第七章 气体在液体中的溶解度
空气在水中的溶解度与压力的关系
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气体的溶解度与Henry定律
气体的溶解度与Henry定律气体的溶解度是指单位体积溶液中所溶解的气体的量。
了解和研究气体的溶解度对于许多领域都非常重要，例如环境科学、化学工程、药物研发等。
而Henry定律是描述气体在液体中溶解的规律的一个重要定律。
一、Henry定律的基本原理Henry定律是由英国化学家William Henry于1803年提出的。
该定律表明，在一定温度下，气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。
换句话说，当气体与液体接触时，气体会以一定比例溶解进入液体中，溶解度与气体的分压线性相关。
二、Henry定律的数学表达式Henry定律的数学表达式可以写为：C = kP其中，C表示气体在液体中的溶解度（单位为摩尔/升），P表示气体的分压（单位为帕斯卡），k为Henry常数，是描述溶解度与分压之间关系的比例常数。
三、Henry定律的适用条件Henry定律在一定条件下适用，包括：1. 气体与溶剂之间没有化学反应发生；2. 溶液温度在一定范围内保持不变；3. 气体溶解度较低，即溶解度较小。
四、Henry定律的应用领域Henry定律在许多领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的例子：1. 空气污染控制：了解污染物在水中的溶解度以及气体从水中脱附的速率，有助于评估和改善空气质量。
2. 化学工程：在化学反应中，根据Henry定律可以预测气体在液相中的溶解度，进而优化反应条件和提高反应效率。
3. 药物研发：药物吸收过程中，理解药物在体内的溶解度与分配情况，有助于药物的合理设计和优化。
4. 饮料工业：了解气体（如二氧化碳）在饮料中的溶解度，可以控制饮料的口感和气泡效果。
五、Henry定律的局限性虽然Henry定律在许多情况下是适用的，但也存在一些局限性：1. 当气体溶解度较高时，Henry定律近似成立，但不是完全准确的；2. 高压下、高浓度下或溶质分子之间存在相互作用等特殊情况下，Henry定律不再适用。
总结：Henry定律是描述气体在液体中溶解的定律，它在许多领域有着广泛的应用。
温度升高时气体的溶解度
温度升高时气体的溶解度
气体在液体中的溶解度会受到温度的影响。
通常来说,随着温度的升高,气体在液体中的溶解度会降低。
这是因为温度升高会增加气体分子的运动能量,使它们更容易从液体中逸出。
以二氧化碳在水中的溶解度为例,在0℃时,每升水可溶解约1.713克二氧化碳;而在20℃时,每升水只能溶解约0.878克二氧化碳。
可见,温度每升高20℃,二氧化碳在水中的溶解度就会减少近一半。
类似地,在碳酸饮料中,二氧化碳的溶解度也会随着温度升高而降低。
这就是为什么温暖的碳酸饮料会比冰镇的饮料"气味"更大的原因。
除了温度之外,气体的溶解度还会受到压力的影响。
一般来说,增大压力会提高气体在液体中的溶解度,而减小压力则会降低溶解度。
了解温度和压力对气体溶解度的影响,对于许多化学、生物和环境过程都有重要意义。
例如,它影响着海洋中溶解气体的分布,以及生物体内气体的运输和交换。
九年级化学第七章：溶液;溶解度人教版知识精讲
九年级化学第七章：溶液；溶解度人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第七章（一）溶液1. 溶液溶质和溶剂的概念并能分辨溶质和溶剂。
2. 溶液的概念和基本特征。
3. 溶液在生活和生产中的应用。
（二）饱和溶液和不饱和溶液1. 饱和溶液和不饱和溶液的概念，并能区分浓溶液和稀溶液2. 饱和溶液和不饱和溶液在一定条件下的相互转化（三）溶解度1. 影响物质溶解性的因素2. 溶解度的概念和有关概念的计算二. 重点、难点：1. 溶液、饱和溶液、不饱和溶液的概念。
2. 溶解度的概念和有关概念的计算【教学过程】一. 溶液1. 概念：溶液是一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一的、稳定的混合物，叫溶液。
均一是均匀的意思，稳定意味静置后不会产生沉淀和分层的现象。
2. 在溶液里，能溶解其它物质的物质叫溶剂；被溶解的物质叫溶质。
例如，CuSO4溶液中，水是溶剂，CuSO4是溶质。
溶质可以是固体，也可以是液体或气体。
固体、气体溶于液体时，固体、气体是溶质，液体是溶剂。
两种液体相互溶解时，通常把量多的一种叫做溶剂，量少的一种叫做溶质。
当溶液中有水存在时，无论水的量有多少，习惯上把水看作溶剂。
通常不指明溶剂的溶液，一般是水溶液。
3. 注意事项⑴溶液一般是透明的，但透明不一定无色。
例如硫酸铜溶液是蓝色的。
溶液是由溶质和溶剂组成的。
溶液的质量等于溶质质量和溶剂质量之和。
但溶液体积不等于溶质体积和溶剂体积之和，这是受到分子间的间隔影响。
⑵物质在溶解的过程中发生了化学变化，在形成的溶液中，溶质是反应后的生成物。
例如，将锌与适量稀硫酸反应，锌逐渐溶解，但形成的溶液中溶质是硫酸锌，而不是锌。
也就是说，形成的溶液是硫酸锌的水溶液，而不是锌的硫酸溶液，。
又如，碳酸钙溶于稀盐酸，所得溶液中的溶质是氯化钙。
还有将蓝矾（胆矾）溶于水时，形成的溶液中溶质是硫酸铜，而不是胆矾。
二. 饱和溶液和不饱和溶液1. 概念：饱和溶液和不饱和溶液在一定温度下，在一定量溶剂里，不能再溶解某种溶质的溶液，叫做这种溶质的饱和溶液；还能继续溶解某种溶质的溶液，叫做这种溶质的不饱和溶液。
化学气体与溶液溶解
化学气体与溶液溶解化学气体和溶液溶解是化学领域中的重要概念。
气体和溶液的溶解行为在我们的日常生活中无处不在，它们对于许多化学和物理过程起着关键作用。
本文将探讨化学气体和溶液溶解的原理、影响因素以及一些实际应用。
首先，让我们来了解一下化学气体的溶解。
气体溶解是指气体分子在液体或固体中形成溶液的过程。
溶解的过程可以通过Henry定律来描述，即溶解度与气体分压成正比。
这意味着增加气体分压会增加溶解度，而减小气体分压会降低溶解度。
这是因为增加气体分压会增加气体分子与溶剂分子之间的碰撞频率，从而促进溶解。
而减小气体分压则会减少碰撞频率，导致溶解度降低。
然而，并非所有气体都能在液体中溶解。
根据溶解度的大小，气体可以分为可溶性气体和不可溶性气体。
可溶性气体指的是在一定条件下能够溶解在液体中的气体，如二氧化碳和氧气。
而不可溶性气体则指的是不能在液体中溶解的气体，如氮气和氢气。
溶解度的大小与气体分子的极性和分子量有关。
通常，极性分子更容易溶解，而非极性分子则不易溶解。
接下来，我们来探讨溶液溶解的过程。
溶液是由溶质和溶剂组成的混合物，其中溶质是被溶解的物质，而溶剂是溶解溶质的物质。
溶解的过程可以通过溶解度来描述，即单位体积溶剂中溶质的质量。
溶解度受到溶质和溶剂之间相互作用力的影响。
当溶质和溶剂之间的相互作用力较强时，溶解度较高；反之，当相互作用力较弱时，溶解度较低。
溶解度还受到温度的影响。
一般来说，随着温度的升高，溶解度会增加。
这是因为温度升高会增加溶质和溶剂之间的分子动力学能量，促使溶质分子离开晶体结构进入溶液中。
然而，对于一些溶质来说，随着温度的升高，溶解度会减小。
这是因为在某些情况下，溶解过程是伴随着吸热或放热的，当溶质溶解过程为放热反应时，随着温度的升高，溶解度会减小。
除了温度，压力也可以影响溶解度。
对于固体溶解于液体的情况，增加压力会增加溶解度。
这是因为增加压力会增加溶质分子与溶剂分子之间的碰撞频率，从而促进溶解。
化学实验：气体的溶解度与溶解动力学
气体溶解度与压力、温度的关系
气体溶解度与压力 的关系：随着压力 的增加，气体溶解 度也增加。
气体溶解度与温度 的关系：随着温度 的升高，气体溶解 度降低。
压力对气体溶解度 的影响：压力越大 ，气体溶解度越高 。
温度对气体溶解度 的影响：温度越高 ，气体溶解度越低 。
溶解动力学
第二章
溶解动力学的定义
实验结果分析
实验数据记录：准确记录实验过程中的各项数据，包括气体溶解度、溶 解速率等。
数据处理：对实验数据进行整理、计算和分析，得出有意义的结果。
结果分析：根据实验结果，分析气体溶解度与溶解动力学之间的关系， 探究影响气体溶解度的因素。
结论总结：总结实验结果，得出结论，并与理论进行比较，验证理论的 正确性。
实验注意事项
第五章
安全注意事项
实验前必须穿戴好防护眼镜、 实验服等个人防护用品
实验室内严禁吸烟、饮食和带 入火种
实验中要保持室内通风良好， 防止中毒和爆炸事故发生
实验后要及时清理实验现场， 确保安全卫生
实验误差分析
气体纯度误差：气体不纯会 影响溶解度，导致实验结果 偏离真实值
温度误差：温度波动会影响 溶解度，导致实验结果不准 确
溶解动力学是研究物质在溶剂中的溶解速率和溶解过程的学科。 溶解动力学主要关注溶解过程中的速率控制步骤和机理。 溶解动力学对于理解物质溶解过程的本质和规律，以及优化溶解过程具有重要意义。 溶解动力学可以通过实验测定和理论计算等方法进行研究。
溶解速率的影响因素
温度：温度越高，溶解速率越快 压力：压力越大，溶解速率越快 搅拌：搅拌可以增加溶质与溶剂的接触面积，从而提高溶解速率 溶质与溶剂的相互作用：溶质与溶剂的相互作用也会影响溶解速率
气体溶解度的计算溶液中气体浓度与气体压力的关系
气体溶解度的计算溶液中气体浓度与气体压力的关系气体溶解度是指气体在溶液中的溶解程度，通常用溶质在溶剂中的质量分数或体积分数来表示。
溶液中气体浓度与气体压力之间存在着密切的关系，下面将详细介绍这一关系以及相应的计算方法。
1. Henry定律Henry定律是描述溶液中气体浓度与气体压力关系的定律。
该定律由英国化学家亨利于1803年提出，被称为亨利定律或亨利-达尔顿定律。
根据Henry定律，当温度恒定时，气体在液体中的溶解度与其压力成正比。
即溶液中气体的浓度（质量分数或体积分数）与气体的分压（压力）之间存在线性关系。
2. Henry定律的数学表示Henry定律可以用以下数学公式表示：C = kP其中C表示气体在溶液中的浓度，P表示气体的分压（压力），k为Henry常数，是与溶质和溶剂有关的常数。
3. Henry常数的影响因素Henry常数取决于多种因素，包括溶质和溶剂的性质，温度等。
不同气体在相同溶剂中的Henry常数不同，反映了气体溶解度的差异。
4. 气体溶解度的计算根据Henry定律，可以通过已知气体分压和Henry常数来计算气体在溶液中的浓度。
具体计算步骤如下：1) 确定溶质和溶剂，记录溶质的分压（压力）P和Henry常数k的值。
2) 将溶质分压P代入Henry定律的公式C = kP中，计算出溶质在溶液中的浓度C。
5. 实例分析以二氧化碳在水中的溶解为例，二氧化碳气体的分压为0.2 atm，Henry常数为3.3 mol/L·atm。
根据Henry定律，可计算出二氧化碳在水中的浓度：C = (3.3 mol/L·atm) × (0.2 atm) = 0.66 mol/L6. 气体浓度与压力关系的应用气体溶解度的计算和气体浓度与压力关系的研究在许多领域具有重要的应用价值。
例如，在环境科学中，研究大气中气体的溶解度有助于了解大气污染的形成机制。
在工业生产中，溶解气体的浓度与压力关系的研究可以指导气体的储存、运输以及溶液的制备等工艺。
各种溶液中的气体溶解度研究
各种溶液中的气体溶解度研究气体溶解度是气体分子在溶液中的溶解量，可以分为各种不同的溶液。
本文将介绍在不同溶液中的气体溶解度。
一、水中的气体溶解度水是一种非常常见的溶液，对于许多气体来说都有一定的溶解度。
当气体与水分子接触时，气体分子会被水分子包围，从而形成气体分子与水分子的混合物。
气体在水中的溶解度受到温度和压力的影响。
温度越低，溶解度就越高，压力越大，溶解度也就越高。
在水中最常见的气体是氧气和二氧化碳。
氧气在水中的溶解度随温度和压力的升高而降低，而二氧化碳则是随着温度和压力的升高而增加。
二、酒精中的气体溶解度酒精溶液在实际生活中也有着广泛的应用，它是一种用水和酒精混合制成的液体。
由于酒精和水之间有一定的相互溶解能力，因此在酒精溶液中也有一定的气体溶解度。
常见的在酒精中溶解的气体有氨气、二氧化碳、沼气等。
酒精的气体溶解度比水要小，而且随着酒精浓度的增加，气体溶解度也会随之降低。
因此，在酒精溶液中，气体溶解度的大小不仅取决于溶液的温度和压力，还与溶液的浓度有关。
三、油中的气体溶解度油是一种不溶于水的液体，因此油中的气体溶解度与水或酒精有所不同。
油中的气体溶解度不仅受到温度和压力的影响，还受到溶液分子之间的相互作用力的影响。
在油中溶解的气体有甲烷、乙烷、二氧化碳等。
油中气体的溶解度通常比水中气体的溶解度要小，而且随着温度和压力的升高，气体的溶解度也会随之降低。
四、盐水中的气体溶解度盐水是一种溶解了盐分的水溶液，它与普通水的溶解度有所不同，更容易溶解部分气体分子。
在盐水中溶解的气体有氯气、氧气、二氧化碳等。
盐水中气体的溶解度与溶液的盐度、温度和压力有关。
通常情况下，随着溶液盐度的增大，气体的溶解度会升高，而随着温度和压力的升高，气体的溶解度也会随之降低。
总结：在不同的溶液中，气体的溶解度受到多个因素的影响，如温度、压力、溶液浓度等。
不同的溶液对气体的溶解程度也不尽相同。
通过对各种溶液中气体溶解度的研究，我们可以更好地了解溶解现象的特点和规律，为科技创新提供有价值的参考。
气态污染物控制技术基础
四、化学吸收 为了增大对气态污染物的吸收率和吸收速
度，多采用化学吸收。 化学吸收是伴有显著化学反应的吸收过程，
被溶解的气体与吸收剂或原先溶于吸收剂中 的其他物质进行化学反应，也可以是两种同 时溶解进去的气体发生化学反应。
化学吸收机理远比物理吸收复杂，而且因 反应系统的情况不同而各有差异。
一、吸附剂 1、吸附剂的性质
硅胶和活性炭的内表面分别高达500和 1000m2/g
适合工业要求的吸附剂，必须具备以下条件：
（1）要具有巨大的内表面，
（2）对不同气体具有选择性的吸附作用。
一般地说，吸附剂对各种吸附组分的吸附能力，随吸附组 分沸点的升高而加大，在与吸附剂相接触的气体混合物中，首 先被吸附的是高沸点的组分。在多数情况下，被吸附组分的沸 点与不被吸附组分（即惰性组分）的沸点相差很大，因而惰性 组分的存在，基本上不影响吸附的进行。
U—喷淋密度，即单位时间内喷淋在单位 塔截面积上的液相体积。【重要概念】
3、界面浓度
气液界面上气相浓度和液相浓度难以用 取样分析法测定，常用作图法和解析法求算。
（1）作图法：稳定传质过程，气液界面两侧 气相传质速率和液相传质速率相等。（见 P19，图7-12）
（2）解析法：稀溶液服从亨利定律，可用解 析法求算。
气体吸收
吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收
第七章 气态污染物控制技术基础
第一节 吸收法净化气态污染物 第二节 吸附法净化气态污染物 第三节 催化法净化气态污染物
第一节 吸收法净化气态污染物
一、吸收机理
气体吸收是溶质从气相传 递到液相的相际间传质过程， 对于吸收机理以双膜理论模型 的应用最广。
化工原理 气液相平衡
一、气体在液体中的溶解度
气液两相处于平衡状态时，溶质在液相中的含量。
pA
O2
CO2
SO2
由图可见，曲线愈平坦，
该组分的溶解度愈大；曲线
愈陡峭，溶解度愈小。
NH 3
cA
几种气体在水中的溶解度曲线图
当总压不太高(p<0.5MPa)时，
总压的变化不改变pA—CA之间的 关系。对于稀溶液，pA—CA符合 线性关系。
y2
x2
x2
y2 y2min
y1
x11 x1max
当吸收剂用量 L↓→x1↑→x1max=x1*=y1/m
x1
y1
L↑→y2↓→y2min=y2*=mx2
Hale Waihona Puke 3.计算过程的推动力y
•
y
x
x*
吸收 y y* x x*
推动力：y y y x x* x
y
y
•
x
x
解吸 y y* x x*
y y* y
推动力：
x x x
二、亨 利 (Henry)定 律
亨利定律：对稀溶液，溶解度曲线为一直线。
pA ExA
E——亨利系数
p
A
cA
/H
H——溶解度系数
或
y
A
mxA
m——相平衡常数
各参数之间的关系
p
A
cA
/
H＝ cM H
cA cM
cM H
xA
p
A
/
P总
E
P总
xA
E CM s
H MsH m E
P总
c
A
Hp A
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下标1代表溶剂； 下标2代表溶质。
7.2 亨利定律及其热力学意义
只要溶质的摩尔分数足够小，溶质的活度系数就几乎与 x2无关。
ln ?2 通常可表示为（1-x2）的幂级数：
RT ln ?2 ? A(1 ? x2 )2 ? B(1? x2 )3 ? ? （7-4）
? f ? H x * ( p1s )
2
2 2,1 2
KrichevskyIlinskaya 方程
导出：
? ? ? ? ln
f2 x2
?
ln H ( p1s ) 2,1
第七章 气体在液体中的溶解度
7.1 气体的理想溶解度 7.2 亨利定律及其热力学意义 7.3 压力对气体溶解度的影响 7.4 温度对气体溶解度的影响 7.5 气体溶解度的估算
7.1 气体的理想溶解度
气体在液体中的溶解度由平衡方程确定。如果气相与液 相达到平衡，则任何组分i在各相的逸度必须相等：
fi气 ? fi液
（7-1）
要把上式转换成更实用的形式，最简单的方法是按拉乌 尔定律的形式进行重写。忽略所有的气相非理想性，忽略压 力对凝聚相的影响，忽略任何由溶质—溶剂相互作用引起的 非理想性,则平衡方程可大简化:
pi ? xi pis
（7-2）
由式（7-2）给出的溶解度xi，称为气体的理想溶解度。
7.1 气体的理想溶解度
7.3 压力对气体溶解度的影响
7.3.1 Krichevsky-Kasarnovsky 方程
压力效应在压力不大时可以忽略，但在高压下就不可忽
略。由热力学方程可以导出：
???? ?
ln fi L ?p
????T , x
?
V mi RT
（7-5）
亨利常数的热力学定义：
H i ,溶剂?Biblioteka limxi ? 0
将由亨利定律求得的液相逸度与由通用方法求得的液相 逸度进行比较：
fiV ? fi L pi ? yi p ? kxi
fi L ? ? i xi fi O
气相是理想的
fiV ? pi
f2L ? kx2 ? H 2,1 ? ?2 x2 f2O k ? H 2,1 ? ?2 f2O
又k与一x2无定关温，度故和活压度力系下数，标准态也?逸必2 度须与f2xO2是无常关数。，正与是x活2无度关；
?
ln H ( p1s ) 2,1
?
?
V m2
p?
RT
p1s
（7-9）
Krichevsky-Kasarnovsky 方程。
7.3 压力对气体溶解度的影响
7.3.1 Krichevsky-Kasarnovsky 方程
为说明Krichevsky-Kasarnovsky 方程的应用和限制，来 研究Wiebe 和Gaddy 的N2在液氨中的高压溶解度数据。
积分式（7-7），得出亨利定律更一般的形式：
? ln
fi xi
?
( pr )
ln Hi,溶剂
?
p?
p r Vmidp RT
（7-8）
pr—参考压力，通常取 pr ? p1s
如果溶液温度远远低于溶剂的临界温度，则可合理的假
设 V ?mi与压力无关。取下标1代表溶剂，下标2代表溶质，则：
? ? ln
f2 x2
一是它与溶剂的性质无关，式（7-2）表明：在恒温和恒定 的分压下，气体在所有溶剂中具有相同的溶解度，实际并非 如此。
二是由式（7-2）预示：在恒定的分压下，气体的溶解度总 是随温度的升高而下降，这一预示通常是正确的但并非总是 正确的。
7.2 亨利定律及其热力学意义
亨利定律： 在分压不大的情况下，气体在液相中的溶
7.2 亨利定律及其热力学意义
式（7-3）中，亨利定律假设气相逸度等于分压，但这 个假设并不是必须的。第四章已经详细讨论过气相逸度的计 算，这个假设可以去除。
因此更确切的说，溶质i的亨利定律应为：
fi ? ? i yi p ? H i,溶剂 xi
H i ,—溶剂亨利常数，依赖于溶质 i和溶剂的性质和温度，和组 成无关。
fi L xi
(在恒定的温度和压力下 ） （7-6）
将式（7-5）代入式（7-4），得：
?? ? ln H i,溶剂 ?? ?p
?? ??T
?
?
V mi RT
?
V mi
—溶质i在无限稀释
溶液中的偏摩尔体
积
（7-7）
7.3 压力对气体溶解度的影响
7.3.1 Krichevsky-Kasarnovsky 方程
RT ln ?2 ? A(1 ? x2 )2
A/RT的绝对值决定了亨利定律的适用范围。
① 如果A/RT=0, 则溶液是理想溶液，亨利定律在0~1全部浓 度范围内都适用。
② 如果A/RT比1小得多，则即使x2相当大，活度系数也没有 很大变化。
③ 如果A/RT很大，则即使x2不大，也会引起活度系数随组成 而显著的变化。
现象： 亨利定律对某些系统即使在相当大的溶解度时仍有效， 而对于有些系统则在较小的溶解度时就不适用。
解释：忽略式（7-4）中的高次项，只保留第一项时，系数A 是溶液非理想性的量度。如果A是正的，表明溶质和溶剂相 斥。如果A是负的，则A的绝对值可看作是溶质和溶剂形成 配位化合物倾向的量度。
7.2 亨利定律及其热力学意义
当溶液的温度高于纯组分i的临界温度时， pis 的计算还
会遇到困难。在这种情况下，通常把纯组分i的饱和压力曲线 外推到高于临界温度的溶液温度。
如右图，虚拟液体的饱和 蒸汽压通常由饱和蒸汽压 对热力学温度倒数的半对 数图直线外推得到。
lg pis
虚拟流体 临界点
液体
1/T
7.1 气体的理想溶解度
由式（ 7-2 ）表示的理想溶解度有两个严重的缺陷：
解度常与它的气相分压成正比。
pi ? yi p ? kxi
（7-3）
式中，k是比例常数；对一定的溶质和溶剂，k仅与温度 有关，与组成xi无关。
能满足式（7-3）的溶解度值和分压值因系统而异，一 般的说，对许多常见系统的粗略规律是：分压不超过5bar 或
10bar ，溶解度不大于3%（摩尔分数）。
7.2 亨利定律及其热力学意义
7.3 压力对气体溶解度的影响
7.3.2 Krichevsky-Ilinskaya 方程
假设溶剂的活度系数由两参数Margules 方程给出：
ln ?1 ?
A RT
x22
按非对称约定归一化的溶质活度系数，可用Gibbs-
Duhem 方程求得：
ln
?
* 2
?
A RT
( x12
?
1)
在压力 p下1s 组分2的逸度为：