气体在液体中的溶解度
溶解度与气体温度的关系
溶解度与气体温度的关系
溶解度是指在一定温度和压力下，单位体积溶剂中最多能溶解的物质的量。
气体在液体中的溶解度与气体温度有着密切的关系。
一般来说，气体在液体中的溶解度随着温度的升高而降低。
这是因为温度升高会使液体分子的热运动加剧，分子间的相互作用力减弱，从而使气体分子逸出液体，导致溶解度降低。
这种现象在大多数气体中都存在，但不同气体的溶解度与温度的关系却有所不同。
以氧气为例，氧气在水中的溶解度随着温度的升高而降低。
在20℃时，每升水中最多只能溶解0.023升氧气；而在0℃时，每升水中最多能溶解0.035升氧气。
这说明氧气在水中的溶解度随着温度的降低而升高。
相比之下，二氧化碳在水中的溶解度则与氧气相反。
二氧化碳在水中的溶解度随着温度的升高而升高。
在20℃时，每升水中最多能溶解0.9升二氧化碳；而在0℃时，每升水中最多只能溶解0.5升二氧化碳。
这说明二氧化碳在水中的溶解度随着温度的升高而升高。
除了温度，气体在液体中的溶解度还受到压力的影响。
一般来说，气体在液体中的溶解度随着压力的升高而升高。
这是因为压力升高会使气体分子更容易进入液体中，从而增加溶解度。
但是，当压力达到一定值时，气体在液体中的溶解度就不再随着压力的升高而升
高，而是趋于饱和。
气体在液体中的溶解度与气体温度和压力有着密切的关系。
不同气体的溶解度与温度和压力的关系也有所不同。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的温度和压力，以达到最佳的溶解度。
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。
气体溶解度计算窍门
气体溶解度计算窍门在化学和物理领域中，溶解度是描述溶液中溶质的溶解程度的重要参数。
其中，气体溶解度指的是气体在液体中溶解的能力或程度。
计算气体溶解度可以帮助我们更好地理解气体溶解过程，并为实验设备的设计和工业生产提供依据。
本文将介绍一些气体溶解度计算的窍门，帮助读者更好地掌握相关知识。
一、亨利定律亨利定律是计算气体溶解度的基本原理之一。
该定律断言，在一定温度下，气体在液体中的溶解度与气体分压成正比。
换句话说，溶解度等于一个常数乘以气体分压。
数学上可以表示为：C = kP，其中C代表气体溶解度，P代表气体的分压，k代表亨利常数。
亨利常数取决于溶质和溶剂的性质，以及温度。
二、气体溶解度计算公式除了基于亨利定律的气体溶解度计算，还可以使用其他公式来估算气体溶解度，如扩散公式和理想气体定律等。
1. 扩散公式扩散公式适用于理想溶液，可以表示为：ln(C2/C1) = -D * (P2-P1) / (RT)，其中，C1和C2分别代表开始和结束时的溶解度，D代表扩散系数，P1和P2为对应的气体分压，R为理想气体常数，T为温度。
通过测量溶液中溶质的浓度差异，可计算出气体溶解度。
2. 理想气体定律理想气体定律用于非理想溶液的情况下，公式如下：PV = nRT，其中V为溶液体积，P为气体的分压，n为溶质的物质量，R为气体常数，T为温度。
根据溶质的物质量和溶液体积的关系，可以得到气体溶解度的计算结果。
三、影响气体溶解度的因素在进行气体溶解度计算时，需要考虑以下几个因素对结果的影响：1. 温度温度对气体溶解度有显著影响。
一般来说，温度升高会降低气体的溶解度，而温度降低则会增加溶解度。
这是因为在较高温度下，分子的动力学活动增强，气体分子从液体中逸出的速率增加，导致溶解度降低。
2. 压力根据亨利定律，气体的分压与其溶解度成正比。
因此，增加气体的压力会提高其在液体中的溶解度。
3. 溶剂性质不同的溶剂对气体的溶解度有不同的影响。
气体溶解度公式
气体溶解度公式气体溶解度是指气体在液体中的溶解度，通常用溶解度来表示。
气体溶解度的大小与温度、压力、溶液成分等因素有关。
为了方便计算和研究，人们提出了气体溶解度公式。
一、亨利定律亨利定律是描述气体在液体中溶解度的基本定律之一。
它的表述为：在一定温度下，气体在液体中的溶解度与气体分压成正比。
即：C=kP其中，C为气体在液体中的溶解度，P为气体的分压，k为比例常数，称为亨利常数。
二、拉乌尔定律拉乌尔定律是描述气体在液体中溶解度的另一基本定律。
它的表述为：在一定温度下，气体在液体中的溶解度与气体的摩尔分数成正比。
即：C=xP其中，C为气体在液体中的溶解度，x为气体的摩尔分数，P为气体的分压。
三、亨利-拉乌尔定律亨利-拉乌尔定律是亨利定律和拉乌尔定律的综合应用。
它的表述为：在一定温度下，气体在液体中的溶解度与气体分压和气体的摩尔分数的乘积成正比。
即：C=kxP其中，C为气体在液体中的溶解度，x为气体的摩尔分数，P为气体的分压，k为比例常数，称为亨利-拉乌尔常数。
四、温度对气体溶解度的影响温度对气体溶解度有很大的影响。
一般来说，温度升高，气体在液体中的溶解度会降低；温度降低，气体在液体中的溶解度会增加。
这是因为温度升高会使液体分子的热运动加剧，液体分子与气体分子的相互作用力减弱，导致气体分子从液体中逸出，从而降低气体在液体中的溶解度。
五、压力对气体溶解度的影响压力对气体溶解度也有很大的影响。
一般来说，压力升高，气体在液体中的溶解度会增加；压力降低，气体在液体中的溶解度会降低。
这是因为压力升高会使气体分子在液体表面聚集，增加气体分子与液体分子的相互作用力，从而增加气体在液体中的溶解度。
综上所述，气体溶解度公式是描述气体在液体中溶解度的基本定律，包括亨利定律、拉乌尔定律和亨利-拉乌尔定律。
温度和压力是影响气体溶解度的重要因素，需要在实际应用中加以考虑。
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。
气体的溶解度解读
C总
M
M M A x A M S xS
对于稀溶液， M
M S , S
H
C总 E
s
MsE
*
2) 气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律
y mx
m——相平衡常数 ，是温度和压强的函数。 温度升高、总压下降则m值变大， m值越大，表明气体的溶解度越小。
m与E的关系： 由分压定律知 ： p P y
p y* P
由亨利定律： p * E x
E y x P
即：
E m P
3）用摩尔比Y和X分别表示气液两相组成的亨利定律
a) 摩尔比定义：
液相中溶质的摩尔数 x X 液相中溶剂的摩尔数 1 x
气相中溶质的摩尔数 y Y 气相中惰入液相，发生吸收过程。
若含氨0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则
x * y / 0.94 0.02 / 0.94 0.021
x 0.05 x* 0.021
气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。 此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向 具体方法： 已知相互接触的气液相的
所谓过程的极限是指两相充分接触后，各相组成变化的 最大可能性。
增加塔高 组成为y1的混合气 塔底 x1增加 减少吸收剂用量
极限
组成为： x1 max
x1*
y1 m
塔顶y2降低 极限
组成为y1的混合气
增加塔高 增加吸收剂用量
*
组成为：y
2 min
y2 mx2
一、气体的溶解度
第六章 吸收
第二节 气液相平衡
二、亨利定律
气体的溶解度气体在溶液中的溶解特性
气体的溶解度气体在溶液中的溶解特性气体的溶解度是指气体在溶液中溶解的程度，通常用溶解度来表示。
溶解度的大小与溶质与溶剂之间的相互作用力有关。
气体在溶液中的溶解特性有以下几个方面。
一、饱和溶解度饱和溶解度是指在一定温度和压力下，溶液中气体溶解的最大量。
当溶液中气体溶解达到饱和时，溶液中溶解的气体分子数与逸出的气体分子数相等，达到动态平衡。
饱和溶解度可以用吸收率来表示，单位通常为毫升气体溶解于1升液体中。
二、Henry定律Henry定律是描述气体在液体中溶解的定律，即在一定温度下，气体的溶解度与气体的分压成正比。
这意味着，在温度不变的情况下，气体的溶解度随着气体分压的增加而增加。
Henry定律用数学公式可以表示为：溶解度=Henry系数 ×气体分压。
三、温度对溶解度的影响一般来说，溶解度随着温度的升高而降低。
这是因为在溶液升温的过程中，溶剂分子的热运动增强，分子之间的相互作用变弱，导致气体溶解度减小。
温度对气体溶解度的影响可以用Henry定律来说明，即相同的气体在不同温度下，其溶解度与温度成反比。
四、压力对溶解度的影响压力对气体溶解度的影响与温度类似，一般来说，溶解度随着压力的升高而增加。
这是由于增加压力可以提高气体分子之间的相互作用力，使气体分子更容易溶解于溶液中。
可通过Henry定律来解释，即相同的气体在不同压力下，其溶解度与压力成正比。
五、溶质与溶剂的性质溶质和溶剂之间的相互作用力也会影响气体的溶解度。
如果溶质和溶剂之间具有较强的吸引力，溶剂分子会更容易围绕溶质分子形成溶解剂的氢键、极性键等相互作用力，从而增加气体溶解度。
而如果溶质和溶剂之间的相互作用力较弱，溶解度会减小。
总结起来，气体在溶液中的溶解特性受多种因素的影响，包括饱和溶解度、Henry定律、温度、压力以及溶质与溶剂的性质。
了解和掌握这些溶解特性对于工业生产和实验研究中溶液的制备和反应过程有着重要的意义。
气体在液体中的溶解度
② 假如A/RT比1小得多，则虽然x2相当大，活度系数也没有 很大变化。
③ 假如A/RT很大，则虽然x2不大，也会引起活度系数随构成 而明显旳变化。
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 个假设并不是必须旳。第四章已经详细讨论过气相逸度旳计 算，这个假设能够清除。
当溶液旳温度高于纯组分i旳临界温度时， pis 旳计算还
会遇到困难。在这种情况下，一般把纯组分i旳饱和压力曲线 外推到高于临界温度旳溶液温度。
如右图，虚拟液体旳饱和 蒸汽压一般由饱和蒸汽压 对热力学温度倒数旳半对 数图直线外推得到。
lg pis
虚拟流体 临界点
液体
1/T
7.1 气体旳理想溶解度
由式（7-2）表达旳理想溶解度有两个严重旳缺陷：
2
2 2,1 2
KrichevskyIlinskaya方程
导出：
ln
f2 x2
ln H ( p1s ) 2,1
A RT
x12
1
V m2
p RT
p1s
7.3 压力对气体溶解度旳影响
7.3.3 状态方程计算Krichevsky-Ilinskaya方程旳参数
假如试验数据不足，可利用状态方程计算KrichevskyIlinskaya方程旳三个参数。
解度常与它旳气相分压成正比。
pi yi p kxi
（7-3）
式中，k是百分比常数；对一定旳溶质和溶剂，k仅与温 度有关，与构成xi无关。
能满足式（7-3）旳溶解度值和分压值因系统而异，一 般旳说，对许多常见系统旳粗略规律是：分压不超出5bar或 10bar，溶解度不不小于3%（摩尔分数）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
f2
H x * ( p1s )
2 2,1 2
KrichevskyIlinskaya方程
导出：
ln
f2 x2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ln H ( p1s ) 2,1
A RT
x12
1
V
m2
p RT
p1s
7.3 压力对气体溶解度的影响
7.3.3 状态方程计算Krichevsky-Ilinskaya方程的参数
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:
积分式（7-7），得出亨利定律更一般的形式：
p
ln
fi xi
( pr )
ln Hi,溶剂
pr V midp 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
m
i与压力无关。取下标1代表溶剂，下标2代表溶质，则：
ln
f2 x2
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：
成无关。
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 fiL p
T ,x
V mi RT
（7-5）
亨利常数的热力学定义：
Hi,溶剂
lim
xi 0
fiL xi
(在恒定的温度和压力下 ） （7-6）
将式（7-5）代入式（7-4），得：
ln Hi,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
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
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
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 Hi,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
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。
如果实验数据不足，可利用状态方程计算KrichevskyIlinskaya方程的三个参数。
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
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。
系数不变这一特征，构成了亨利定律的基本假设。
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）
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：
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。
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
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。
7.2 亨利定律及其热力学意义
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：
f
V i
fiL
pi yi p kxi
fi L i xi fiO
气相是理想的
fiV pi
f
L 2
kx2
H2,1
2x2
f2O
k
H2,1
2
f
O 2
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；