巖土工程師輔導(dǎo)資料：溶液的濃度和相變

　　溶液與離子平衡

　　一、內(nèi)容提要：本講主要是講解溶液的濃度和相變，稀溶液的通性，酸堿平衡，同離子效應(yīng)和緩沖溶液，水解平衡，沉淀溶解平衡等問題。

　　二、本講的重點和難點是：溶液的濃度的計算，電離常數(shù)和電離度的計算，水的離子積常數(shù)和pH值的計算，弱酸強(qiáng)堿鹽和弱堿強(qiáng)酸鹽的pH值的計算，溶度積的定義及溶度積規(guī)則。

　　三、內(nèi)容講解：

　　1、溶液的濃度和相變

　　溶液：由二種或多種組分所組成的均勻體系叫做溶液，它可包括：氣體混合物、液態(tài)溶液和固態(tài)溶液，一般溶液指液態(tài)溶液。

　　(一)溶液的濃度單位。

　　(1)質(zhì)量百分濃度：溶質(zhì)的質(zhì)量占全部溶液質(zhì)量的百分率。

　　(二)水的相變和相圖

　　(1)相變：

　　將一杯水置于密閉的容器中，液面上那些能量較大的分子就會克服液體分子的引力從表面逸出，蒸發(fā)出來的分子在液面上的空間向四面八方運動時，其中一部分可能撞到液面，為液體分子吸引而重新凝結(jié)，由于液體在一定溫度的蒸發(fā)速度是恒定的，開始時，液面空間尚無蒸氣分子，凝結(jié)速度為零，隨著時間的過去，蒸氣分子的濃度增加，凝結(jié)速度也增加，最后凝結(jié)速度和蒸發(fā)的速度達(dá)到相等，這樣液相和它的蒸汽就處于平衡狀態(tài)(動態(tài)平衡)。

　　我們把一定溫度下，液體和它的蒸汽處于平衡狀態(tài)時，蒸汽所具有的壓力叫做飽和蒸氣壓。如上所述，當(dāng)兩相接觸時，物質(zhì)要從一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?，這個過程就叫做相變。

　　(2)相平衡：

　　當(dāng)相變到一定程度時，兩相間相互轉(zhuǎn)變的速度相等，表觀上變化“停頓”，此時，體系所處的狀態(tài)叫做相平衡，相平衡是一種動態(tài)平衡。

　　(3)相圖：

　　實驗表明，當(dāng)溫度升高時，液體的平衡蒸氣壓增加，平衡蒸氣壓等于101325Pa時的溫度稱為沸點。

　　根據(jù)沸點，可以判斷兩種液體相對揮發(fā)性的難易程度，即一個在低溫時沸騰的液體，它在所有溫度下所具有的蒸氣壓通常比在較高溫度時，沸騰的液體的蒸氣壓要大。

　　相圖：表示在平衡時，兩相可以共存的壓強(qiáng)和溫度關(guān)系曲線。

　　2、稀溶液的通性

　　(一)溶液的蒸氣壓下降

　　將分別盛有純水，蔗糖溶液的兩只燒杯，一起放在一罩子內(nèi)，過了一段時間后，發(fā)現(xiàn)純水陸續(xù)蒸發(fā)而消失，同時蔗糖溶液增加，這個現(xiàn)象是由于兩只燒杯上部水蒸氣壓力不相等，水自動地從蒸氣壓高的部位(純水)向蒸氣壓低的部位(糖溶液)移動。

　　這是由于溶質(zhì)的加入，溶質(zhì)粒子與溶劑分子比較均勻地分布在溶液中，致使溶劑本身的相對濃度減小，在單位時間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)出的溶劑分子數(shù)比在純?nèi)軇┥厦娴纳?，也就是難揮發(fā)物質(zhì)的溶液蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?、顯然，溶液的濃度越大，溶液的蒸氣壓下降得越多。

　　拉烏爾(Roult)定律：

　　在一定溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)，稀溶液的蒸氣壓下降與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，(只與數(shù)量有關(guān))。

　　(二)溶液的沸點上升和凝固點下降

　　由于加入難揮發(fā)物質(zhì)后，引起溶液的蒸氣壓下降，顯然，溶液的沸點就要高于純?nèi)軇┑姆悬c。

　　例如：水在1000C時的蒸氣壓是101325Pa，加入溶質(zhì)后，蒸氣壓要降低，這時蒸氣壓低于外界壓力，雖然仍在1000C，但溶液不會沸騰，要沸騰必須使溫度升高一些。才能使它的蒸氣壓重又達(dá)到101325Pa，與外界壓力相等。所以溶人難揮發(fā)溶質(zhì)后，溶液的沸點必高于純?nèi)軇?，溶液愈濃，沸點高得愈多。我們把這現(xiàn)象叫做溶液的沸點上升，這是蒸氣壓下降的必然結(jié)果。

　　凝固點(tf)是一物質(zhì)在固、液兩相平衡時的溫度。此時兩相的蒸氣壓必然相等，否則蒸氣壓較大的一相就會消失，不能保持兩相平衡共存的狀態(tài)，例如：水在0℃以下的蒸氣壓高于冰的蒸氣壓，所以0℃以下的水會全部結(jié)冰。反之，則冰融化為水。

　　溶液的凝固，實質(zhì)上是溶液中溶劑的凝固，除非對溶質(zhì)來說已達(dá)到飽和，否則溶質(zhì)不會結(jié)晶出來，所以溶液的凝固點是溶液中溶劑的蒸氣壓和固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮合嗟葧r的溫度，此時，固態(tài)純?nèi)軇┛梢院腿芤浩胶夤泊妗?/p>

　　由于溶液的蒸氣壓下降程度取決于溶液的濃度，而溶液的蒸氣壓下降又是沸點上升和凝固點下降的根本原因，因此，溶液的沸點上升與凝固點下降必然與溶液的濃度有關(guān)。

　　拉烏爾得出了下列關(guān)系：溶液的沸點上升和凝固點下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。

　　(三)滲透壓：

　　在一定的體積和溫度下，溶液的滲透壓與溶液中所含溶質(zhì)的分子數(shù)有關(guān)，而與溶質(zhì)和溶劑的本性無關(guān)。

　　從上述稀溶液的通性可以總結(jié)出稀溶液定律：難揮發(fā)的、非電解質(zhì)的、稀溶液的性質(zhì)(溶液的蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降和滲透壓)是與一定量溶劑(或一定體積)

　　的溶液中所溶解的溶質(zhì)的摩爾數(shù)成正比地變化著，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。

　　稀溶液定律不適用于濃溶液，這是因為在溶液中溶質(zhì)的分子數(shù)很多，使溶質(zhì)分子間的相互影響以及溶質(zhì)和溶劑分子間的相互影響大大加強(qiáng)了，這些復(fù)雜的因素使稀溶液定律就不再適用了，也不適用電解質(zhì)溶液，這是由于電離或解離或靜電引力引起稀溶液的通性偏高。

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