🔬 初中科学八年级上第1章 水和水的溶液溶解度质量分数中考压轴

物质的溶解

一杯水里的糖为什么加到某一刻就再也化不开了?这个「上限」正是溶解度要回答的问题。

难度:★★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

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 0.9%0.9\%?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

🔑

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:升温加溶剂
  • 不饱和 → 饱和:降温加溶质蒸发溶剂
  • 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 100 g100\ \mathrm{g} 溶剂(通常是水)里达到饱和状态时所溶解的质量,用符号 SS 表示,单位是

四个要素:一定温度、100 g100\ \mathrm{g} 溶剂、达到饱和、单位为克,答题时四要素必须齐全。

例如「20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时食盐的溶解度是 36 g36\ \mathrm{g}」的含义是:20 C20\ ^\circ\mathrm{C}100 g100\ \mathrm{g} 水中最多能溶解 36 g36\ \mathrm{g} 食盐,此时溶液质量为 136 g136\ \mathrm{g}

🔑

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:

w=m溶质m溶液×100%=m溶质m溶质+m溶剂×100%w=\frac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶液}}}\times100\%=\frac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶质}}+m_{\text{溶剂}}}\times100\%

若溶液饱和,则可由溶解度算出质量分数:w=S100+S×100%w=\dfrac{S}{100+S}\times100\%

⚖️溶解度与溶质质量分数别混为一谈
  • 溶解度 SS 有单位(克),指饱和100 g100\ \mathrm{g} 溶剂中的溶质质量;质量分数 ww 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:SS 对应「100 g100\ \mathrm{g} 溶剂」,ww 对应「溶液总质量」。
  • 加水稀释时溶质质量不变m溶质=m1w1=m2w2m_{\text{溶质}}=m_1w_1=m_2w_2,这是稀释计算的唯一依据。

实验与探究

配制 50 g 溶质质量分数为 6% 的氯化钠溶液

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 m溶质=m溶液×wm_{\text{溶质}}=m_{\text{溶液}}\times wm溶质=50×6%=3 gm_{\text{溶质}}=50\times6\%=3\ \mathrm{g};依据 m溶剂=m溶液m溶质m_{\text{溶剂}}=m_{\text{溶液}}-m_{\text{溶质}},需水 503=47 g50-3=47\ \mathrm{g},即 47 mL47\ \mathrm{mL}(水的密度为 1 g/mL1\ \mathrm{g/mL})。第二步 · 称量:用托盘天平称取 3 g3\ \mathrm{g} 氯化钠(左物右码),用量筒量取 47 mL47\ \mathrm{mL} 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

稀释与浓缩的连环计算

实验室有溶质质量分数为 20%20\% 的氯化钠溶液 200 g200\ \mathrm{g}。(1)把它稀释成 10%10\% 需加水多少克?(2)若改为蒸发掉一部分水使其变成 25%25\%,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 m溶质=m溶液×wm_{\text{溶质}}=m_{\text{溶液}}\times wm溶质=200×20%=40 gm_{\text{溶质}}=200\times20\%=40\ \mathrm{g}第二步:求稀释后溶液的总质量,依据 m溶液=m溶质wm_{\text{溶液}}=\dfrac{m_{\text{溶质}}}{w}m2=4010%=400 gm_2=\dfrac{40}{10\%}=400\ \mathrm{g}第三步:求需加水的质量,依据质量守恒:m=400200=200 gm_{\text{水}}=400-200=200\ \mathrm{g}(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:m3=4025%=160 gm_3=\dfrac{40}{25\%}=160\ \mathrm{g}第五步:求蒸发掉的水:Δm=200160=40 g\Delta m=200-160=40\ \mathrm{g}:需加水 200 g200\ \mathrm{g};或蒸发水 40 g40\ \mathrm{g}注意:蒸发时只跑水,溶质一点不少,所以第四步的分子仍是 40 g40\ \mathrm{g},很多同学误用 200×25%200\times25\%,一步之差全盘皆错。

由溶解度求饱和溶液的质量分数

已知 20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时硝酸钾的溶解度为 31.6 g31.6\ \mathrm{g}。(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)20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时把 40 g40\ \mathrm{g} 硝酸钾放入 100 g100\ \mathrm{g} 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。31.6 g31.6\ \mathrm{g} 表示 20 C20\ ^\circ\mathrm{C}100 g100\ \mathrm{g} 水中最多溶 31.6 g31.6\ \mathrm{g} 硝酸钾,此时溶液质量为 100+31.6=131.6 g100+31.6=131.6\ \mathrm{g}第二步:求质量分数,依据 w=S100+S×100%w=\dfrac{S}{100+S}\times100\%w=31.6131.6×100%24.0%w=\dfrac{31.6}{131.6}\times100\%\approx24.0\%。注意分母是溶液质量而不是 100 g100\ \mathrm{g}

第三步:判断第(2)问是否有剩余。加入 40 g40\ \mathrm{g} 大于上限 31.6 g31.6\ \mathrm{g},故只溶解 31.6 g31.6\ \mathrm{g},剩余固体 4031.6=8.4 g40-31.6=8.4\ \mathrm{g} 沉在杯底。第四步:求溶液质量。溶液只包含已溶解的部分:m溶液=100+31.6=131.6 gm_{\text{溶液}}=100+31.6=131.6\ \mathrm{g}未溶解的固体不算入溶液:饱和溶液质量分数约 24.0%24.0\%;所得溶液 131.6 g131.6\ \mathrm{g}。这一步「多加的溶质不算」是中考最爱设的坑。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 说溶解度时漏掉条件:必须讲明温度、100 g100\ \mathrm{g} 溶剂、饱和状态、单位克,四要素齐全才得分。
  2. 把溶解度的分母当成溶液SS 对应 100 g100\ \mathrm{g} 溶剂ww 的分母才是溶液。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 稀释时用错公式:唯一依据是 m1w1=m2w2m_1w_1=m_2w_2(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

🌏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 0.9%0.9\%,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 500 kg500\ \mathrm{kg} 溶质质量分数为 0.2%0.2\% 的农药水溶液,手上有质量分数为 20%20\% 的农药母液。需取母液多少千克、加水多少千克?

分步解:

  1. 求成品中的溶质质量,依据 m溶质=m溶液×wm_{\text{溶质}}=m_{\text{溶液}}\times wm溶质=500×0.2%=1 kgm_{\text{溶质}}=500\times0.2\%=1\ \mathrm{kg}
  2. 抓住稀释中溶质不变,依据 m1w1=m2w2m_1w_1=m_2w_2:设需母液 xx,则 x×20%=1x\times20\%=1
  3. 解方程x=10.2=5 kgx=\dfrac{1}{0.2}=5\ \mathrm{kg}求加水量,依据质量守恒:m=5005=495 kgm_{\text{水}}=500-5=495\ \mathrm{kg}
  4. :取母液 5 千克,加水 495 千克。稀释了 100 倍,正好对应 20%÷0.2%=10020\%\div0.2\%=100,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 180 g180\ \mathrm{g} 水中加入 20 g20\ \mathrm{g} 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 50 g50\ \mathrm{g} 水,此时质量分数变成多少?

分步解:

  1. 求原溶液质量,依据 m溶液=m溶质+m溶剂m_{\text{溶液}}=m_{\text{溶质}}+m_{\text{溶剂}}m=180+20=200 gm=180+20=200\ \mathrm{g}
  2. 求原质量分数,依据 w=m溶质m溶液×100%w=\dfrac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶液}}}\times100\%w1=20200×100%=10%w_1=\dfrac{20}{200}\times100\%=10\%
  3. 求加水后的溶液质量m2=200+50=250 gm_2=200+50=250\ \mathrm{g}溶质仍是 20 g20\ \mathrm{g}(加水不改变溶质)。
  4. 求新质量分数w2=20250×100%=8%w_2=\dfrac{20}{250}\times100\%=8\%验算依据 m1w1=m2w2m_1w_1=m_2w_2200×10%=20200\times10\%=20250×8%=20250\times8\%=20,两边相等。
  5. :原为 10%10\%,加水后为 8%8\%注意20 g20\ \mathrm{g} 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

🎯考点提示
  • 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(m1w1=m2w2m_1w_1=m_2w_2)与蒸发浓缩
  • 计算题:由溶解度求饱和溶液的质量分数 w=S100+S×100%w=\dfrac{S}{100+S}\times100\%
  • 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

真题2022 · 浙江杭州中考(改编)

20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时氯化钠的溶解度为 36 g36\ \mathrm{g}。该温度下,向 50 g50\ \mathrm{g} 水中加入 20 g20\ \mathrm{g} 氯化钠并充分搅拌,所得溶液的溶质质量分数约为( )A. 40%40\% B. 28.6%28.6\% C. 26.5%26.5\% D. 36%36\%

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第一步:算出 50 g50\ \mathrm{g} 水中的溶解上限。依据溶解度的含义(100 g100\ \mathrm{g} 水溶 36 g36\ \mathrm{g}),按比例:50 g50\ \mathrm{g} 水最多溶 36×50100=18 g36\times\dfrac{50}{100}=18\ \mathrm{g}第二步:比较。加入 20 g20\ \mathrm{g} 大于 18 g18\ \mathrm{g},故只溶解 18 g18\ \mathrm{g},剩余 2 g2\ \mathrm{g} 未溶解。

第三步:求溶液质量:m=50+18=68 gm=50+18=68\ \mathrm{g}(不含剩余的 2 g2\ \mathrm{g})。第四步:求质量分数:w=1868×100%26.5%w=\dfrac{18}{68}\times100\%\approx26.5\%;也可用 w=S100+S=3613626.5%w=\dfrac{S}{100+S}=\dfrac{36}{136}\approx26.5\% 直接得到,因为溶液已饱和。答案:C。若误按 2070\dfrac{20}{70} 计算就会选 B,这正是命题人设置的干扰项。

真题2021 · 浙江中考(改编)

甲、乙两种固体的溶解度曲线均随温度升高而上升,且在 30 C30\ ^\circ\mathrm{C} 时相交。下列说法正确的是( )A. 30 C30\ ^\circ\mathrm{C} 时甲、乙饱和溶液的溶质质量分数一定相等 B. 20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 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 w=S100+S×100%w=\dfrac{S}{100+S}\times100\%SS 相等则 ww 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。

视频讲解

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