1.2　溶液

1.2.1　分散系

1.2.1.1　分散系的概念

一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系叫作分散体系，简称分散系。例如糖分散在水中形成糖溶液，黏土分散在水中形成泥浆，水滴分散在空气中形成云雾，奶油、蛋白质和乳糖分散在水中形成牛奶等。分散系中被分散的物质称为分散质，又叫分散相；起分散作用的物质称为分散剂，又叫分散介质。在上述例子中，糖、黏土、水滴、奶油、蛋白质、乳糖等是分散质，水、空气则是分散剂。分散质和分散剂的聚集状态不同，或分散质粒子的大小不同，其分散系的性质也不同。我们可以按照物质的聚集状态或分散质颗粒的大小将分散系进行分类。

1.2.1.2　分散系的分类

分散系的分类方法有两种，一种是按照分散质和分散剂的聚集状态不同，将分散系分为9种，见表1-1；另一种是按照分散质颗粒的大小不同，将分散系分为3类，见表1-2。

上述两种分类方法各有其特点，本教材采用表1-2的分类方法学习溶液和胶体的有关知识。在一个体系（研究的对象）中，物理性质和化学性质完全相同并且组成均匀的部分称为相。例如一瓶气体（不论有几种气体），各部分的性质完全相同且组成均匀一致，称为气相；一种液体，各部分的性质相同并且组成均匀一致，称为液相。如果体系中只有一相，该体系叫作单相体系。含有两相或两相以上的体系则称为多相体系。

在低分子与离子分散体系中，分散质粒子直径<1nm，一般为小分子或离子，与分散剂的亲和力极强。分散系均匀、无界面，是高度分散、高度稳定的单相体系。这种分散体系即通常所说的溶液，如蔗糖溶液、食盐溶液。

在胶体分散系中，分散质粒子直径为1～100nm，它包括溶胶和高分子化合物溶液两种类型。对于溶胶，其分散质粒子是由许多分子组成的聚集体，这些聚集体分散在分散剂中就形成了溶胶，例如氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶、碘化银溶胶等。对于高分子溶液，分散质粒子是单个的高分子，与分散剂的亲和力强，在某些性质上与溶胶相似，如淀粉溶液、纤维素溶液、蛋白质溶液等。

在粗分散系中，分散质粒子直径>100nm，按分散质的聚集状态不同，又可分为乳浊液和悬浊液两种。乳浊液是液体分散质分散在液体分散剂中形成的分散体系，如牛奶、石油等；悬浊液是固体分散质分散在液体分散剂中形成的分散体系，如泥浆、石灰浆等。粗分散体系中分散质粒子大，容易聚沉，是极不稳定的多相体系。

上述三类分散系之间虽然有明显的区别，但是，分散系之间并没有明显的界线，三者之间的过渡是渐变的，因此以分散质粒子直径大小作为分散系分类的依据是相对的。

1.2.2　溶液组成的量度及配制

由两种或两种以上不同物质组成的均匀、稳定的分散体系，称为溶液。通常所说的溶液为液态溶液。若不特别指明，溶液则为水溶液。

溶液组成的量度可用一定量溶液或溶剂中所含溶质的量来表示。由于溶液、溶剂和溶质的量可用物质的量、质量、体积等方式表示，所以溶液组成的量度可用多种方式表示，如物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数和质量分数等。

1.2.2.1　物质的量及摩尔质量

（1）相对原子质量与相对分子质量

当我们计算一个水分子质量是多少时，就会发现计算起来极不方便。若是计算其他更复杂的分子质量时那就更麻烦了。因此国际上规定采用相对原子质量和相对分子质量来表示原子、分子的质量关系。

相对原子质量是指以一个12C原子质量的1/12作为标准，任何一种原子的原子质量与一个12C原子质量的1/12的比值，称为该原子的相对原子质量（又称原子量）。化学式中各个原子的相对原子质量（Ar）的总和，就是相对分子质量（又称分子量），用符号Mr表示，其量纲是“1”。

（2）物质的量及其单位

物质的量是国际单位制（SI）规定的一个基本物理量，它是用来表示体系中基本单元数目多少的一个物理量，用符号n表示，其单位为摩尔（简称摩），符号mol。

根据1971年第十四届国际计量大会的决议，摩尔的定义有两点：

①摩尔是一物系的物质的量，该物系中所包含的基本单元数与0.012kg12C的原子数目相等。由于0.012kg12C所含的碳原子数目约为6.02×1023个（称为阿伏伽德罗常数），所以1mol任何物质所包含的基本单元数目约是6.02×1023个。

②在使用摩尔时必须指明基本单元，基本单元可以是分子、原子、离子或其他粒子，或是它们的特定组合。如H2、H、NaOH、H2SO4、、、和等。基本单元的选择是任意的，它既可以是实际存在的，也可以根据需要而人为设定。

（3）摩尔质量

摩尔质量被定义为某物质的质量除以该物质的物质的量：

　　 （1-1） 　　

式中　M（B）——B物系的摩尔质量，kg·mol-1或g·mol-1；

m（B）——B物系的质量，kg或g；

n（B）——B物系的物质的量，mol。

任何基本单元摩尔质量，当单位为g·mol-1时，其数值等于相对原子质量或相对分子质量。例如H2的相对分子质量等于2.00，则M（H2）=2.00g·mol-1。

由于摩尔质量是与物质的量有关的量，所以在使用摩尔质量时必须指明基本单元。例如：M（H2SO4）=98.08g·mol-1；；31.61g·mol-1。质量不变的某物质，如KMnO4，当选择KMnO4、、5KMnO4等不同的基本单元时，由于摩尔质量不同，物质的量也不相同，且有如下关系：

写成通式：　　n（B）=an（aB）

1.2.2.2　溶液组成的量度

（1）物质的量浓度

溶质B的物质的量浓度用符号“c（B）”表示，其定义为：溶液中溶质B的物质的量除以溶液的体积，即：

　　 （1-2） 　　

式中　B——溶质的基本单元；

n（B）——溶液中溶质B的物质的量；

V——溶液的体积。

c（B）的SI单位为mol·m-3，常用单位为mol·L-1或mol·dm-3。

由于c（B）是n（B）的导出量，故选择的基本单元不同，物质的量浓度的数值也不相同。因此，在使用c（B）时也应指明基本单元。例如，1L溶液中含有9.808g硫酸，则n（H2SO4）=0.1000mol，c（H2SO4）=0.1000mol·L-1，，。

这里需要指出的是，若不特别指明，浓度指的就是物质的量浓度。

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

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的质量为：

　　 因为 　　

　　 所以 　　

例1-3　用分析天平称取1.2346g K2Cr2O7，溶解后转移至100.0mL容量瓶中定容，试计算c（K2Cr2O7）和。

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

（2）质量摩尔浓度

质量摩尔浓度的定义为：

　　 （1-3） 　　

式中　n（B）——溶质B的物质的量，mol；

m（A）——溶剂的质量，常用单位为kg；

b（B）——溶质B的质量摩尔浓度，其单位由n（B）、m（A）决定，常用单位为mol·kg-1。

由于质量摩尔浓度与体积无关，所以其数值不受温度变化的影响。对于较稀的水溶液来说，质量摩尔浓度近似地等于其物质的量浓度。由于液体溶剂不易称量，实验室常用的仍是物质的量浓度，但在稀溶液依数性的研究中仍采用质量摩尔浓度。

（3）摩尔分数

若溶液是由溶剂A和溶质B两组分组成，则溶剂A的摩尔分数x（A）、溶质B的摩尔分数x（B）的定义分别为：

　　 （1-4） 　　

　　 （1-5） 　　

显然，x（A）+x（B）=1。

对于多组分体系来说，则有∑x（i）=1，即溶液中各组分的物质的量分数之和等于1。在使用物质的量分数时必须指明基本单元。

（4）质量分数

溶液中，某组分B的质量m（B）与溶液总质量m之比，称为组分B的质量分数，用符号w（B）表示，定义式为：

　　 （1-6） 　　

质量分数习惯上用百分含量来表示。如氯化钠水溶液的质量分数为0.10时，可写成w（NaCl）=10％。

例1-4　将2.500g NaCl溶于497.50g水中，配制成NaCl溶液，所得溶液的密度为1.002g·mL-1。求氯化钠的物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数和质量分数各是多少。

解：根据题意可得：

溶液的体积

1.2.2.3　溶液的配制

（1）由固体试剂配制溶液

由固体试剂配制溶液时，往往需要先计算固体试剂的质量，然后再进行称量。

例1-5　配制0.2000mol·L-1CuSO4溶液250.0mL，问需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。

许多固体溶质常含有结晶水，计算所配溶液浓度时，有时要考虑结晶水的影响。

（2）由液体试剂配制溶液

由液体试剂配制溶液，其计算原理和溶液的稀释一样，稀释前后溶质的总量不变，即：

c浓V浓=c稀V稀　　（1-7）

式中，c浓为稀释前溶液的浓度；V浓为稀释前溶液的体积；c稀为稀释后溶液的浓度；V稀为稀释后溶液的体积。

例1-6　已知浓H2SO4的密度为1.84g·mL-1，含H2SO496.0％，试计算c（H2SO4）、分别是多少。实验室需用2.00mol·L-1 H2SO4450mL，需要浓H2SO4多少毫升加入水中稀释？

解：根据题意可知

ρ=1.84g·mL-1=1.84×103g·L-1

则

根据稀释公式

c浓V浓=c稀V稀

18.0V浓=2.00×450

V浓=50.0（mL）

即应取该浓H2SO450.0mL加入水中稀释。