溶解度曲線

國中化學根據資料手冊表格得出的溶解度（每100 g水中的克數，0至100 °C）；超出的部分會以晶體形式留下

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關於此實驗

把糖攪進茶裡，糖會消失；但如果繼續添加，最後會有一些糖留在杯底：這時溶液已達到飽和。物質的溶解量取決於溫度，而溶解度曲線能準確顯示這種關係。將鹽加入燒杯中的水裡，再加熱和冷卻，並在圖表上用一個點追蹤混合物的狀態。當這個點位於曲線上方時，就會有晶體剩餘；冷卻熱的飽和溶液會使晶體析出。

學習目標

定義溶解度和飽和溶液
從溶解度曲線讀取溶解度數值
利用溶解度曲線判斷混合物是否飽和
計算飽和溶液冷卻後形成的晶體質量
說明如何透過冷卻結晶，分離溶解度曲線不同的物質

使用方法

1在 20 °C 時，向硝酸鉀溶液中慢慢加鹽，直到晶體能留在底部。將質量與溶解度讀數進行比較。
2在 20 °C 時，將 100 g 硝酸鉀加入 100 g 水中。加熱至 80 °C 後，晶體會怎樣？
3現在將溶液冷卻至 10 °C。晶體從幾 °C 開始出現？會形成多少克晶體？
4用氯化鈉重複實驗。為什麼冷卻不是從海水中取得鹽晶體的好方法？
5將水量加倍至 200 g。能溶解的質量會如何變化？溶解度會改變嗎？
6選擇硫酸鋰並加熱其飽和溶液。它的溶解度曲線有什麼特別之處？

模型

solubility = \frac{mass of solute that dissolves}{100 g water}

特定溫度下的溶解度

m_{m a x} = \frac{S ( T )}{100} \times m_{water}

一定質量的水中能溶解的溶質最大量

m_{crystals} = \frac{m _{water}}{100} (S (T_{1}) - S (T_{2}))

飽和溶液從 T₁ 冷卻至 T₂ 時形成的晶體

假設

數值取自每隔 10 °C 的標準資料表，並以一條平滑且始終不超出表中數值的曲線連接。
溶液總是立即達到平衡。實際溶液可能會在晶體出現之前，過飽和一段時間。
加熱溶液時沒有水蒸發。硫酸銅按無水 CuSO₄ 計算，儘管它結晶時會形成藍色的水合物。

在課堂上試試這個實驗

Q1硝酸鉀在 50 °C 時的溶解度是多少？
Q2在 40 °C 時，將 50 g 氯化鉀加入 100 g 水中並攪拌。該溶液是飽和溶液嗎？有多少氯化鉀沒有溶解？
Q3將以 100 g 水配製的硝酸鉀飽和溶液從 60 °C 冷卻至 20 °C。會析出多少克晶體？
Q4將含有少量氯化鈉的硝酸鉀混合物溶於熱水中，再冷卻。哪種物質會先結晶析出？為什麼？
Q5水溫升高時，氣體在水中的溶解度會降低。為什麼這會危害發電廠附近河流中的魚類？

常見問題

為什麼大多數固體在熱水中溶解得更好？

對於大多數鹽，溶解會從周圍環境中吸收能量。升高溫度會提供這種能量，因此在溶液達到飽和之前，可以溶解更多固體。

曲線下方的一個點意味著什麼？

該溶液未飽和：它所含的溶質少於該溫度下所能容納的量，因此仍有更多溶質可以溶解。曲線上方的一個點意味著有一部分固體會保持未溶解狀態。

氯化鈉曲線為什麼如此平坦？

因為它的溶解度幾乎不隨溫度變化：20 °C時約為36 g，100 °C時約為40 g。要從海水中取得鹽，必須蒸發水，而不是冷卻海水。