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 | 明显升高(放热) |
| 硝酸铵 | 明显降低(吸热) |
| 氯化钠 | 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:
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?
- 比较。 加入 40 g,大于 100 g 水最多能溶解的 31.6 g。
- 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。
- 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?
- 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。
- 硝酸钾。 硝酸钾的溶解度随温度降低而减小,所以降低温度。
- 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。
- 生理盐水
氯化钠溶解在水中,形成均一、稳定的混合物。
- 泥水
泥沙不溶于水,静置后会沉降,不均一、不稳定。
- 碘酒
碘是溶质,酒精是溶剂。
- 植物油加入水中振荡后的液体
这是乳浊液,静置后会分层。
- 蒸馏水
蒸馏水是纯净物;溶液一定是混合物。
- 硫酸铜溶液
溶液不一定无色,硫酸铜溶液是蓝色的溶液。
- 白醋
白醋是醋酸的水溶液。
- 冰水混合物
冰和水是同一种物质,冰水混合物是纯净物。
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?
硝酸铵溶解时吸收热量,溶液温度降低;氢氧化钠溶解时放热;氯化钠、蔗糖溶解时温度基本不变。
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?
硝酸钾的溶解度随温度升高而增大,升高温度会使溶液更不饱和。
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 、 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。