岩土工程师辅导资料：溶液的浓度和相变

　　溶液与离子平衡

　　一、内容提要：本讲主要是讲解溶液的浓度和相变，稀溶液的通性，酸碱平衡，同离子效应和缓冲溶液，水解平衡，沉淀溶解平衡等问题。

　　二、本讲的重点和难点是：溶液的浓度的计算，电离常数和电离度的计算，水的离子积常数和pH值的计算，弱酸强碱盐和弱碱强酸盐的pH值的计算，溶度积的定义及溶度积规则。

　　三、内容讲解：

　　1、溶液的浓度和相变

　　溶液：由二种或多种组分所组成的均匀体系叫做溶液，它可包括：气体混合物、液态溶液和固态溶液，一般溶液指液态溶液。

　　(一)溶液的浓度单位。

　　(1)质量百分浓度：溶质的质量占全部溶液质量的百分率。

　　(二)水的相变和相图

　　(1)相变：

　　将一杯水置于密闭的容器中，液面上那些能量较大的分子就会克服液体分子的引力从表面逸出，蒸发出来的分子在液面上的空间向四面八方运动时，其中一部分可能撞到液面，为液体分子吸引而重新凝结，由于液体在一定温度的蒸发速度是恒定的，开始时，液面空间尚无蒸气分子，凝结速度为零，随着时间的过去，蒸气分子的浓度增加，凝结速度也增加，最后凝结速度和蒸发的速度达到相等，这样液相和它的蒸汽就处于平衡状态(动态平衡)。

　　我们把一定温度下，液体和它的蒸汽处于平衡状态时，蒸汽所具有的压力叫做饱和蒸气压。如上所述，当两相接触时，物质要从一相转变为另一相，这个过程就叫做相变。

　　(2)相平衡：

　　当相变到一定程度时，两相间相互转变的速度相等，表观上变化“停顿”，此时，体系所处的状态叫做相平衡，相平衡是一种动态平衡。

　　(3)相图：

　　实验表明，当温度升高时，液体的平衡蒸气压增加，平衡蒸气压等于101325Pa时的温度称为沸点。

　　根据沸点，可以判断两种液体相对挥发性的难易程度，即一个在低温时沸腾的液体，它在所有温度下所具有的蒸气压通常比在较高温度时，沸腾的液体的蒸气压要大。

　　相图：表示在平衡时，两相可以共存的压强和温度关系曲线。

　　2、稀溶液的通性

　　(一)溶液的蒸气压下降

　　将分别盛有纯水，蔗糖溶液的两只烧杯，一起放在一罩子内，过了一段时间后，发现纯水陆续蒸发而消失，同时蔗糖溶液增加，这个现象是由于两只烧杯上部水蒸气压力不相等，水自动地从蒸气压高的部位(纯水)向蒸气压低的部位(糖溶液)移动。

　　这是由于溶质的加入，溶质粒子与溶剂分子比较均匀地分布在溶液中，致使溶剂本身的相对浓度减小，在单位时间内从溶液中蒸发出的溶剂分子数比在纯溶剂上面的少，也就是难挥发物质的溶液蒸气压低于纯溶剂的蒸气压、显然，溶液的浓度越大，溶液的蒸气压下降得越多。

　　拉乌尔(Roult)定律：

　　在一定温度下，难挥发的非电解质，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比，(只与数量有关)。

　　(二)溶液的沸点上升和凝固点下降

　　由于加入难挥发物质后，引起溶液的蒸气压下降，显然，溶液的沸点就要高于纯溶剂的沸点。

　　例如：水在1000C时的蒸气压是101325Pa，加入溶质后，蒸气压要降低，这时蒸气压低于外界压力，虽然仍在1000C，但溶液不会沸腾，要沸腾必须使温度升高一些。才能使它的蒸气压重又达到101325Pa，与外界压力相等。所以溶人难挥发溶质后，溶液的沸点必高于纯溶剂，溶液愈浓，沸点高得愈多。我们把这现象叫做溶液的沸点上升，这是蒸气压下降的必然结果。

　　凝固点(tf)是一物质在固、液两相平衡时的温度。此时两相的蒸气压必然相等，否则蒸气压较大的一相就会消失，不能保持两相平衡共存的状态，例如：水在0℃以下的蒸气压高于冰的蒸气压，所以0℃以下的水会全部结冰。反之，则冰融化为水。

　　溶液的凝固，实质上是溶液中溶剂的凝固，除非对溶质来说已达到饱和，否则溶质不会结晶出来，所以溶液的凝固点是溶液中溶剂的蒸气压和固态纯溶剂的蒸气压相等时的温度，此时，固态纯溶剂可以和溶液平衡共存。

　　由于溶液的蒸气压下降程度取决于溶液的浓度，而溶液的蒸气压下降又是沸点上升和凝固点下降的根本原因，因此，溶液的沸点上升与凝固点下降必然与溶液的浓度有关。

　　拉乌尔得出了下列关系：溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。

　　(三)渗透压：

　　在一定的体积和温度下，溶液的渗透压与溶液中所含溶质的分子数有关，而与溶质和溶剂的本性无关。

　　从上述稀溶液的通性可以总结出稀溶液定律：难挥发的、非电解质的、稀溶液的性质(溶液的蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降和渗透压)是与一定量溶剂(或一定体积)

　　的溶液中所溶解的溶质的摩尔数成正比地变化着，而与溶质的本性无关。

　　稀溶液定律不适用于浓溶液，这是因为在溶液中溶质的分子数很多，使溶质分子间的相互影响以及溶质和溶剂分子间的相互影响大大加强了，这些复杂的因素使稀溶液定律就不再适用了，也不适用电解质溶液，这是由于电离或解离或静电引力引起稀溶液的通性偏高。

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