加速溶解的方法:



























方法 原理 生活例子
研磨 减小颗粒大小,增大接触面积。 磨碎糖块让糖更快溶解。
搅拌 加速溶剂与溶质的接触。 搅拌咖啡时糖更快溶解。
加热 增加分子运动速度。 热水溶解糖块更快。











物质在水中的分散与溶解度



物质在水中的分散与溶解度





溶解度




溶解度的定义


溶解度是指在一定温度下,溶液达到饱和时溶质的浓度。通常用单位表示为每 100 克溶剂中溶解的溶质最大量(如 g/100g 溶剂)。


溶解度数值越大,表示该物质在该温度下的溶解能力越强。


溶解度的特点



























特点 解释
定温定压 溶解度在特定温度和压力下才有固定值。
饱和状态 当溶液达到饱和,无法再溶解更多溶质时,溶解度达到最大值。
温度影响 大多数固体溶解度随温度升高而增大,气体溶解度随温度升高而减小。
压力影响(气体溶解度) 气体溶解度随压力增加而增大(如碳酸饮料中的二氧化碳)。

生活中的例子



  • 糖水:热水中糖的溶解度比冷水中更高。

  • 可乐:冷藏的可乐气泡少,因为气体溶解度较高;常温下气泡多,因为气体溶解度变小。

  • 盐水:盐的溶解度随温度变化不大,因此冷水和热水中溶解量差异不明显。




溶解度的表示方法


溶解度通常表示为每 100 克溶剂中溶解的溶质最大量。





































温度 (°C) 溶质 溶解度 (g/100g 溶剂) 解释
0°C 20 在 0°C 时,100 克水最多溶解 20 克甲物质。
0°C 30 在 0°C 时,100 克水最多溶解 30 克乙物质。
a1°C 甲、乙 相同 在 a1°C 时,甲和乙的饱和溶液中溶质质量分数相等。
a2°C 50 在 a2°C 时,100 克水最多溶解 50 克甲物质。



溶解度与温度的关系


溶解度随着温度变化,表现出不同的趋势:

























物质类型 温度升高时溶解度的变化 解释 生活例子
固体物质 大多数增加,个别减少。 温度升高,分子运动加快,固体溶解度通常增加。 热水中糖更易溶解。
气体物质 减少。 温度升高,气体分子更容易逃逸出溶液,溶解度降低。 热可乐中气泡更多(气体溶解度低)。











物质在水中的分散与溶液浓度



物质在水中的分散与溶液浓度





溶液的浓度




饱和溶液与不饱和溶液




饱和溶液与特点















概念 描述
饱和溶液 溶质在溶剂中溶解到最大极限时形成的溶液。

特点



  • 溶解性有限,不能无限制溶解。

  • 温度升高可增加溶解量,但仍有最大限制。


状态变化



  • 加入溶剂:形成不饱和溶液。

  • 加入溶质:产生沉淀。




不饱和溶液与分类















概念 描述
不饱和溶液 还能继续溶解某种溶质的溶液。

分类



  • 浓溶液:含较多溶质的溶液。

  • 稀溶液:含较少溶质的溶液。




溶液浓度的定义与公式


浓度类型与公式

























浓度类型 定义 公式 适用范围
体积百分率浓度 每 100 毫升溶液中溶质的体积百分比。 (溶质体积 / 溶液体积) × 100% 溶质为液体。
重量百分率浓度 每 100 克溶液中溶质的质量百分比。 (溶质质量 / 溶液质量) × 100% 溶质为固体或液体。


溶液加水稀释公式



















公式 描述
m(浓) × a%(浓) = [m(浓) + m(水)] × a%(稀) 稀释前后溶质质量相等。
m(浓) × a%(浓) + m(稀) × a%(稀) = m(混) × a%(混) 两种溶液混合时的浓度计算。



例题解析


例题 1:加水稀释计算


现有 100g 溶质质量分数为 15% 的过氧乙酸溶液,欲配制成溶质质量分数为 1.5% 的溶液,需加水多少克?


解答:


100g × 15% = (100g + x) × 1.5%


解得:x = 900g


答案:需加水 900 克。



例题 2:稀硫酸配制计算


配制 2000g 20% 的稀硫酸用以除锈,需 98% 的浓硫酸和水各多少毫升?


解答:



  • 设浓硫酸质量为 x:

  • 2000g × 20% = x × 98%

  • 解得:x = 408.2g

  • 浓硫酸体积:408.2g ÷ 1.84g/cm³ = 221.8mL

  • 水的体积:(2000g − 408.2g) ÷ 1g/cm³ = 1591.8mL


答案:浓硫酸体积:221.8mL;水体积:1591.8mL。




饱和与不饱和溶液的对比






















类型 定义 特点
饱和溶液 溶质达到最大溶解量的溶液。 温度升高溶解量增加,但有极限。
加溶质会产生沉淀。
不饱和溶液 还能继续溶解溶质的溶液。 可通过加入溶质转变为饱和溶液。


浓度与稀释公式汇总



















公式 适用场景
m(浓) × a%(浓) = [m(浓) + m(水)] × a%(稀) 溶液加水稀释,稀释前后溶质质量不变。
m(浓) × a%(浓) + m(稀) × a%(稀) = m(混) × a%(混) 两种不同浓度溶液的混合计算。











物质在水中的结晶



物质在水中的结晶





物质在水中的结晶




结晶的定义与过程


结晶:从饱和溶液中凝结,或从气体凝华出具有一定几何形状的固体(晶体)的过程。


自然环境中的结晶因素:



  • 气温下降:温度降低促使溶质析出结晶。

  • 压力作用:压力变化也会导致结晶形成。


晶体的特点:



  • 不同种类的晶体具有固定的几何形状(如盐晶体为立方体,石英晶体为六棱柱)。




结晶方法






















方法 适用情况 示例
蒸发溶剂结晶 溶解度受温度影响较小的固体物质。 从海水中提取食盐。
冷却热饱和溶液结晶 溶解度受温度影响较大的固体物质。 制备硝酸钾晶体(溶解度随温度显著变化)。



蒸发溶剂结晶


原理:通过蒸发溶剂,增加溶液中溶质的相对浓度,使其达到饱和并析出晶体。


适用范围:溶解度随温度变化较小的物质。


例子:



  • 海水提盐:通过蒸发海水中的水分,析出盐晶体。




冷却热饱和溶液结晶


原理:将热的饱和溶液冷却,降低溶解度,使溶质析出晶体。


适用范围:溶解度随温度变化显著的物质。


例子:



  • 硝酸钾晶体的制备:将热的硝酸钾饱和溶液冷却,析出晶体。




结晶的作用



  • 结晶可以将溶质从溶液中分离。

  • 常用于提纯物质或获取晶体材料。




应用实例
































结晶实例 方法 说明
海水提盐 蒸发溶剂结晶 通过蒸发水分,析出食盐晶体。
硝酸钾晶体制备 冷却热饱和溶液结晶 将热的硝酸钾溶液冷却,析出晶体,用于实验或工业用途。
糖的结晶 冷却热饱和溶液结晶 制备糖晶体(如冰糖),通过冷却热糖溶液析出晶体。
明矾的提纯 冷却热饱和溶液结晶 将明矾溶液冷却,析出纯净的明矾晶体,用于净水或工业用途。



总结



  • 结晶方法选择:根据溶质溶解度随温度变化的特性选择适合的结晶方法。


    • 蒸发溶剂法:适合溶解度变化小的物质(如食盐)。

    • 冷却热饱和溶液法:适合溶解度变化大的物质(如硝酸钾、糖)。


  • 结晶的意义:


    • 提纯物质:通过结晶分离杂质,得到纯净的溶质。

    • 获取晶体材料:用于工业、实验、食品等领域。