溶解定义:广义上说,超过两种以上物质混合而成为一个分子状态的均匀相的过程称为溶解。而狭义的溶解指的是一种液体对于固体/液体/或气体产生化学反应使其成为分子状态的均匀相的过程称为溶解。一种物质(溶质)分散于另一种物质(溶剂)中成为溶液的过程。如食盐或蔗糖溶解于水而成水溶液。溶液并不一定为液体,可以是固体、液体、气体。比如均匀的合金和空气都可以称为溶液。当两种物质互溶时,一般把质量大的物质称为溶剂(如有水在其中,一般习惯将水称为溶剂)。
溶解过程:
物质溶解于水,通常经过两个过程:一种是溶质分子(或离子)的扩散过程,这种过程为物理过程,需要吸收热量;另一种是溶质分子(或离子)和溶剂(水)分子作用,形成溶剂(水合)分子(或水合离子)的过程,这种过程是化学过程,放出热量。当放出的热量大于吸收的热量时,溶液温度就会升高,如浓硫酸、氢氧化钠等;当放出的热量小于吸收的热量时,溶液温度就会降低,如硝酸铵等;当放出的热量等于吸收的热量时,溶液温度不变,如盐、蔗糖。
固体、液体及气体溶解的对比分析:(1)固体溶解
固体溶解时,常需要粉碎,加热,震荡,搅拌等方法加速溶解。
(2)液体溶解
一般液体溶解时,将液体加水搅拌均匀。
(3)气体溶解
气体溶解时,对于溶解度小的气体要把导管插入水中,极易溶于水的气体,应在导管末端插一倒置的漏斗,漏斗边缘接触水。
溶解性应用:1、是指物质在溶剂里溶解能力的大小。
2、溶解性是物理性质,溶解是物理变化。
3、溶解性是由20℃时某物质的溶解度决定的。(固体)
(20℃) |
难溶(不溶) |
微溶 |
可溶 |
易溶 |
<0.01g |
0.01g~1g |
1 g~10g |
>10g |
4、利用溶解性可有以下应用:
(1)判断气体收集方法
可溶(易溶)于水的气体不能用排水取气法。
如:CO2而H2,O2溶解性不好,可用排水取气法。
(2)判断混合物分离方法
两种物质在水中溶解性明显不同时,可用过滤法分离。
如:KNO3(易溶)与CaCO3(难溶)可用过滤法分离
而C与MnO2二者均不溶NaClKNO3均易溶,都不能用过滤法分离。
溶解度算法=溶质质量/溶剂质量(通常为水)
单位: g/100g水。
定义:液体温度低于沸点时,发生在液体表面的汽化过程,在任何温度下都能发生。蒸发量通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。
影响蒸发快慢的因素:温度、湿度、液体的表面积、液体表面的空气流动等。
仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、玻璃棒、蒸发皿。
装置: 原理:用加热的方法,使溶剂不断挥发而析出晶体,这是常用的一种结晶方法。
影响因素: 温度、湿度、液体的表面积、液体表面上方的空气流动的速度等。
主要因素:(1)温度。温度越高,蒸发越快。因为在任何温度下,分子都在不断地运动,液体中总有一些速度较大的分子能蒸发仪器蒸发皿蒸发仪器蒸发皿够飞出液面脱离束缚而成为汽分子,所以液体在任何温度下都能蒸发。液体的温度升高,分子的平均动能增大,速度增大,从液面飞出去的分子数量就会增多,所以液体的温度越高,蒸发得就越快。
(2)液面表面积大小。如果液体表面面积增大,处于液体表面附近的分子数目增加,因而在相同的时间里,从液面飞出的分子数量就增多,所以液面面积越大,蒸发速度越快。
(3)液体表面上方空气流动的速度。当飞入空气里的汽分子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时,有可能被碰回到液体中来。如果液面上方空气流动速度快,通风好,分子重新返回液体的机会越小,蒸发就越快。
注意事项:
①加热时要用玻璃棒不断地搅拌.防止液体局部温度过高,而发生飞溅;
⑦当蒸发皿里出现较多量同体时,停止加热,利用余热将水分蒸干;
③刚加热完与匕的蒸发皿不能用手拿取,也不能用冷水冲洗;
④如果要用烧杯浓缩溶液,加热时要垫上石棉网,以防烧杯受热小均匀而破裂。
操作口诀: 皿中液体不宜多,防止飞溅要搅动。
较多固体析出时,移去酒灯自然蒸。
结晶定义:
水的结晶
1、物质从液态(溶液或溶融状态)或气态形成晶体的过程。
2、晶体,即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。也叫结晶体。
结晶方法:
一般为两种,一种是蒸发结晶,一种是降温结晶。
1、蒸发结晶
(1)原理
蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。例如:当NaCl和KNO
3的混合物中NaCl多而KNO
3少时,即可采用此法,先分离出NaCl,再分离出KNO
3。
可以观察溶解度曲线,溶解度随温度升高而升高得很明显时,这个溶质叫陡升型,反之叫缓升型。
当陡升型溶液中混有缓升型时,若要分离出陡升型,可以用降温结晶的方法分离,若要分离出缓升型的溶质,可以用蒸发结晶的方法,也就是说,蒸发结晶适合溶解度随温度变化不大的物质,如:氯化钠。
如硝酸钾就属于陡升型,氯化钠属于缓升型,所以可以用蒸发结晶来分离出氯化钠,也可以用降温结晶分离出硝酸钾。
(2)实验过程
在蒸发皿中进行,蒸发皿放于铁架台的铁圈上,倒入液体不超过蒸发皿容积的2/3,蒸发过程中不断用玻璃棒搅拌液体,防止受热不均,液体飞溅。看到有大量固体析出,或者仅余少量液体时,停止加热,利用余热将液体蒸干
2、降温结晶
先加热溶液,蒸发溶剂成饱和溶液,此时降低热饱和溶液的温度,溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。例如:当NaCl和KNO
3的混合物中KNO
3多而NaCl少时,即可采用此法,先分离出KNO
3,再分离出NaCl。
降温结晶后,溶质的质量变小;溶剂的质量不变;溶液的质量变小;溶质质量分数变小;溶液的状态是饱和状态。
(1)原理
①降温结晶的原理是温度降低,物质的溶解度减小,溶液达到饱和了,多余的即不能溶解的溶质就会析出。蒸发结晶的原理是恒温情况下或蒸发前后的温度不变,溶解度不变,水分减少,溶液达到饱和了即多余的溶质就会析出。例如盐碱湖夏天晒盐,冬天捞碱,就是这个道理。
②如果两种可溶物质混合后的分离或提纯,谁多容易达到饱和,就用谁的结晶方法,如氯化钠中含有少量的碳酸钠杂质,就要用到氯化钠的结晶方法即蒸发结晶,反之则用降温结晶。
③当然有关了。溶解度曲线呈明显上升趋势的物质,其溶解度随温度变化较大,一般用降温结晶,溶解度曲线略平的物质,其溶解随温度变化不大,一般用蒸发结晶。
④补充说明:“谁容易达到饱和”就是说两种可溶物质中的哪一种物质的含量较大,那么它就先达到饱和。这时它就容易析出,我们就采用它的结晶方法。
⑤氢氧化钙和气体除外,因为其溶解度曲线为随温度升高而降低,所以采用冷却热饱和溶液时,应降温,其余方法相同。
结晶法分离混合物:
对于几种可溶性固态物质的混合物可根据它们的溶解度受温度影响大小的不同,采用结晶法分离。如分离KNO
3和少量NaCl的混合物,可先将它们配制成热饱和溶液,然后再采用冷却热饱和溶液的方法进行分离。
定义:指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管,使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。
蒸馏是分离沸点相差较大的混合物的一种重要的操作技术,尤其是对于液体混合物的分离有重要的实用意义。
即,蒸馏条件:1.液体是混合物。2.各组分沸点不同。
实验室制蒸馏水:(1)
原理:蒸馏是利用互相溶解的液体混合物中各组分沸点小同进行分离提纯的操作。其过程是:加热样品使其中某组分汽化,然后使蒸气冷凝为液体加以收集。
(2)
仪器:铁架台、蒸馏烧瓶、冷凝管、尾接管、锥形瓶、温度计、酒精灯、石棉网等。
(3)
装置:
(4)
操作:
①用洒精灯外焰给受热仪器先预热后加热
②对蒸馏烧瓶(烧杯、烧瓶、锥形瓶等仪器)加热时,不能直接加热,一定要垫石棉网,蒸馏烧瓶中液体体积为容器容积的1/3—2/3
③温度计不能直接插人蒸馏烧瓶的液体之中,应使温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口位于同一水平线上
④蒸馏烧瓶的支管必须露出橡皮塞以防蒸馏出来的液体接触橡皮塞而带入杂质
⑤冷凝管中冷水的走向应是下口进、上口出,以使蒸汽充分冷却。
(5)
关键:
①控制好加热温度。如果采用加热浴,加热浴的温度应当比蒸馏液体的沸点高出若干度,否则难以将被蒸馏物蒸馏出来。加热浴温度比蒸馏液体沸点高出的越多,蒸馏速度越快。但是,加热浴的温度也不能过高,否则会导致蒸馏瓶和冷凝器上部的蒸气压超过大气压,有可能产生事故,特别是在蒸馏低沸点物质时尤其需注意。一般地,加热浴的温度不能比蒸馏物质的沸点高出30℃。整个蒸馏过程要随时添加浴液,以保持浴液液面超过瓶中的液面至少一公分。
②蒸馏高沸点物质时,由于易被冷凝,往往蒸气未到达蒸馏烧瓶的侧管处即已经被冷凝而滴回蒸馏瓶中。因此,应选用短颈蒸馏瓶或者采取其它保温措施等,保证蒸馏顺利进行。
③蒸馏之前,必须了解被蒸馏的物质及其杂质的沸点和饱和蒸气压,以决定何时(即在什么温度时)收集馏分。
④蒸馏烧瓶应当采用圆底烧瓶。沸点在40-150℃的液体可采用150℃以上的液体,或沸点虽在150℃以下,对热不稳常压的简单蒸馏。对于沸点在定、易热分解的液体,可以采用减压蒸馏和水蒸汽蒸馏。
(6)
简易装置
(7)
应用
①水的净化
②石油的分馏
(8)
蒸馏化学口诀 隔网加热冷管倾,上缘下缘两相平。
需加碎瓷防暴沸,热气冷水逆向行。
瓶中液限掌握好,先撤酒灯水再停。
饱和溶液和不饱和溶液的概念:①饱和溶液:在一定温度下,在一定量的溶剂里,不能再溶解某种溶质的溶液,
叫做这种溶质的饱和溶液
②不饱和溶液:在一定温度下,在一定量的溶剂里,还能再继续溶解某种溶质的溶液,
叫做这种溶质的不饱和溶液
饱和溶液与不饱和溶液的相互转化方法:(1)对于大多数固体:在一定量的水中溶解的最大量随温度升高而增大
饱和溶液
不饱和溶液
(2)对于Ca(OH)
2:在一定量的水中溶解的最大量随温度升高而减少
饱和石灰水
不饱和石灰水
概念的理解:(1)溶液的饱和与不饱和跟温度和溶质的量的多少有关系。因此在谈饱和溶液与不饱和溶液时,一定要强调“在一定温度下”和“一定量的溶剂里”,否则就无意义。
(2)一种溶质的饱和溶液仍然可以溶解其他溶质。如氯化钠的饱和溶液中仍可溶解蔗糖。
(3)有些物质能与水以任意比例互溶,不能形成饱和溶液,如:酒精没有饱和溶液。
饱和溶液和不饱和溶液的相互转化:一般,对饱和溶液与不饱和溶液相互转化过程中溶液组成的分析:
①饱和溶液
不饱和溶液(或不饱和溶液
饱和溶液。不发生结晶的前提下)
溶液中溶质、溶剂、溶液的质量不变,溶质质量分数不变。
②不饱和溶液
饱和溶液
溶液的溶剂质量不变,溶质、溶液、溶质质量分数均增大。
③不饱和溶液
饱和溶液(不发生结晶的前提下)
溶质质量不变,溶剂、溶液质量变小,溶质质量分数变大。
④饱和溶液
不饱和溶液
溶剂、溶液质量增大,溶质质量不变,溶质质量分数变小
判断溶液是否饱和的方法:
①观察法:当溶液底部有剩余溶质存在,且溶质的量不再减少时,表明溶液已饱和。
②实验法:当溶液底部无剩余溶质存在时,可向该溶液中加入少量该溶质,搅拌后,若能溶解或溶解一部分,表明该溶液不饱和;若不能溶解,则表明该溶液已饱和。
浓溶液,稀溶液与饱和溶液,不饱和溶液的关系: 为粗略地表示溶液中溶质含量的多少,常把溶液分为浓溶液和稀溶液。在一定量的溶液里含溶质的量相对较多的是浓溶液,含溶质的量相对较少的是稀溶液。它们与饱和溶液、不饱和溶液的关系如下图所示:
A. 饱和浓溶液B.饱和稀溶液C.不饱和浓溶液D.不饱和稀溶液
(1)溶液的饱和与不饱和与溶液的浓和稀没有必然关系。
(2)饱和溶液不一定是浓溶液,不饱和溶液不一定是稀溶液;浓溶液不一定是饱和溶液,稀溶液不一定是不饱和溶液。
(3)在一定温度下,同种溶剂、同种溶质的饱和溶液要比其不饱和溶液浓度大。
溶质质量分数:
1.
概念:溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。
2.
表达式:溶质质量分数=
=
3.
含义:溶质质量分数的含义是指每100份质量的溶液中含有溶质的质份为多少。如100g10%的NaCl溶液中含有10gNaCl.。不要误认为是100g水中含有10gNaCl。
应用溶质质量分数公式的注意事项: ①溶质的质量是指形成溶液的那部分溶质,没有进入溶液的溶质不在考虑范围之内。如在20℃时,100g水中最多能溶解36gNaCl,则20gNaCl放入50g 水中溶解后,溶质的质量只能是18g。
②溶液的质量是该溶液中溶解的全部溶质的质量与溶剂的质量之和(可以是一种或几种溶质)。
③计算时质量单位应统一。
④由于溶液的组成是指溶液中各成分在质量方面的关系,因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只有在不超过其最大溶解范围时才有意义。
例如在20℃时,NaCl溶液中溶质的质量分数最大为26.5%,此时为该温度下氯化钠的饱和溶液,再向溶液中加入溶质也不会再溶解,浓度也不会再增大。因此离开实际去讨论溶质质量分数更大的NaCl溶液是没有意义的。
⑤运用溶质质量分数表示溶液时,必须分清溶质的质量、溶剂的质量和溶液的质量。
a.结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
b.当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
c.若两种物质能发生反应,有沉淀或气体生成,此时溶液中的溶质质量分数=
影响溶质质量分数的因素:
(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录,与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变,溶质的质量分数也会改变,但归根结底,变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而,影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例如:
①将饱和的NaNO
3溶液降低温度,由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少,溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小。
②将饱和的NaNO
3溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液,溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变。
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量分数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液,溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)
利用公式的基本计算 ①已知溶质、溶剂的质量,求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
×100%
②已知溶液、溶质的质量分数,求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量分数,求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时,计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的,不能以体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)
溶液的稀释与浓缩
|
方法 |
计算依据 |
计算公式 |
溶液的稀释 |
①加水稀释 ②加稀溶液稀释 |
①加水稀释前后,溶液中溶质的质量不变 ②用稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% |
溶液的浓缩 |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
注意:
a.几种溶液混合,溶液的体积不能简单相加,即V
总≠V
A+V
Bb.混合后溶液的质量、溶质的质量可以相加,即m
总=m
A+m
B
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)
饱和溶液中溶质质量分数的计算a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
×100g]可推导出:
,
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
|
溶解度 |
溶质质量分数 |
意义 |
物质溶解性的量度,受外界温度的影响 |
表示溶液中溶质质量的多少,不受外界条件影响 |
容积要求 |
100g |
无要求 |
温度要求 |
与温度有关 |
一般与温度无关 |
溶液是否饱和 |
一定达到饱和 |
不一定饱和 |
计算公式 |
×100g |
|
单位 |
克 |
无单位 |
联系 |
饱和溶液中溶质的质量分数= |
特殊的溶质质量分数的计算:(1)
结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。
如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
(2)
溶质只能是已溶解的那一部分,没有溶解的不能做溶质计算
如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时,NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl,如溶质的质量为18g,而不是20g,所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)
当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
(4)
某混合物溶于水,要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量如5gNaCl和1gKNO3的混合物溶于100g水,计算NaCl的溶质质量分数:
ω(NaCl)=5g/(5g+1g+100g)×100%=4.7%。
(5)
利用元素的质量分数进行计算
溶液中溶质的质量分数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系。溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数的不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液,取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶质质量分数均相同的两种溶液混合,所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时,向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的物质来说,将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。