溶液、饱和与不饱和Solutions: Saturated and Unsaturated

大思想 · 数量与比例(SPQ)AP 科学实践 1 · 模型与表征AP 衔接 · Unit 3约 25 分钟

学习目标

  • 说出溶液、溶质、溶剂的含义和溶液均一、稳定的特征,区分溶液和乳浊液
  • 知道有的物质溶解时吸热、有的放热
  • 区分饱和溶液和不饱和溶液,说出两者相互转化的方法

前置知识

  • 纯净物与混合物(1.2.5)
  • 水的组成与净化(1.7.3)

生活中的溶液

医院里输液用的生理盐水是质量分数为 0.9% 的氯化钠溶液;消毒用的医用酒精、伤口上涂的碘酒、喝的糖水和汽水,也都是溶液。化学实验中的很多反应,也是在溶液里进行的。

溶液

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,叫做溶液solution。

  • 被溶解的物质叫溶质solute,可以是固体、液体或气体。
  • 能溶解其他物质的物质叫溶剂solvent。水是最常用的溶剂;汽油、酒精也可以作溶剂,比如碘酒中,碘是溶质,酒精是溶剂。

均一:溶液各部分的组成和性质完全相同,比如一杯糖水,上面和下面一样甜。稳定:外界条件不变时,溶质不会分离出来,溶液放久了也不分层。

溶液的质量 = 溶质的质量 + 溶剂的质量。但溶液的体积一般不等于两者体积之和(1.2.1 节:50 mL 水和 50 mL 酒精混合后小于 100 mL)。

把植物油加到水里振荡,小油滴分散在水中,形成的混合物不均一、不稳定,静置后会分层,这叫乳浊液emulsion。洗涤剂能使油分散成无数细小的液滴,随水流走,这叫乳化emulsification。用汽油洗油污是把油污溶解掉,用洗涤剂洗油污是乳化,原理不同。

溶解时的温度变化

物质溶解时,常伴随着吸热或放热:

物质溶解时溶液温度
氢氧化钠 NaOH\ce{NaOH}明显升高(放热)
硝酸铵 NHX4NOX3\ce{NH4NO3}明显降低(吸热)
氯化钠 NaCl\ce{NaCl}基本不变

饱和溶液与不饱和溶液

在一定温度下,向一定量的溶剂里加入某种溶质,当溶质不能继续溶解时,所得的溶液叫做这种溶质的饱和溶液saturated solution;还能继续溶解的溶液,叫做这种溶质的不饱和溶液unsaturated solution。

说一种溶液饱和,必须说清楚温度、溶剂的量和是哪种溶质的饱和溶液:一杯饱和食盐水,还能再溶解白糖。

往下面的烧杯里加溶质,再改变温度和水的质量,观察溶液什么时候饱和,什么时候又不饱和了:

动手试试:往水里加溶质、改变温度或水的质量,看溶液是否饱和
溶质

对于大多数固体(比如硝酸钾),两种溶液可以这样相互转化:

  • 不饱和溶液 → 饱和溶液:增加溶质、蒸发溶剂、降低温度。
  • 饱和溶液 → 不饱和溶液:增加溶剂、升高温度。

少数固体的溶解度随温度升高反而减小,比如氢氧化钙,改变温度的方法要反过来。

溶质以晶体的形式从溶液中析出,叫做结晶crystallization。海水晒盐用的是蒸发溶剂的方法;从硝酸钾溶液中得到晶体,常用冷却热饱和溶液的方法(1.7.5 节)。

例题 1:判断溶液是否饱和

20 °C 时,100 g 水中最多能溶解 31.6 g 硝酸钾。在 20 °C 时向 100 g 水中加入 40 g 硝酸钾,充分搅拌。所得溶液是否饱和?溶液的质量是多少?

分步解析
  1. 比较。 加入 40 g,大于 100 g 水最多能溶解的 31.6 g。
  2. 判断。 只能溶解 31.6 g,还有 40 − 31.6 = 8.4 g 没有溶解,所得溶液是饱和溶液。
  3. 算质量。 没溶解的固体不属于溶液:溶液质量 = 100 g + 31.6 g = 131.6 g,不是 140 g。

例题 2:把不饱和溶液变成饱和溶液

有一杯接近饱和的硝酸钾溶液。不改变溶液的质量,怎样使它变成饱和溶液?如果是接近饱和的澄清石灰水(氢氧化钙溶液)呢?

分步解析
  1. 可选方法。 增加溶质、蒸发溶剂、降低温度都能使溶液饱和,但前两种会改变溶液的质量。
  2. 硝酸钾。 硝酸钾的溶解度随温度降低而减小,所以降低温度。
  3. 氢氧化钙。 氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小,所以要升高温度。
练一练:下列物质是不是溶液?
  1. 生理盐水
  2. 泥水
  3. 碘酒
  4. 植物油加入水中振荡后的液体
  5. 蒸馏水
  6. 硫酸铜溶液
  7. 白醋
  8. 冰水混合物

常见误区

误区 1:“溶液一定是无色透明的。” 溶液一定透明,但不一定无色:硫酸铜溶液是蓝色的,硫酸亚铁溶液是浅绿色的。

误区 2:“均一、稳定的液体都是溶液。” 水、酒精也是均一、稳定的液体,但它们是纯净物。溶液必须是混合物。

误区 3:“饱和溶液一定是浓溶液,不饱和溶液一定是稀溶液。” 饱和、不饱和和浓、稀是两回事。氢氧化钙的溶解度很小,它的饱和溶液也很稀;而接近饱和的硝酸钾溶液可以很浓。

即时小测

下列物质溶于水后,溶液温度明显降低的是?

要使接近饱和的硝酸钾溶液变成饱和溶液,下列方法中不可行的是?

小结

  • 溶液是均一、稳定的混合物,由溶质和溶剂组成;溶液质量 = 溶质质量 + 溶剂质量。
  • 乳浊液不均一、不稳定;洗涤剂除油污是乳化,汽油除油污是溶解。
  • 氢氧化钠溶解放热,硝酸铵溶解吸热,氯化钠溶解时温度基本不变。
  • 饱和溶液要指明温度、溶剂的量和溶质;加溶质、蒸发溶剂、降温(多数固体)可使不饱和溶液饱和,加溶剂、升温可使饱和溶液不饱和。
通往 AP(以后再看)

AP U3.7 用物质的量浓度(molarity,mol/L)描述溶液的组成;U3.8 要求画出溶液的粒子示意图,比如溶解在水中的 NaX+\ce{Na+}、ClX−\ce{Cl-} 被水分子包围;U3.10 用“相似相溶”(like dissolves like)解释哪些物质能互溶。硝酸铵溶解时吸热却能自发进行,要到 U7.14 用熵和自由能来解释。

练一练这一章:模块 7 · 空气、水与溶液 · 10 道题

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