知识背景
冲一杯柠檬茶,糖一勺一勺加进去,前几勺搅一搅就化了,加到第七八勺,杯底开始留下一小堆化不掉的糖。再怎么搅也没用——除非把水加热。这个日常经验里藏着两个精确的科学概念:饱和与溶解度。十八世纪的化工厂最早为此犯难。制碱、晒盐、提取硝石,全都要知道「在多少度的水里最多能溶多少」,否则锅炉里一结晶就堵管。于是化学家开始逐个物质、逐个温度测定这个上限,把结果画成曲线——今天的化学手册里那些溶解度曲线,是几百年积累下来的实验数据。对杭州人来说,这些数字并不遥远:腌一缸雪里蕻要放多少盐才能保证饱和不变质?医院配的生理盐水为什么是 ?夏天鱼塘为什么要开增氧机(气体溶解度随温度升高而减小)?这一节要把「饱和」「溶解度」「溶质质量分数」三个概念分清,并把配制溶液的计算练到不出错。
知识讲解
饱和溶液与不饱和溶液
在一定温度下,向一定量溶剂里加入某种溶质,当溶质不能继续溶解时所得的溶液叫饱和溶液;还能继续溶解的叫不饱和溶液。
「一定温度」「一定量溶剂」两个前提缺一不可——离开它们谈饱和毫无意义。
判断是否饱和:看溶液中是否有未溶解的固体剩余且质量不再减少;若无剩余固体,可再加少量该溶质,若加不进去则原溶液已饱和。
相互转化(以大多数固体,即溶解度随温度升高而增大者为例):
- 饱和 → 不饱和:升温或加溶剂。
- 不饱和 → 饱和:降温、加溶质或蒸发溶剂。
- 特例:氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小,其饱和溶液要变成不饱和需降温。
溶解度
固体溶解度:在一定温度下,某固体物质在 溶剂(通常是水)里达到饱和状态时所溶解的质量,用符号 表示,单位是克。
四个要素:一定温度、 溶剂、达到饱和、单位为克,答题时四要素必须齐全。
例如「 时食盐的溶解度是 」的含义是: 时 水中最多能溶解 食盐,此时溶液质量为 。
溶解度曲线能读出三类信息:
- 某点:该温度下该物质的溶解度;曲线上的点表示饱和,曲线下方的点表示不饱和。
- 交点:两条曲线的交点表示该温度下两物质溶解度相等。
- 趋势:大多数固体(如硝酸钾)溶解度随温度升高显著增大;食盐增大较缓;氢氧化钙随温度升高而减小(曲线下降)。
- 气体溶解度的规律与固体相反:温度升高,气体溶解度减小;压强增大,气体溶解度增大。这正是汽水开盖冒泡、烧水时壁上先冒小气泡的原因。
溶质质量分数
溶质质量分数是溶质质量与溶液质量之比:
若溶液饱和,则可由溶解度算出质量分数:。
- 溶解度 有单位(克),指饱和时 溶剂中的溶质质量;质量分数 无单位(百分数),指溶质占溶液的比例,饱和与否都能算。
- 分母不同: 对应「 溶剂」, 对应「溶液总质量」。
- 加水稀释时溶质质量不变:,这是稀释计算的唯一依据。
实验与探究
写出配制步骤、所需仪器,并分析可能造成浓度偏低的原因。
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第一步 · 计算:依据 ,;依据 ,需水 ,即 (水的密度为 )。第二步 · 称量:用托盘天平称取 氯化钠(左物右码),用量筒量取 水(视线与凹液面最低处齐平)。第三步 · 溶解:把固体倒入烧杯,加水后用玻璃棒搅拌至完全溶解。第四步 · 装瓶贴签:装入试剂瓶,标签写明名称和溶质质量分数。
所需仪器:托盘天平(含砝码)、药匙、量筒、胶头滴管、烧杯、玻璃棒、试剂瓶。浓度偏低的常见原因:食盐称少了(如砝码与物品放反且用了游码);水量多了(量水时俯视读数会使实际加水偏多);烧杯事先是湿的;食盐撒出部分或未完全溶解就装瓶。反过来,仰视量水会使实际水偏少,浓度偏高。
经典例题
实验室有溶质质量分数为 的氯化钠溶液 。(1)把它稀释成 需加水多少克?(2)若改为蒸发掉一部分水使其变成 ,需蒸发多少克水?
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第一步:抓住核心不变量。无论加水还是蒸水,溶质质量始终不变,这是全题的依据。求原溶液中的溶质:依据 ,。第二步:求稀释后溶液的总质量,依据 :。第三步:求需加水的质量,依据质量守恒:(速算法:质量分数减半,溶液质量加倍,所加水等于原溶液质量)。
第四步:求蒸发后溶液的总质量,仍依据溶质不变:。第五步:求蒸发掉的水:。答:需加水 ;或蒸发水 。注意:蒸发时只跑水,溶质一点不少,所以第四步的分子仍是 ,很多同学误用 ,一步之差全盘皆错。
已知 时硝酸钾的溶解度为 。(1)该温度下硝酸钾饱和溶液的溶质质量分数是多少(保留一位小数)?(2) 时把 硝酸钾放入 水中充分搅拌,能得到多少克溶液?
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第一步:理解溶解度的含义。 表示 时 水中最多溶 硝酸钾,此时溶液质量为 。第二步:求质量分数,依据 :。注意分母是溶液质量而不是 。
第三步:判断第(2)问是否有剩余。加入 大于上限 ,故只溶解 ,剩余固体 沉在杯底。第四步:求溶液质量。溶液只包含已溶解的部分:,未溶解的固体不算入溶液。答:饱和溶液质量分数约 ;所得溶液 。这一步「多加的溶质不算」是中考最爱设的坑。
难点与易错点
- 说溶解度时漏掉条件:必须讲明温度、 溶剂、饱和状态、单位克,四要素齐全才得分。
- 把溶解度的分母当成溶液: 对应 溶剂, 的分母才是溶液。
- 未溶解的固体算进溶液质量:加多了的溶质沉在杯底,不属于溶液。
- 认为饱和溶液一定比不饱和溶液浓:不同物质、不同温度无法直接比较,饱和的石灰水远比不饱和的糖水稀。
- 忘记氢氧化钙的反常:它的溶解度随温度升高而减小,升温会使澄清石灰水变浑浊。
- 稀释时用错公式:唯一依据是 (溶质不变),不能把质量分数直接相加相减;气体溶解度也常被记反(升温变小,增压变大)。
生活中的应用
- 腌雪里蕻与糖桂花:高浓度盐水或糖水使微生物细胞失水而无法繁殖,所以腌制品要「饱和才安全」。
- 夏天鱼塘要增氧:温度升高,氧气在水中的溶解度减小,闷热天鱼容易浮头,增氧机就是往水里打气增压。
- 医用生理盐水:溶质质量分数 ,与人体细胞内液渗透压接近,浓度高低都会伤害细胞。
生活应用题 1 · 给亚运场馆草坪配药
园林工人要配制 溶质质量分数为 的农药水溶液,手上有质量分数为 的农药母液。需取母液多少千克、加水多少千克?
分步解:
- 求成品中的溶质质量,依据 :。
- 抓住稀释中溶质不变,依据 :设需母液 ,则 。
- 解方程:;求加水量,依据质量守恒:。
- 答:取母液 5 千克,加水 495 千克。稀释了 100 倍,正好对应 ,可用这个倍数关系快速验算。
生活应用题 2 · 一杯柠檬茶的糖到底加了多少
小杭泡柠檬茶时向 水中加入 白糖并全部溶解。(1)求糖水的溶质质量分数;(2)他觉得太甜,又加入 水,此时质量分数变成多少?
分步解:
- 求原溶液质量,依据 :。
- 求原质量分数,依据 :。
- 求加水后的溶液质量:;溶质仍是 (加水不改变溶质)。
- 求新质量分数:;验算依据 :,,两边相等。
- 答:原为 ,加水后为 。注意: 糖溶解后溶液体积并不是简单相加,但质量可以相加,算质量分数用质量最稳妥。
考点
- 概念题·必考:溶解度的四要素表述;饱和与不饱和的判断与相互转化
- 图像题·高频:溶解度曲线读点、比较大小、找交点、判断降温后是否有晶体析出
- 计算题·高频:溶质质量分数的计算,含稀释()与蒸发浓缩
- 计算题:由溶解度求饱和溶液的质量分数
- 实验题·必考:配制一定质量分数溶液的步骤、仪器与浓度偏高偏低的误差分析;气体溶解度随温度、压强的变化
中考真题
时氯化钠的溶解度为 。该温度下,向 水中加入 氯化钠并充分搅拌,所得溶液的溶质质量分数约为( )A. B. C. D.
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第一步:算出 水中的溶解上限。依据溶解度的含义( 水溶 ),按比例: 水最多溶 。第二步:比较。加入 大于 ,故只溶解 ,剩余 未溶解。
第三步:求溶液质量:(不含剩余的 )。第四步:求质量分数:;也可用 直接得到,因为溶液已饱和。答案:C。若误按 计算就会选 B,这正是命题人设置的干扰项。
甲、乙两种固体的溶解度曲线均随温度升高而上升,且在 时相交。下列说法正确的是( )A. 时甲、乙饱和溶液的溶质质量分数一定相等 B. 时甲的溶解度一定大于乙 C. 把甲的饱和溶液升温后仍然饱和 D. 甲、乙的溶解度都不受温度影响
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逐项分析:
- A 对:交点表示该温度下两者溶解度相等,由 知 相等则 相等。
- B 错:交点左侧谁高谁低题目未给,无法断定。
- C 错:溶解度随温度升高而增大,升温后原饱和溶液变为不饱和。
- D 错:曲线随温度上升,说明溶解度受温度影响。
答案:A。提醒:只有同温度且都饱和时,才能用溶解度直接比较质量分数。