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。