第1章溶液与胶体
第一章溶液胶体

第一章溶液胶体提要1.基础知识⑴分压定律:p=p A+ p B+ p C+ …;p A=px A;p B=px B⑵理想气体状态方程:pV=nRT;R可以是8.314J·mol-1·K-1或8.314kPaL·mol-1·K-1⑶基本单元,在使用物质的量及其导出单位时,必须指明基本单元。
基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子或者上述粒子的组合与分割。
⑷质量摩尔浓度:每千克溶剂中所含溶质的物质的量。
符号b B,单位mol·kg-1。
⑸稀释定律:同一物质的溶液,稀释前后,物质的量相等。
即c1V1=c2V2⑹一定温度下,液体和它的蒸气处于平衡状态时,蒸气所具有的压力叫做饱和蒸气压,简称蒸气压。
2.难挥发非电解质稀溶液的依数性(通性),即:蒸气压下降(△p = p︒x B),凝固点下降(△T b=K b·b B),沸点上升(△T f =K f·b B),及溶液具有渗透压(π = c RT,对于极稀溶液,c≈b B)。
蒸气压下降必然导致凝固点下降,沸点上升。
渗透压是所有溶液都具有的性质。
只要知道稀溶液的依数性其中的一种性质,就可以把其它性质计算出来。
3.由固态分散质分散在液态的分散介质中所形成的胶体分散体系,称为胶体溶液,简称溶胶。
其分散质颗粒直径在1~100nm之间。
溶胶为多相体系,故有一些特殊的性质。
作布朗运动时,整个胶团一起运动;电泳现象是带电的胶粒向异电荷电极的定向运动;电渗是扩散层反离子向其异电极的定向运动。
丁达尔效应是溶胶粒子散射光的现象。
溶胶是由无数胶团构成的,每个胶团的结构可用胶团结构式表示。
书写胶团结构式时要注意两点:一是胶团的内部构造。
胶核是核心,胶核外边是吸附层,胶核与吸附层组成胶粒,胶粒外是扩散层;二是电荷。
整个胶团是电中性的。
胶粒所带电荷必定与扩散层反离子所带电荷相等,但符号相反。
胶粒与扩散层之间的电位差,称为ζ电位。
第一章溶液和胶体

Van’t Hoff (范特霍夫)
V nRT
cRT bRT
:渗透压;V:溶液体积; T: 热力学温度; n: 溶质物质的量; c:物质的量浓度; R:气体常数; R = 8.314 J ·mol-1 ·K-1
▪ 渗透压平衡与生命过程的密切关系
①人的营养循环; ② 植物的生长; ③给患者输液的浓度。水主分要在依小靠肠营的养吸素收吸
(374℃) 。即高于647.35K水只能以气态的形式存在, 再加多大外压气体也不能液化。所以647.35K和221Pa是 气-液平衡曲线的顶端。就是水的临界状态。临界状态是气液 共存的一种边缘状态。 8、超临界流体
处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体。 特点:密度接近于液体,溶解度高,黏度、扩散系数接近于气 体,扩散速率快,容易实现快速分离。
二、稀溶液的依数性
1、 蒸气压下降(核心) (1)液体的饱和蒸气压(简称蒸气压) 蒸发:在液体表面,超过平均动能的分子克服邻 近分子的吸引进入气相中的过程。 凝聚:在一密闭容器中,在不断蒸发的同时,部 分蒸气分子又会重新回到液体的过程。 饱和蒸气:一定温度,在密闭容器中,当蒸发与 凝聚达到平衡时液面上的蒸气。 饱和蒸气压:由饱和蒸气产生的压强。 蒸气压只与液体本质和温度有关。不决定于液体 或蒸气的体积。
Δp: 纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差。
对于稀溶液,溶剂物质的量nA 远远大于溶质物质 的量nB ,即nA nB
X B nB (/ nB nA ) nB / nA
设溶液的浓度以1000g溶剂(水)中含的溶质物质的
量nB为单位,则溶液的质量摩尔浓度b为: b = nB(mol ∙ kg-1)
相的概念
系统中物理性质和化学 性质完全相同的且与其他部 分有明确界面分隔开来的任 何均匀部分,叫做相。
第一章溶液和胶体

[学生练习]
1 .在100ml水中,溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液 的密度为1.0638g/ml,求蔗糖的物质的量浓度,质量
摩尔浓度。
• 解:(1)
V mB mA 17.1 100 110.1(m l)
1.0638
nB
mB
/
MB
17.1 342
0.05(m ol)
Δp= K bB
二、溶液的沸点升高
难挥发非电解质稀溶液的沸点升 高与溶液的质量摩尔浓度成正比, 而与溶质的本性无关。
Tb=Tb-Tb=KbmB
式中为mB质量摩尔浓度, Kb为溶 的沸点升高常数。应用上式可以测
定溶质的摩尔质量M。
几种溶剂的Tb和Kb
溶剂 名称
水 苯 四氯 丙酮 三氯 乙醚
化碳
解:(1)先计算溶液浓度 查知樟脑的Tf=452.8K, Kf=39.7 bB = (0.115 / M) /(1.36×10-3)
(2) 再计算结晶的摩尔质量 ∵△Tf = Kf·bB
(452.8-442.6)= 39.7×0.115/(M×1.36×10-3) 解之得:M = 329 g/mol
XB=nB/Ʃn XB组分B的摩尔分数,无量纲。
2.质量浓度
质量分数
溶质的质量mB与溶液的 体积V之比,称为质量浓
度,用符号ρB表示,其 表达式为
ρB=mB/V 单位可用g·L—1、mg·L—1、 g·mL—1、ug·L—1等。
溶液中某种组分B的质量占 溶液总质量的百分数,其表 达式为
ωB=WB/ƩW x100% XB组分B的质量分数,无量 纲。
c(B)
nB V
第一章 溶液和胶体

(见表1-5)
p11
说明稀溶液的△Tf ∝bB (即∝一定 量溶剂中所含溶质的微粒数),与溶质
种类和本性无关。
∴ △Tf 是一种依数性
【思考题1-2 】 若在273K时,将小块 冰投入糖水溶液,冰将发生什么变化?
答案 冰将溶化
【例1-2】 1%( g/ml)蔗糖(C12H22O11)溶液 的密度为1(g/ml)(蔗糖Mr=342), 计算该溶 液的沸点和凝固点。 解:先算溶液的质量摩尔浓度
③蒸气压的大小与容积大小及液体多少无关。
▲冰的蒸气压: 与冰(固相)平衡的水蒸气压力称
冰的饱和蒸气压,但较小。
升华 H2O(固) H2O(气)
凝华
(二)溶液的蒸气压下降
纯溶剂气—液平衡 溶剂分子
(二)溶液的蒸气压下降
纯溶剂气—液平衡 溶剂分子
溶液气—液平衡 难挥发溶质微粒
(二)溶液的蒸气压下降
A 溶剂 B 溶质
∴p =p0(1-xB) = p0-p0xB
p0 - p = p0xB
(1-10)
p9
△p = p 0xB
~拉乌尔定律 表达式之一
(1-11)
表示在一定温度下,难挥发非电解质
稀溶液的△p∝xB
拉乌尔定律(Law of Rault)
△p = p 0xB (表达式之一)
(1-11)
稀溶液中 xB =
nB=
mB
MB
当以g·mol-1为单位时,
原子:MB=Ar (Ar为相对原子质量) 分子:MB=Mr (Mr为相对分子质量)
n(1/nM)=n n(M)
(二)物质的量浓度
●符号: cB
●定义式:
cB =
nB V
大学化学1溶液和胶体

14
溶液的通性 — 溶液的沸点上升的原因
3.溶液的沸点上升(boiling point)
液体的沸点 ( boiling point ) 当P 液 = P 外,液体沸腾时的温度。
正常沸点:当P外=P标时的液体的沸点。
溶液的沸点升高
是溶液蒸气压下降的直接结果
2024/9/30
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溶液的通性 — 溶液的沸点上升的数值
p溶液= p*-⊿p = 2.338kPa - 0.021kPa = 2.317kPa
溶液的通性 — 凝固点下降
2.液体的凝固点降低(freezing point)
凝固点:某物质的液相蒸汽压与固相蒸汽压相等时 的温度。用Tf表示 或在一定外压下,物质固、液两相平衡共存时的温 度。
如 :H2O(l) 273K,101.3kPa H2O(s)
该温度下的饱和蒸汽压,简称蒸汽压。
加入一种难挥发的非电解质
束缚一部分高能水分子
P↓
占据了一部分水的表面
2024/9/30
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溶液的通性 — Raoult定律
在一定温度下,难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压
(P)等于纯溶剂的蒸气压(PA*)乘以溶液中溶剂的 摩尔分数(xA )。
p
p* A
xA
xA
nA nA nB
1.蒸气压下降 2.凝固点降低 3.沸点升高 4.渗透压力
p
p* A
xB
ΔTf=kf • bB
ΔTb =kb• bB
= CBRT
的数值与溶液中质点 的个数成正比
2024/9/30
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第 4 章 酸碱解离平衡和沉淀溶解平衡
4.1 电解质溶液 4.2 酸碱理论 4.3 弱电解质的解离平衡 4.4 缓冲溶液 4.5 沉淀溶解平衡
溶液与胶体溶液

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学习目标
ª 1.掌握溶液组成量度的常见表示方法及溶液的配 制方法;掌握渗透现象产生的原因、条件及影响 渗透压大小的因素;掌握溶胶的性质;
ª 2.熟悉渗透浓度的概念、胶团结构及胶粒带电情 况。
ª 3.了解渗透压在医学上的意义、高分子溶液对溶 胶的保护作用等。
化学工业出版社
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ª 在一定温度下,稀溶液的渗透压与单位 体积溶液中所含溶质的粒子数(分子数或离 子数)成正比,而与溶质的本性无关。 ª 因此,对于任意溶质的非电解质溶液, 在一定温度下,只要cB相同,渗透压就相同。 ª如0.3 mol·L-1葡萄糖溶液与0.3 mol·L-1蔗糖 溶液的渗透压相同。
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ª二、渗透压与浓度、温度的关系
ª
1886年范特荷甫(van’t Hoff)
根据实验数据,总结出稀溶液的渗透压
与溶液的浓度和温度关系为:
ªπ = cBRT
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ª式中 Π -溶液的渗透压 kPa ª c-溶液浓度 mol/L ª T-绝对温度 K(273.15+t0C) ª R-气体常数 8.31kPa·L·mol-1·K-1
第一节分散系统
ª 人们通常把具体的研究对象称为体系。 一种或几种物质分散在另一种(或几种)物 质中所形成的体系称为分散系,其中被分散 的物质称为分散相(或分散质),而容纳分 散相的连续介质则称为分散介质(或分散 剂)。 ª 例如,蔗糖水就是一种分散系,其中蔗糖 分子是分散相,水是分散介质。
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ª 例1-2 100 mL生理盐水中含有0.90 g NaCl, 计算生理盐水的质量浓度。
ª 解:已知,V = 100 mL = 0.10 L
第一章 溶液和胶体

水的凝固点:0º C
加入溶质
Δtf = Kf · bB B
A C
海水0º C时是否冻结? 溶液凝固点Tf下降
611
Tf 0
t/º C
42
溶液凝固点降低的应用
1、溶质相对分子量的计算
mB t f K f bB K f M B mA
mB MB K f mAt f
2、致冷剂
43
溶液组成的表示方式
3
化学研究的目的
科技发展的基本考虑 人类生存 化学的作用
20世纪初、化学提供肥料(合成
氨)合成纤维和其它高分子材料, 石油化工产品。 人类生存质量 化学创造了许多饲料和肥料添 加剂,食品添加剂,生产更多、 更可口食物;创造了许多功能 材料;创造了许多药物和诊断 方法,战胜和消灭了某些疾病。
20世纪末资源问题?环境问题?
36
稀溶液的通性
溶液的性质
稀溶液的依数性
条件:稀溶液、 难挥发的非电解质溶质 与溶质的本性无关, 只与溶液的浓度 (粒子 数目)有关
溶液的渗透压
溶液的蒸气压
溶液的沸点 溶液的凝固点
37
1. 溶液的蒸气压
1)纯水的蒸气压
蒸发:水分子从液态 气态 凝聚:水分子从气态 液态
水的饱和蒸气压
平衡时:蒸气压不变 蒸发速度=凝聚速度 温度高蒸气压大
• 分析化学的定义
分析化学(Analytical Chemistry)是人们 获得物质化学组成和结构信息的科学
• 分析化学的任务
1. 定性分析 —— 鉴定物质的化学组成(或成 分),如元素,离子,原子团,化合物等,即"解决物 质是什么的问题". 2. 定量分析 —— 测定物质中有关组分的含 量,即"解决物质是多少的问题". 3. 结构分析 —— 确定物质的化学结构,如分 子结构,晶体结构等.
溶液和胶体

4.56 ÷ 60.0 -1 b ) 解:(B)= = 0.76mol ⋅ kg 100 ÷1000
∆Tb = 0.512×0.76 = 0.39K
∴ Tb = T + ∆Tb
* b
= 373+ 0.39 = 373.39K
(2) 测定难挥发非电解质的摩尔质量
0.40g葡萄糖溶于20.0g水中 葡萄糖溶于20.0g水中, 例5. 将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的沸 点为100.056 ℃,计算葡萄糖的摩尔质量 计算葡萄糖的摩尔质量。 点为100.056 ℃,计算葡萄糖的摩尔质量。
三、溶液浓度的相互换算
物 质的 量浓 度与 质量 数 分 的换 算公 式: M(B) ×V(L) M B) ( 的硫酸溶液的密度为1.38g·ml-1, 计算 例2. 48%的硫酸溶液的密度为 的硫酸溶液的密度为 此溶液的
(1) 物质的量浓度; ) (2) 质量摩尔浓度; ) (3) 摩尔分数; )
显然也是溶液的蒸气压下降引起的。 显然也是溶液的蒸气压下降引起的。
ω1 ⋅ m = ω2 ⋅ m2 1
特点:直观明了,数值不随温度而变, ③ 特点:直观明了,数值不随温度而变,但无法描 述物质的量。 述物质的量。
5)质量百万分比浓度 ppm
定义: ① 定义:用溶质的质量占溶液的质量的百万分比表 示浓度称为质量百万分比浓度, 表示。 示浓度称为质量百万分比浓度,用ppm 表示。 公式: ② 公式:
nA xA = nA + nB
nB xB = nA + nB
③ 量纲: 1
质量分数ω 4)质量分数ω
定义: ① 定义:用溶质的质量除以溶液的质量表示浓度称 为质量分数, 表示。 为质量分数,用ω表示。 公式: ② 公式:
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△T b = K bb B △Tb=Tb-Tbo Kb:与溶剂性质有关 对于指定溶剂的溶液△Tb只与bB有关
3、溶液的凝固点降低 (1)凝固点:纯液体与固相达平衡时的温度,此时 固相溶剂的蒸汽压与液相溶剂的蒸汽压相等。(见 图中O点) 溶液的凝固点:固相纯溶剂的蒸汽压与溶液中溶剂 的蒸汽压相等时的温度 C点。
(2)凝固点下降的原因:由于稀溶液的蒸汽压比纯 溶剂的蒸汽压(O点时)低,为使固相纯溶剂的蒸 汽压与溶液的蒸汽压相等(C点),必然降低温度。
(3)Tf-bB关系
溶液凝固点降低也与溶质的含量有关: △Tf = KfbB △Tf = Tfo - Tf Kf:与溶剂性质有关 对于指定溶剂的溶液△Tf只与bB有关
胶体:分散粒径在 1-100nm 的分散系。 高分子与溶胶的区别:单相与多相;很稳定与稳定。
一、溶液的组成标度
1、物质的量浓度 物质的量浓度:一升溶液中所含溶质的物质的量
nB C ( B) V
(单位:mol.L-1)
应用物质的量浓度时,必须注明物质的基本单元,例如:
2、质量摩尔浓度
物质B的质量摩尔浓度:1000g溶剂中所含溶质的物质 的量。
四、胶团的结构
五、溶胶的稳定性和聚沉
1、溶胶的稳定性 (1)溶胶的不稳定性:重力作用;表面能高(聚沉)。 (2)溶胶的稳定性:布朗运动(动力学性质);胶粒带电;溶 剂化作用。
2、溶胶的聚沉和保护
聚沉:胶粒因碰撞而聚结沉降。 聚沉原因:溶胶浓度,加热时间,外加电解质。 电解质对溶胶的聚沉:离子电荷越高半径越小聚沉能力越强。
因为: 所以:
[练习] 1 、对下列几种水溶液,按其凝固点由低到高的顺序
是
(1) 0.1 mol.kg-1C6H12O6 (3) 0.1 mol.kg-1NaCl (5) 0.1 mol.kg-1 CaCl2 (2)1 mol.kg-1 C6H12O6 (4) 1 mol.kg-1NaCl (6) 1 mol.kg-1 HAC
三、胶体的制备与性质
1、溶胶的制备(原则10-9—10-7m或1-100nm) 溶胶的制备方法有两种: (1)分散法:将粗分散系中的粒子通过破碎与研磨,使粒子大 小达到胶体分散系的范围,这种方法称为分散法。
(通常采用超声波粉碎、高速胶体研磨、高压电弧放电等方法将大颗粒分散 成为胶体颗粒。)
(2)聚集法:使小分子、原子或离子通过聚集,使其粒子大 小符合胶体分散系的要求,这种方法称为聚集法。
xA=1
xA=0.9
(3)P-X关系----Roult定律(法,物理学家,1887)
一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压等于 纯溶剂的饱和蒸汽压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积。 P = P* XA P :溶液的蒸汽压 P*:溶剂的饱和蒸汽压
对于二组分体系: XA + XB = 1 XA = 1-XB P = P* XA = P* (1-XB) = P* - P* XB △P= P* - P = P* XB △P= P* XB 一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降 值与溶质的摩尔分数成正比。
第一章 溶液与胶体
本章目的要求:
1、了解均相分散体系、多项分散体系的概
念;
2、掌握各种溶液组成量度的意义; 3、掌握稀溶液的通性和有关计算及应用; 4、了解胶体溶液的基本性质; 5、了解比表面、表面能概念及溶胶是热力 学不稳定体系; 6、了解溶胶稳定性与聚沉;
本章主要内容: 1、溶液组成量度。2、稀溶液的依数性。3、表面现象与胶体。
2、比表面积:(用来衡量分散度的大小)
S s V
s:分散质的比表面积。 S:分散质的总表面积。 V:分散质的体积。
单位体积的分散质表面积越大,分散度越高。即颗粒越小 比表面积越大。
二、表面吸附
表面能:表面分子比它处于内部时多出的能量
胶体由于比表面积大,表面能高,又自动减少表面能的能力聚 集和吸附是两种降低表面能的途径。
第一节 溶 液
几个基本概念:
分散系:由一种或多种物质分散在其他一种物质中所构成的系 统。(泥浆、海水) 分散质:分割成粒子的不连续状态(类似于溶质)。 分散剂:连续状态(类似于溶剂)。
物质的三种状态都可以分散到其本身或另外两种状态
均相分散:分散质和分散剂为同一相。
如:食盐水溶液
多相分散:分散质和分散剂不是同一相。 如:灰尘:固+气 (补充介绍相的概念) 相:体系内部物理化学性质完全均匀的部分。 (若是混合物质,它们应当是以分子程度的混合。) 气体(1)、液体(1、2、3……)、固体(1、2、3……) 、固熔体(1) 如:1、白糖和沙子机械研磨后混合均匀。 2、油和水混合。 3、氧气和氮气混合。 4、镍锰合金。 5、食盐水溶液。
C B bB
二、 稀溶液的依数性
什么叫稀溶液的依数性?依数性有哪些?
1、溶液的蒸汽压降低
(1) 蒸汽压:一定温度下,当液体蒸发速度等于 凝结速度时,液面上的压力。 (实际上溶液的蒸汽压是指溶液中溶剂的蒸汽 压) (2)蒸汽压下降原因:加入难挥发溶质后,溶液 的表面被部分溶质分子占据使溶剂分子在液相 的物质量分数降低所引起的。
为使溶液 的蒸汽压 与外压相 等,必须 为使溶液的蒸气 提高温度 压与固相的相同 必须降低温度 所降低的温度 就是凝固点下降
溶液的蒸 汽压总是 低于溶剂
所提高的温度就 是沸点上升
4、溶液的渗透压
(1)渗透:水分子透过半透膜进入溶液的现象。
渗透压:渗透作用可看作是溶液一侧对纯水一侧水分子 表现的负压而把水分子吸引过来了,这个负压 称为溶液的渗透压(负压常用正值来标度)。
对于稀溶液,溶剂的物质的量远大于溶质的物 质的量 nB nB ≈ 即 nA+nB≈nA nA+nB nA nB ● ● P*= △P≈ P*= P* ● MA ● b(B) mA MA 对于任何一种溶剂,当温度一定时,式中的 P* ● MA 一项为常数,令其为KP,故:
nB nA △P=KP
●
b(B)
(1)物质的量浓度与质量分数
CB nB mB mB m B / m wB V M BV M B m / MB MB
(2)物质的量浓度与质量摩尔浓度
CB nB n n B B V m/ m
当溶液是稀的水溶液时:
nB n B bB CB mA m
KP:与溶剂性质有关
对于指定溶剂的溶液△P只与 b(B)有关
2、溶液的沸点升高
(1)沸点:液体的蒸汽压等于外界压力(大气 压)时的温度。(见图中0点) (2)沸点升高的降原因:由于稀溶液的蒸汽压 比纯溶剂的蒸汽压( 0 点时)低,为使溶液 在此压力下沸腾,必然升高溶液的温度。
(3)Tb-bB关系
第三节
1、表面活性剂
表面活性剂和乳浊液简介
一、表面活性剂
2、表面活性剂结构及性质
(用聚集法制备溶胶时,往往通过突然改变溶剂或者利用化学反应等手段。 例如,硫溶胶的制备就可以通过在硫一乙醇溶液中加水的方法使得硫由于在 水中的溶解度减小而发生聚集成为溶胶。化学反应法则是通过一个化学反应 生成难溶物,在难溶性化合物从溶液中析出过程中,使之聚集成溶胶粒子, 从而形成一个多相的溶胶系统。比如,氢氧化铁溶胶和硫化砷溶胶就可用此 方法制备得到。)
2、溶胶的性质 (1)溶胶的光学性质---丁达尔效应
粒径 > 入射光波长-----发生光的反射。 粒径 < 入射光波长-----发生光的散射(丁达尔效应)。
(2)溶胶的动力学性质---布朗运动
原因:介质撞击胶粒;溶胶粒子本身的热运动。
(3)溶胶的电学性质:电泳;电渗。
(4)胶粒带电的原因:吸附、电离
2、溶液与溶剂相比,溶液的蒸汽压: A、较低 ; B、较高; C、与纯溶剂的蒸汽压相等; D、要根据实际情况判断。
第二节 胶体溶液
一、胶体溶液
1、胶体溶液(溶胶):是由颗粒大小在10-9—10-7m(1-100nm) 的分散质组成的系统。(多相体系)
高分子溶液:它是由一些高分子化合物所组成。(均相体系)
(2)公式:
PV nRT V nB RT
nB V
RT
C B RT
一定温度下,渗透压与浓度正比。 必须指出:①稀溶液的一套公式适用与难挥发非电解质(但 凝固点降低也适用于挥发非电解质),不适 用 强电解质但可作定性比较。 ②渗透压是唯一的一个与溶质和溶剂的性质均 无 关的依数性
nB b( B ) mA
不受温度影响
(单位:mol.kg-1)
3、物质的量分数
nB xB n
单位为1
nB n A nB xA nA n A nB
对于二组分体系: x B
对于多组分体系:
x A xB 1
x
B
B
1
4、质量分数
mB wB m
单位为1
5、几种溶液组成标度之间的关系