例1.20℃时,某物质的不饱和溶液溶质质量分数为10%,若再加入5g该物质或蒸发掉32.26g水都可成为饱和溶液。求该物质在20℃的溶解度(物质不含结晶水)。
解析:由溶解度定义知:只有饱和溶液才能求溶解度。要求20℃的溶解度,需找20℃时饱和溶液的溶质、溶剂质量。而题目中没有20℃时饱和溶液各成分质量,只有不饱和溶液变成饱和溶液的数据,现在必须从已知条件中找到20℃饱和溶液的组成。由原溶液蒸发32.26g水变饱和,可知原溶液多出32.26g水而不能饱和。由原溶液再加入5g溶质饱和,可知原溶液缺5g溶质而不能饱和。那么若把所缺的5g溶质加在多出的32.26g水中就恰好配成20℃的饱和溶液。
饱和溶液找到了,根据溶解度定义20℃时该物质的溶解度=(溶质质量/溶剂质量)×100g=(5g/32.26g)×100g≈15.5g。可见t℃时某物质的同一不饱和溶液通过增加溶质或蒸发溶剂变成饱和溶液时,所蒸发的溶剂和增加的溶质恰好配成t℃时的饱和溶液。根据该饱和溶液的组成就可以计算该温度下某物质的溶解度。
二、原不饱和溶液连续多次蒸发变成饱和溶液,求溶解度
例2.50℃时A物质的溶液100g,在温度不变的条件下,蒸发10g水有4gA的晶体析出;再蒸发10g水又有5gA的晶体析出,求50℃时A物质的溶解度(晶体不含结晶水)。
解析:关键是找50℃饱和溶液的组成。已知中仅有两次蒸发的水分与析出的晶体质量,并没有该温度下饱和溶液各成分质量。故只能借助两次蒸发情况来找饱和溶液的量。我们知道,一定温度下,从不饱和溶液中蒸发的水分和析出的晶体,不能配成该温度的饱和溶液;而从饱和溶液中蒸发的水分与析出的晶体恰好能配成该温度的饱和溶液,且在一定温度下,饱和溶液中的溶质、溶剂和溶液质量之间存在着一定的比例关系。那么题中的两次蒸发,到底从哪次能找出饱和溶液呢?由两次蒸发的水与析出的晶体质量不成正比,可知原溶液是50℃A的不饱和溶液,则第一次蒸发的10g水与析出的4g晶体源于不饱和溶液,因此由10g水与4g晶体混合是不能配成50℃A的饱和溶液。第二次蒸发是在第一次蒸发析出晶体后剩下的饱和溶液中进行的,故第二次蒸发的10g水与析出的5g晶体混合,恰好配成50℃时A的饱和溶液。则50℃时A的溶解度为:溶解度=(溶质质量/溶剂质量)×100g=(5g/10g)×100g=50g。由以上分析知,t℃时溶液在温度不变的情况下进行连续多次蒸发,析出晶体后的各次蒸发,所蒸发的水分与析出晶体均能配成该温度下的饱和溶液。
三、两等份不饱和溶液分别蒸发变成饱和溶液,求溶解度
例3.t℃时,将一定量KNO3溶液分成两等份,其中一份加热蒸发掉10g水,冷却到t℃时,有3g晶体析出;另一份蒸发掉60g水后也冷却到t℃,有23g晶体析出,求t℃时KNO3的溶解度。
解析:应找t℃的饱和溶液。题目中没有t℃饱和溶液的已知量,仅有两次蒸发数据。需从两次蒸发中寻找饱和溶液。题目给的t℃时一定量KNO3溶液是否是饱和溶液呢?由两次蒸发的数据10g与3g,60g与23g不成正比,可知原一定量KNO3溶液是t℃KNO3的不饱和溶液。故两次蒸发的水分与析出的晶体均不能配成t℃KNO3的饱和溶液,不能用于求溶解度。看似无思路,但联想到溶液连续多次蒸发能找到饱和溶液,不妨将题中的两等份分别蒸发转化为一份的连续蒸发。即设想60g水的蒸发分两次完成:先蒸发10g水,由题知应析出3g晶体;再还需继续蒸发60g-10g=50g水,则析出晶体应为23g-3g=20g。50g水与20g晶体恰好配成t℃时KNO3的饱和溶液。t℃时KNO3的溶解度=(23g-3g/60g-10g)×100g=40g。可见,此类题两次蒸发水的质量差与两次析出晶体的质量差能配成该温度的饱和溶液。
四、质量不等的两份原不饱和溶液分别蒸发变成饱和溶液,求溶解度
例4.某盐溶液50g,蒸发10g水冷却到t℃时,得晶体1.2g,另取10g原溶液,蒸发3g水冷却到t℃时,有0.48g晶体析出,求t℃时此盐的溶解度(晶体不含结晶水)。
解析:已知中没有t℃饱和溶液的量,同样得从溶液的变化中找出t℃的饱和溶液。两次蒸发数据10g与1.2g,3g与0.48g不成正比,可知原溶液为t℃时的不饱和溶液。因此两组蒸发数据在t℃均无饱和关系,不能用于求溶解度。需找一组在t℃时有饱和关系的数据。粗看起来,好像无法找到这种关系,但仔细对比分析例4与例3题型,可知两者极其相似,差别仅仅在于两次蒸发时,原溶液质量前者不相等、后者相等,因此可比拟联想把例4转化为例3题型来找饱和溶液。可设想50g盐溶液的蒸发分5等份进行:即t℃时10g盐溶液蒸发10/5g水,冷却到t℃,析出晶体应为1.2/5g。再结合原题中10g盐溶液的蒸发,就转化为例3题型。则有t℃时3g-(10/5)g水与0.48g-(1.2/5)g晶体有饱和关系,找到了饱和溶液的组成。t℃时此盐的溶解度=[0.48g-(1.2/5)g/3g-(10/5)g)×100g=24g。当然此题也可将10g原溶液的蒸发转化为50g盐溶液蒸发,来找饱和溶液。即t℃时取50g原溶液,蒸发3g×5=15g水,冷却到t℃,析出晶体应为0.48g×5=2.4g。再结合原题50g盐溶液的蒸发,同样转化为例3题型,而找到饱和关系,结果是一样的。综上分析,此类题须先把质量不等的原溶液蒸发,根据题中情况,分解、转换或重组为质量相等的原溶液蒸发,进而变为例3题型,最终找到所需饱和溶液。
总之,由不饱和溶液变成饱和溶液求溶解度,关键是找该温度下的饱和溶液的组成。解题时,务必根据题内信息,仔细分析,找准题型,同时熟练掌握题型及找饱和溶液的方法,就能迅速准确的解答这类问题,从而取得事半功倍之效。