溶液和溶解度

你每天都会接触到溶液：你喝的水、你用的清洁剂、你电池里的电解质，都是溶液。溶液是化学中非常重要的概念，理解溶液和溶解度，你就能理解为什么传感器能检测溶液中的物质，为什么电池需要电解质，为什么有些物质容易溶解、有些不容易溶解。

什么是溶液？

溶液（Solution）是由两种或多种物质组成的均匀混合物，其中一种物质（溶质）溶解在另一种物质（溶剂）中。

溶液的组成

• 溶质（Solute）：被溶解的物质，通常量较少
• 溶剂（Solvent）：溶解溶质的物质，通常量较多
• 溶液：溶质和溶剂的均匀混合物

通俗理解：溶液就像"糖水"，糖（溶质）溶解在水（溶剂）中，形成糖水（溶液）。

溶液的特点

• 均匀性：溶液是均匀的，各部分的组成相同
• 稳定性：在条件不变时，溶液是稳定的，不会分层
• 透明性：大多数溶液是透明的（但不一定是无色的）
• 可分离性：可以通过蒸发、蒸馏等方法分离溶质和溶剂

例子：

• 糖水：糖（溶质）+ 水（溶剂）= 糖水（溶液）
• 盐水：盐（$\ce{NaCl}$，溶质）+ 水（溶剂）= 盐水（溶液）
• 酒精溶液：酒精（溶质）+ 水（溶剂）= 酒精溶液（溶液）

溶解过程

溶解的微观过程

溶解是溶质分子或离子分散到溶剂中的过程：

1. 溶质粒子分离：溶质分子或离子从固体或液体中分离出来
2. 溶剂分子包围：溶剂分子包围溶质粒子
3. 均匀分散：溶质粒子均匀分散在溶剂中

通俗理解：溶解就像"撒盐"，把盐粒（溶质）撒到水里，盐粒逐渐分散，最后均匀分布在整个水中。

影响溶解的因素

1. 温度

大多数固体：温度升高，溶解度增大

• 例子：糖在热水中比在冷水中溶解得多

气体：温度升高，溶解度减小

• 例子：汽水在高温下更容易"跑气"

2. 压力

固体和液体：压力对溶解度影响很小

气体：压力增大，溶解度增大

• 例子：汽水在高压下溶解更多二氧化碳

3. 溶质和溶剂的性质

相似相溶原理：极性物质易溶于极性溶剂，非极性物质易溶于非极性溶剂

• 例子：盐（极性）易溶于水（极性），油（非极性）不溶于水（极性）

溶解度

溶解度（Solubility）是在一定温度下，某物质在 100 克溶剂中达到饱和状态时所能溶解的最大质量。

饱和溶液和不饱和溶液

• 饱和溶液：在一定温度下，不能再溶解更多溶质的溶液
• 不饱和溶液：还能继续溶解更多溶质的溶液
• 过饱和溶液：在特殊条件下，溶解的溶质超过正常溶解度的溶液（不稳定）

通俗理解：

• 不饱和溶液：就像还能装东西的"容器"
• 饱和溶液：就像装满的"容器"，不能再装了
• 过饱和溶液：就像"超载"的容器，不稳定，容易"溢出"

溶解度的表示

溶解度可以用多种方式表示：

1. 质量溶解度：100 克溶剂中能溶解的溶质质量（克）

   • 例子：20°C 时，$\ce{NaCl}$ 的溶解度是 36 克/100 克水

2. 摩尔溶解度：1 升溶液中能溶解的溶质的物质的量（摩尔）

   • 例子：25°C 时，$\ce{AgCl}$ 的摩尔溶解度约为 $1.3 \times 10^{-5}$ mol/L

3. 体积溶解度：1 升溶剂中能溶解的溶质体积（升）

   • 主要用于气体

常见物质的溶解度

物质	化学式	20°C 时的溶解度（g/100g 水）
氯化钠	$\ce{NaCl}$	36
氯化钾	$\ce{KCl}$	34
硝酸钾	$\ce{KNO3}$	32
硫酸铜	$\ce{CuSO4}$	20
碳酸钙	$\ce{CaCO3}$	0.0013（难溶）
氯化银	$\ce{AgCl}$	0.0002（难溶）

溶液的浓度

浓度（Concentration）表示溶液中溶质的含量。浓度有多种表示方法。

1. 质量分数（Mass Fraction）

质量分数（$w$）是溶质质量与溶液质量的比值。

$$w = \frac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶液}}} \times 100\%$$

例子：10 克糖溶解在 90 克水中，求质量分数。

$$w = \frac{10}{10 + 90} \times 100\% = 10\%$$

2. 物质的量浓度（Molarity）

物质的量浓度（$c$ 或 $M$）是溶质的物质的量与溶液体积的比值。

$$c = \frac{n}{V}$$

其中：

• $c$：物质的量浓度（单位：mol/L 或 M）
• $n$：溶质的物质的量（单位：mol）
• $V$：溶液的体积（单位：L）

例子：将 0.1 摩尔 $\ce{NaCl}$ 溶解在 0.5 升水中，求物质的量浓度。

$$c = \frac{0.1}{0.5} = 0.2 \text{ mol/L}$$

3. 质量摩尔浓度（Molality）

质量摩尔浓度（$b$ 或 $m$）是溶质的物质的量与溶剂质量的比值。

$$b = \frac{n}{m_{\text{溶剂}}}$$

其中：

• $b$：质量摩尔浓度（单位：mol/kg）
• $n$：溶质的物质的量（单位：mol）
• $m_{\text{溶剂}}$：溶剂的质量（单位：kg）

例子：将 0.1 摩尔 $\ce{NaCl}$ 溶解在 0.5 千克水中，求质量摩尔浓度。

$$b = \frac{0.1}{0.5} = 0.2 \text{ mol/kg}$$

4. 体积分数（Volume Fraction）

体积分数（$\phi$）是溶质体积与溶液体积的比值。

$$\phi = \frac{V_{\text{溶质}}}{V_{\text{溶液}}} \times 100\%$$

例子：将 10 毫升酒精与 90 毫升水混合，求体积分数。

$$\phi = \frac{10}{10 + 90} \times 100\% = 10\%$$

电解质和非电解质

电解质（Electrolyte）

电解质是在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。

特点：

• 在水溶液中或熔融状态下能够电离，产生自由移动的离子
• 能够传导电流

例子：

• 强电解质：$\ce{NaCl}$、$\ce{HCl}$、$\ce{NaOH}$（完全电离）
• 弱电解质：$\ce{CH3COOH}$（醋酸，部分电离）

非电解质（Non-electrolyte）

非电解质是在水溶液中或熔融状态下不能导电的化合物。

特点：

• 不能电离，不能产生自由移动的离子
• 不能传导电流

例子：

• 糖（$\ce{C12H22O11}$）：不电离，不导电
• 酒精（$\ce{C2H5OH}$）：不电离，不导电
• 尿素（$\ce{CO(NH2)2}$）：不电离，不导电

电离

电离是电解质在水溶液中或熔融状态下分解成离子的过程。

例子：

• 氯化钠：$\ce{NaCl -> Na+ + Cl-}$
• 盐酸：$\ce{HCl -> H+ + Cl-}$
• 醋酸：$\ce{CH3COOH <=> CH3COO- + H+}$（可逆，部分电离）

小结

溶液和溶解度是化学的重要概念：

• 溶液：由溶质和溶剂组成的均匀混合物
• 溶解度：在一定温度下，物质在溶剂中的最大溶解量
• 浓度：表示溶液中溶质含量的方法（质量分数、物质的量浓度等）
• 电解质：能够导电的化合物（产生离子）
• 非电解质：不能导电的化合物（不产生离子）

理解溶液和溶解度不仅有助于学习化学，还能帮助你在实际项目中设计电池、开发传感器、监测环境、制备材料。溶液就像化学的"舞台"，许多重要的化学反应都在这个"舞台"上进行！

---

💡 思考题：为什么盐（$\ce{NaCl}$）能导电，而糖不能导电？答案在于盐是电解质，能够电离产生离子，而糖是非电解质，不能电离！