1.2　溶液

1.2.1　分散系

1.2.1.1　分散系的概念

一種或幾種物質分散在另一種物質中所形成的體系叫作分散體系，簡稱分散系。例如糖分散在水中形成糖溶液，黏土分散在水中形成泥漿，水滴分散在空氣中形成云霧，奶油、蛋白質和乳糖分散在水中形成牛奶等。分散系中被分散的物質稱為分散質，又叫分散相；起分散作用的物質稱為分散劑，又叫分散介質。在上述例子中，糖、黏土、水滴、奶油、蛋白質、乳糖等是分散質，水、空氣則是分散劑。分散質和分散劑的聚集狀態不同，或分散質粒子的大小不同，其分散系的性質也不同。我們可以按照物質的聚集狀態或分散質顆粒的大小將分散系進行分類。

1.2.1.2　分散系的分類

分散系的分類方法有兩種，一種是按照分散質和分散劑的聚集狀態不同，將分散系分為9種，見表1-1；另一種是按照分散質顆粒的大小不同，將分散系分為3類，見表1-2。

上述兩種分類方法各有其特點，本教材采用表1-2的分類方法學習溶液和膠體的有關知識。在一個體系（研究的對象）中，物理性質和化學性質完全相同并且組成均勻的部分稱為相。例如一瓶氣體（不論有幾種氣體），各部分的性質完全相同且組成均勻一致，稱為氣相；一種液體，各部分的性質相同并且組成均勻一致，稱為液相。如果體系中只有一相，該體系叫作單相體系。含有兩相或兩相以上的體系則稱為多相體系。

在低分子與離子分散體系中，分散質粒子直徑<1nm，一般為小分子或離子，與分散劑的親和力極強。分散系均勻、無界面，是高度分散、高度穩定的單相體系。這種分散體系即通常所說的溶液，如蔗糖溶液、食鹽溶液。

在膠體分散系中，分散質粒子直徑為1～100nm，它包括溶膠和高分子化合物溶液兩種類型。對于溶膠，其分散質粒子是由許多分子組成的聚集體，這些聚集體分散在分散劑中就形成了溶膠，例如氫氧化鐵溶膠、硫化砷溶膠、碘化銀溶膠等。對于高分子溶液，分散質粒子是單個的高分子，與分散劑的親和力強，在某些性質上與溶膠相似，如淀粉溶液、纖維素溶液、蛋白質溶液等。

在粗分散系中，分散質粒子直徑>100nm，按分散質的聚集狀態不同，又可分為乳濁液和懸濁液兩種。乳濁液是液體分散質分散在液體分散劑中形成的分散體系，如牛奶、石油等；懸濁液是固體分散質分散在液體分散劑中形成的分散體系，如泥漿、石灰漿等。粗分散體系中分散質粒子大，容易聚沉，是極不穩定的多相體系。

上述三類分散系之間雖然有明顯的區別，但是，分散系之間并沒有明顯的界線，三者之間的過渡是漸變的，因此以分散質粒子直徑大小作為分散系分類的依據是相對的。

1.2.2　溶液組成的量度及配制

由兩種或兩種以上不同物質組成的均勻、穩定的分散體系，稱為溶液。通常所說的溶液為液態溶液。若不特別指明，溶液則為水溶液。

溶液組成的量度可用一定量溶液或溶劑中所含溶質的量來表示。由于溶液、溶劑和溶質的量可用物質的量、質量、體積等方式表示，所以溶液組成的量度可用多種方式表示，如物質的量濃度、質量摩爾濃度、摩爾分數和質量分數等。

1.2.2.1　物質的量及摩爾質量

（1）相對原子質量與相對分子質量

當我們計算一個水分子質量是多少時，就會發現計算起來極不方便。若是計算其他更復雜的分子質量時那就更麻煩了。因此國際上規定采用相對原子質量和相對分子質量來表示原子、分子的質量關系。

相對原子質量是指以一個12C原子質量的1/12作為標準，任何一種原子的原子質量與一個12C原子質量的1/12的比值，稱為該原子的相對原子質量（又稱原子量）。化學式中各個原子的相對原子質量（Ar）的總和，就是相對分子質量（又稱分子量），用符號Mr表示，其量綱是“1”。

（2）物質的量及其單位

物質的量是國際單位制（SI）規定的一個基本物理量，它是用來表示體系中基本單元數目多少的一個物理量，用符號n表示，其單位為摩爾（簡稱摩），符號mol。

根據1971年第十四屆國際計量大會的決議，摩爾的定義有兩點：

①摩爾是一物系的物質的量，該物系中所包含的基本單元數與0.012kg12C的原子數目相等。由于0.012kg12C所含的碳原子數目約為6.02×1023個（稱為阿伏伽德羅常數），所以1mol任何物質所包含的基本單元數目約是6.02×1023個。

②在使用摩爾時必須指明基本單元，基本單元可以是分子、原子、離子或其他粒子，或是它們的特定組合。如H2、H、NaOH、H2SO4、、、和等。基本單元的選擇是任意的，它既可以是實際存在的，也可以根據需要而人為設定。

（3）摩爾質量

摩爾質量被定義為某物質的質量除以該物質的物質的量：

　　 （1-1） 　　

式中　M（B）——B物系的摩爾質量，kg·mol-1或g·mol-1；

m（B）——B物系的質量，kg或g；

n（B）——B物系的物質的量，mol。

任何基本單元摩爾質量，當單位為g·mol-1時，其數值等于相對原子質量或相對分子質量。例如H2的相對分子質量等于2.00，則M（H2）=2.00g·mol-1。

由于摩爾質量是與物質的量有關的量，所以在使用摩爾質量時必須指明基本單元。例如：M（H2SO4）=98.08g·mol-1；；31.61g·mol-1。質量不變的某物質，如KMnO4，當選擇KMnO4、、5KMnO4等不同的基本單元時，由于摩爾質量不同，物質的量也不相同，且有如下關系：

寫成通式：　　n（B）=an（aB）

1.2.2.2　溶液組成的量度

（1）物質的量濃度

溶質B的物質的量濃度用符號“c（B）”表示，其定義為：溶液中溶質B的物質的量除以溶液的體積，即：

　　 （1-2） 　　

式中　B——溶質的基本單元；

n（B）——溶液中溶質B的物質的量；

V——溶液的體積。

c（B）的SI單位為mol·m-3，常用單位為mol·L-1或mol·dm-3。

由于c（B）是n（B）的導出量，故選擇的基本單元不同，物質的量濃度的數值也不相同。因此，在使用c（B）時也應指明基本單元。例如，1L溶液中含有9.808g硫酸，則n（H2SO4）=0.1000mol，c（H2SO4）=0.1000mol·L-1，，。

這里需要指出的是，若不特別指明，濃度指的就是物質的量濃度。

例1-2　將36.0g的HCl溶于64.0g水中，配成溶液，所得溶液的密度為1.19g·mL-1，求c（HCl）為多少。

解：已知　m（HCl）=36.0g，m（H2O）=64.0g，ρ=1.19g·mL-1，M（HCl）=36.46g·mol-1。

1L溶液中HCl的質量為：

　　 因為 　　

　　 所以 　　

例1-3　用分析天平稱取1.2346g K2Cr2O7，溶解后轉移至100.0mL容量瓶中定容，試計算c（K2Cr2O7）和。

解：已知　m（K2Cr2O7）=1.2346g　　M（K2Cr2O7）=294.19g·mol-1

（2）質量摩爾濃度

質量摩爾濃度的定義為：

　　 （1-3） 　　

式中　n（B）——溶質B的物質的量，mol；

m（A）——溶劑的質量，常用單位為kg；

b（B）——溶質B的質量摩爾濃度，其單位由n（B）、m（A）決定，常用單位為mol·kg-1。

由于質量摩爾濃度與體積無關，所以其數值不受溫度變化的影響。對于較稀的水溶液來說，質量摩爾濃度近似地等于其物質的量濃度。由于液體溶劑不易稱量，實驗室常用的仍是物質的量濃度，但在稀溶液依數性的研究中仍采用質量摩爾濃度。

（3）摩爾分數

若溶液是由溶劑A和溶質B兩組分組成，則溶劑A的摩爾分數x（A）、溶質B的摩爾分數x（B）的定義分別為：

　　 （1-4） 　　

　　 （1-5） 　　

顯然，x（A）+x（B）=1。

對于多組分體系來說，則有∑x（i）=1，即溶液中各組分的物質的量分數之和等于1。在使用物質的量分數時必須指明基本單元。

（4）質量分數

溶液中，某組分B的質量m（B）與溶液總質量m之比，稱為組分B的質量分數，用符號w（B）表示，定義式為：

　　 （1-6） 　　

質量分數習慣上用百分含量來表示。如氯化鈉水溶液的質量分數為0.10時，可寫成w（NaCl）=10％。

例1-4　將2.500g NaCl溶于497.50g水中，配制成NaCl溶液，所得溶液的密度為1.002g·mL-1。求氯化鈉的物質的量濃度、質量摩爾濃度、摩爾分數和質量分數各是多少。

解：根據題意可得：

溶液的體積

1.2.2.3　溶液的配制

（1）由固體試劑配制溶液

由固體試劑配制溶液時，往往需要先計算固體試劑的質量，然后再進行稱量。

例1-5　配制0.2000mol·L-1CuSO4溶液250.0mL，問需CuSO4·5H2O多少克？

解：

由

得

m（CuSO4·5H2O）=c（CuSO4）M（CuSO4·5H2O）V=0.2000×249.7×250.0×10-3=12.48（g）

即配制0.2000mol·L-1CuSO4溶液250mL，需12.48gCuSO4·5H2O。

許多固體溶質常含有結晶水，計算所配溶液濃度時，有時要考慮結晶水的影響。

（2）由液體試劑配制溶液

由液體試劑配制溶液，其計算原理和溶液的稀釋一樣，稀釋前后溶質的總量不變，即：

c濃V濃=c稀V稀　　（1-7）

式中，c濃為稀釋前溶液的濃度；V濃為稀釋前溶液的體積；c稀為稀釋后溶液的濃度；V稀為稀釋后溶液的體積。

例1-6　已知濃H2SO4的密度為1.84g·mL-1，含H2SO496.0％，試計算c（H2SO4）、分別是多少。實驗室需用2.00mol·L-1 H2SO4450mL，需要濃H2SO4多少毫升加入水中稀釋？

解：根據題意可知

ρ=1.84g·mL-1=1.84×103g·L-1

則

根據稀釋公式

c濃V濃=c稀V稀

18.0V濃=2.00×450

V濃=50.0（mL）

即應取該濃H2SO450.0mL加入水中稀釋。