如何表示变量的量度

实验时首先要确定 2 个变量,这样才能用平面坐标上的连续线段恰当地表示其结果。若变量的“量度”选得合适,则图形简单明了,有助于对物理或化学含义的理解。对于初学者说来,以 g(质)/100g(剂)表示溶解度较易理解,因为溶剂量是相同的;把 g(质)/100g(剂)换算成 g(质)/100g(液)并不难,如

温 度

0 ℃

10 ℃

20 ℃

30 ℃

40 ℃

50 ℃

60 ℃

70 ℃

80 ℃

90 ℃

100 ℃

gKNO3/100g(剂)

gKNO3/100g(液)

13.3

11.7

20.9

17.3

31.6

24.0

45.8

31.4

63.9

39.0

85.5

46.1

110

52.4

138

58.0

169

62.8

202

66.9

246

71.1

gNaC/l100g(剂) gNaC/l100g(液)

35.7

26.3

35.8

26.4

36.0

26.5

36.3

26.6

36.6

26.8

37.0

27.0

37.3

27.2

37.8

27.4

38.4

27.8

39.0

28.1

39.8

28.5

KNO3、NaCl 溶解度以 g(质)/100g(液)表示得到的溶解度“曲线的走向”和以g(质)/100g(剂)表示的 s-T 曲线相同,是等效的。但因 100g(液)中溶剂量不定,不利于初学者理解,所以初等教材中不用这种表示法。

在一定温度下,试验不同总压(一个变量,横坐标)对 H2+I2=2HI 平衡的

影响(另一个变量,纵坐标)。若其影响以 nHI(mol)%表示,则得一条平行于横坐标的直线(已如前述);如其影响以 HI 浓度或分压表示,则是一条呈现[p

-c(HI)]为正变关系的线段[以 H2、I2 的 n(mol)%或 c(H2)、c(I2)或其分压

表示均同上,不重复]。这两种图示是等效的,然而前一种图示更容易被初学者理解和接受,即和“在一定温度下,改变压力对反应物、生成物中气态物 mol 相同的平衡移动没有影响(如上述平衡体系中 nHI(mol)%不变)。”相一致。

在一定温度下,改变压力(一个变量,为横坐标)对反应物、生成物中气态物 mol 不相同的平衡移动有影响,又该如何选择、表示纵坐标呢?现以合成 NH3 衡为例。一定温度下,合

成 NH3 反应达平衡

N2+3H2==2NH3

总压为 p 时平衡浓度

c1

c2

c3

总压由 p→2p 瞬间浓度

2c1

2c2

2c3

维持总压为 2p,再次达平衡时的浓度

2c1-x

2c2-3x

2c3+3x

显然,2c3+3x>2c3>c3,即增大总压,c(NH3)明显增大;又 2c1-x<2c1, 但 2c1-x>c1,同理 2c2>2c2-3x>c2,即增大总压再次达平衡时,c(N2)、c(H2)浓度也比加压前增大了。在 3 种物质的浓度中,只是 c(NH3)增大得更多,因此 nNH3(mol)%比加压前增大,两 nN2(mol)%及 nH2(mol)%比加压前减小。按说,以 c(NH3)、c(N2)、c(H2),或 nN2(mol)%、nH2(mol)%、nNH3(mol)

%作为纵坐标是等效的,从便于理解和更好地图示 Le Chatelier 平衡移动原理考虑,以 mol%,尤其是以 nNH3(mol)%表示(因为讨论的是合成 NH3 反应)

更好。

选定变量及变量的量度后,若对某变量取其对数,如-lgc(H+)=pH,则可使多次幂的曲线转化为一次幂的直线关系。如前述 Fe(OH)3 沉淀过程中c(Fe3+)减小与 pH 增大呈现直线的反变关系,若以 c(Fe3+)和 c(OH-)作图,则呈现三次幂、反变曲线的关系。显然两者是等效的,而前者简单明了。