普通化学

溶液、溶解度、依数性

描述溶液组成、饱和状态及温度相关的溶解度；从溶质粒子数理解依数性及理想溶液的适用范围。

直觉直觉：粒子与变化

盐搅拌后似乎消失，实际上离子分散在液体中。加入足够多溶质后会有固体残留并达到平衡。

蓝色的小溶剂粒子能通过虚线膜，红色的大溶质粒子不能。溶质留在一侧使该侧更“拥挤”，这就是渗透压的来源。升高温度可使粒子运动更快。

定义: 核心概念

溶液是溶剂与溶质组成的均匀混合物。在指定温度和压力下，饱和溶液与未溶解溶质处于平衡；溶解度定量表示该条件下组成。

理想稀溶液满足拉乌尔定律 $p_A=x_Ap_A^\ast$ 。加入不挥发溶质会降低溶剂摩尔分数和蒸气压；真实混合物可能偏离理想性。

\Pi\approx i\,cRT,\qquad \Delta T_b=iK_bm,\qquad \Delta T_f=iK_fm

例题: 例题

溶液含 0.20 mol 溶质，体积 0.50 L，求浓度。

解答

c = n/V = 0.20/0.50 = 0.40 mol L⁻¹。使用最终溶液体积，而非混合前溶剂体积。

例题: 第二个例子

散热器中有 1.0 kg 水和 0.62 mol 乙二醇（非电解质）。用 K_f = 1.86 °C kg mol⁻¹ 估算凝固点降低。

解答

m = 0.62 mol / 1.0 kg = 0.62 mol kg⁻¹；非电解质 i = 1；ΔT_f = 1 × 1.86 × 0.62 ≈ 1.2 °C，溶液在约 −1.2 °C 结冰。

稀溶液的沸点升高和凝固点降低近似正比于质量摩尔浓度： $\Delta T_b=iK_bm$ 、 $\Delta T_f=iK_fm$ 。 $i$ 反映有效溶质粒子数。

稀溶液的依数性取决于溶质粒子数而非种类：1 mol 蔗糖与 1 mol 其他非电解质产生相同的凝固点降低。电解质会解离，因此有效 i 更大。

更深入地看，应按涉及粒子和守恒量来归类观察现象；模型用于描述电荷、电子密度或粒子计数，应选择能解释测量证据的最简模型。

例题: 计算与应用例题

计算 25 °C（298 K）下 0.050 mol/L 蔗糖水溶液（非电解质，i = 1）的渗透压。取 R = 0.0821 L·atm/(mol·K)。

解答

Π = i c R T = 1 × 0.050 mol/L × 0.0821 L·atm/(mol·K) × 298 K ≈ 1.22 atm（约 124 kPa）。