离子溶液的性质
化学试剂,九料化工商城 / 2020-12-08
固体中存在着离子(并且在溶液中也是这样)的直接证明来自-射线结晶学的研究，而溶液中存在着离子的间接证据则来自各种实验的观察，包括电解、电导和依数性的测量.
电解
由电流引起化学变化的通用术语是电解(“解”意味若“裂开”)，电解可以是从溶液中沉积出金属，或放出气体，等等。最早作定量的实验观察的是法拉第，他所得到的结论可归纳为两条定律:
法拉第一定律:在电极上释放出来的物质的质量与通过的电量成正比.
电量可由观察通过的电流(I)和时间(τ)测出:即电量=Iτ。电流以安培A，时间以秒s，电量以库仑C表示，因为1As=1C一个规定的电量(例如若干库)相当于1个确定的电子数目，因为每个电子带有1.602×10-19C的电量❶所以能够用“电子数”代替“电量"表示这个定律，于是根据电解与溶液中荷电物质所提供的电子有关的道理很容易对这个定律进行解释.
法拉第第二定律:电解析出的物质的量是一个整数乘以通过的电子数.
这是法拉第定律的现代说法。即为了释放出1mo的物质(例如1 molin)，必须通过整数摩尔的电子(例如2mOl电子)。这便得出一种由第一定律定出表明存在的离子电荷型式的简易方法。例如我们能够得出结论，在溶液中锌离子以Zn2+存在，同样银离子以Ag+存在，如下列例子所示:
例:测量电解沉积的金属质量得出下面结果，1.47A的电流通过硫铜(Ⅱ)的水溶液525S，沉积出铜254mg而同样的电流通过硝酸银水溶液经同样的时间沉积出863mg银，问溶液中铜离子和银离子是什么样的电荷型式?
方法:定出通过的电量(电流×时间)并由已知的1mol电子的电量是法拉第常数。将通过的电量换算为电子的量。将金属沉积的质量表示为物质的量，并注意到一价离子由一个电子放电，而二价离子由两个电子放电.
解答:通过每种溶液的电量是(1.47A)×(525s)=772As=772C(因为1A3=1C).因此，通过的电子的量是
电荷 772C
n(e-)=---------=--------------------------------=8.00×10-³mol
F 9.648×10 4C.mOl-1
Cu沉积的物质的量是
254×10-³g
n(Cu)=---------------------=4.00×10-3³mol
63.55g▪mol-1
可见，每通过两个电子便沉积一个原子，故此铜离子的电荷型式是Cu2，银沉积的物质的量是
863×10-³g
n(Ag)=---------------------=8.00×10-³mol
10.9g·mol-1
所以，每通过一个电子便沉积一个银原子，故溶液中存在的银离子的电荷型式为Ag+。
评注：银库仑计可用来测量一个电路所通过的电量。这种库仑计基本上是一个电解池，银沉积的质量可测出，用这个例子所陈述的计算型式换算为通过的电子的量，不过银的电荷型式为已知，即Ag+.
依数性
依数性(见第七章)与溶液中的溶质粒子数目有关而与它们的性质无关。就氯化钠溶液而论，其渗透压，冰点下降和沸点上升值均为依据溶质以“NaC1分子”的形式溶解所作的计算位的两倍，这是很容易解释的，依据这种物质在溶液中是以Na和C的形式存在，因而溶质的粒子数实际上为其分子数的两倍.
依数性增加的数量通常以范特荷甫的因子来表示，如果m是溶质的质量摩尔浓度，则可写为
沸点上升 δT=ιKbm
冰点下降 δT=ιKfm
渗透压 nT=ιnRT
对于稀溶液，ι可以解释为在溶液中每一个化学式单位产生的离子数(例如 NaC1，ι=2，Na2SO4 ι=3).再举一例就更清楚，研究硝酸对硫酸冰点的形响，这是一种实验室中用于芳香族化合物的硝化作用的有效混合物，硫酸中含一定浓度的硝酸，当测量其冰点时观察到降低值为预期的四倍，因此，ι=4这是硝酸作用的结果，因子4可以根据硝酸发生如下反应的假设来说明
HNO3+2H2S04→H30+ +NO2+ +2HSO4-
由此可见，每加入一个硝酸分子就出现4个粒子.这个实验故用来证明NO2+离子在硝化反应中的作用。
例:为了防止结冰在路上撒食盐。若1吨水加入100kg食盐，结果水的冰点要降低多少？
方法，用(8-2-1)式査表7-1得出冰点降低常数为1.86K/(mol.kg-¹氯化钠的范特荷甫因子约为2，即每加入一个NaCl单位就有一个Na+和1个C1-进入溶液中按照M,(NaCI)=22.99+35.46=58.44(见周期表)，计算溶液的质量摩尔浓度M.
解答:溶液的摩尔浓度是
(100×10³g)/(58,44g▪mol-1）
m=-----------------------------------------=1.7imol▪kg-1
1000kg
所以冰点下降为
δT=ιKim=2×[(1.86K/(mol▪kg-1)]×1.71mol▪kg-1=6.36K
评注:故此，在温度降到低于-6℃之前溶液不会结冰，注意，溶液的质量摩尔浓度很高，因此它不是理想溶液尽管如此，冰点降低的测量值(一.4℃)几乎完全与按理想溶液作的计算值相一致。因子环是准确等于2，因为在溶液中离子离子间的相互作用是很显著的.
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