两物质溶液间所发生化学反应对溶液体积的影响

在将两种溶液混合而发生化学反应时，溶液的体积通常都要发生变化。但是，溶液的体积变化幅度到底能有多大呢？由于通常很少能看到这方面的计算，故对化学反应所导致的溶液体积变化情况，人们一般很难有一个比较的具体认识。

其实这类溶液体积变化量的计算并没有什么难度。这里仅以几个很常见的化学反应进行如下的计算。以期使大家对这类，由于化学反应发生而导致溶液体积变化的情况，有一个大致的了解。

一、NH₃•H₂O与HCl的反应

由于这个反应的产物为NH₄Cl，所以需要如下的一些的数据来进行计算（都是20℃时的数据，其中黑色字体的数字是从相关化学手册或网上查到的，红色字体表示的数字则是由黑色字体数据用外推法计算得来的）。

物质	ρ/( g•ml-1)	w/(%)	c/( mol•L-1)
NH3•H2O [1]	0.992	1.43	0.834
	0.991	1.72	1.00
	0.990	1.89	1.10
HCl [1]	1.015	3.347	0.9391
	1.016	3.567	1.000
	1.020	4.388	1.227
NH4Cl [2]	1.0045	2
	1.0066	2.666
	1.0107	4

将1000 ml 1.000 mol•L^-1NH₃•H₂O与等浓度且等体积的HCl混合。

混合前两溶液的组成情况为：

NH₃•H₂O溶液的质量为0.991×1000=991（g）其中的溶质NH₃重为17（g），水为974（g）。

HCl溶液质量为1.016×1000=1016（g）其中的溶质HCl重为36.5（g），水为979.5（g）。

混合两溶液并反应时，有反应“NH₃+HCl= NH₄Cl”发生。生成了1.0 mol的NH₄Cl（53.5 g）。在这个反应中并没有新的H₂O生成。

这样混合反应后溶液的组成为：

溶液的总质量为991+1016=2007（g）。

溶剂水的质量为974+979.5=1953.5（g）。

溶质NH₄Cl的质量为53.5（g）。

由此可计算出来，这是一个2.666%的NH₄Cl溶液。

由2.666% 的NH₄Cl可计算出，该溶液的密度为1.0066( g•ml^-1)。

这样，可计算出混合后溶液的体积为2007÷1.0066=1994（ml）。

混合溶液的体积较反应前量溶液的体积2000 ml，减少了6 ml。相当于减小了千分之三的体积。

二、NaOH与HAc反应时的溶液体积变化

计算所需的数据如下。

物质	ρ/( g•ml-1)	w/(%)	c/( mol•L-1)
NaOH [1]	1.040	3.715	0.971
	1.041	3.827	1.000
	1.045	4.20	1.097
HAc [1]	1.005	4.64	0.777
	1.007	5.96	1.000
	1.010	8.14	1.37
NaAc[2]	1.0186	4.00

将1000 ml 1.000 mol•L^-1 NaOH与等浓度且等体积的HAc混合。

混合前两溶液的组成情况为：

NaOH溶液质量为1.041×1000=1041（g）。其中的溶质NaOH重为40（g），水为1001（g）。

HAc溶液质量为1.007×1000=1007（g）其中的溶质HAc重为60（g），水为947（g）。

混合并反应时有反应“NaOH+HAc= NaAc+H₂O”发生。生成了1.0 mol的NaAc（82 g），及1.0mol的H₂O（18 g）。

这样反应后溶液的组成情况为：

溶液的总质量为1041+1007=2048（g）。

其中溶质NaAc质量为82（g）。

该溶液是一个4.00%的NaAc溶液。

可查得4.00% NaAc溶液的密度为1.0186( g•ml^-1)。这样就可计算出混合溶液的体积为2010.6 ml。

混合后溶液的体积（2010.6 ml）较反应前的2000 ml，多出了10.6 ml。相当于增大了千分之五的体积。

三、NaOH与HCl反应时的溶液体积变化

为研究溶液浓度不同，而导致反应后溶液体积的变化幅度不同。应该再对不同浓度的某个反应，来进行一些研究。

为此，分别计算不同浓度的NaOH与HCl所进行反应的情况。

1. 取1000 ml 0.5000 mol•L^-1 NaOH与等浓度且等体积的HCl混合。

所需的数据为：

物质	ρ/( g•ml-1)	w/(%)	c/( mol•L-1)
NaOH [1]	1.020	1.94	0.494
	1.020	1.96	0.5000
	1.025	2.39	0.611
HCl [1]	1.005	1.360	0.3748
	1.007	1.809	0.5000
	1.010	2.364	0.6547
NaCl	1.005	1
	1.009	1.45
	1.013	2

混合前两溶液的组成情况：

NaOH溶液质量为1.020×1000=1020（g）。其中的溶质NaOH重为20（g），水为1000（g）。

HCl溶液质量为1.007×1000=1007（g）。其中的溶质HCl重为18.3（g），水为988.7（g）。

混合两溶液时，有反应“NaOH+HCl= NaCl+H₂O”发生。生成了0.5 mol的NaCl（29.3 g），及1.0mol的H₂O（9.0 g）。

这样反应后溶液的组成情况为：

溶液的总质量为1020+1007=2027（g）。

其中水的总质量为1000+988.7+9.0=1997.7（g）。

溶质NaCl的质量为29.3（g）。这是一个浓度为1.45%的NaCl溶液。

可查得1.45% NaCl溶液的密度为1.009( g•ml^-1)。这样计算出的混合溶液体积为2008.9（ml）。

混合溶液体积较反应前的2000 ml，多出了8.9 ml。相当于多出了千分之四的体积。

2. 取1000 ml 1.000 mol•L^-1 NaOH与等浓度且等体积的HCl混合（比计算“1”的溶液浓度增大了一倍）。

所需数据为：

物质	ρ/( g•ml-1)	w/(%)	c/( mol•L-1)
NaOH [1]	1.040	3.715	0.971
	1.041	3.827	1.000
	1.045	4.20	1.097
HCl [1]	1.015	3.347	0.9391
	1.016	3.567	1.000
	1.020	4.388	1.227
NaCl	1.013	2
	1.019	2.844
	1.020	3

混合前两溶液的组成情况为：

NaOH溶液质量为1.041×1000=1041（g）。其中的溶质NaOH重为40（g），水为1001（g）。

HCl溶液质量为1.016×1000=1016（g）。其中的溶质HCl重为36.5（g），水为979.5（g）。

混合并反应时有反应“NaOH+HCl= NaCl+H₂O”发生。生成了1.0 mol的NaCl（58.5 g），及1.0mol的H₂O（18 g）。

这样反应后溶液的组成情况为：

溶液的总质量为1041+1016=2057（g）。

其中水的总质量为1001+979.5+18=1998.5（g）。

溶质NaCl的质量为58.5（g）。这是一个浓度为2.844%的NaCl溶液。

可查得2.844% NaCl溶液的密度为1.019( g•ml^-1)。这样计算出的混合溶液体积为2018.6（ml）。

混合溶液体积较反应前的2000 ml，多出了18.6 ml。相当于多出了千分之九的体积（近1%）。

不难计算出，此时所得NaCl溶液的浓度也不是0.500 mol•L^-1，而是只有0.495 mol•L^-1。

3. 再取1000 ml 2.000 mol•L^-1 NaOH与等浓度及等体积的HCl混合（比计算“2”的溶液浓度又增大了一倍。

所需的数据为：

物质	ρ/( g•ml-1)	w/(%)	c/( mol•L-1)
NaOH [1]	1.080	7.38	1.992
	1.080	7.41	2.000
	1.085	7.83	2.123
HCl [1]	1.030	6.433	1.817
	1.033	7.060	2.000
	1.035	7.464	2.118
NaCl	1.034	5
	1.038	5.54
	1.041	6

混合前两溶液的组成情况为：

NaOH溶液质量为1.080×1000=1080（g）。其中的溶质NaOH重为80（g），水为1000（g）。

HCl溶液质量为1.033×1000=1033（g）。其中的溶质HCl重为73（g），水为960（g）。

混合并反应时有反应“NaOH+HCl= NaCl+H₂O”发生。生成了2.0mol的NaCl（117 g），及2.0mol的H₂O（36 g）。

这样反应后溶液的组成情况为：

溶液的总质量为1080+1033=2113（g）。

其中水的总质量为1000+960+36=1996（g）。

溶质NaCl的质量为117（g）。这是一个浓度为5.54%的NaCl溶液。

可查得5.54% NaCl溶液的密度为1.038( g•ml^-1)。这样计算出的混合溶液体积为2035.6（ml）。

混合溶液体积较反应前的2000 ml，竟然多出了35.6 ml。相当于多出了1.8%。

通过上面这仅有的几个反应及不多的几种不同起始浓度的计算，不可能归纳出溶液间反应时溶液体积的变化规律。但从这些计算结果，还是可以得到这类体积变化的一些特点：

第一，溶液反应会导致溶液体积发生变化。有的反应进行后，是使溶液体积变小（如NH₃•H₂O与HCl反应）。而有的反应会导致溶液的体积增大（如NaOH与HCl反应）。

第二，在反应物浓度相同时，不同物质间的反应所引起的体积变化幅度，也是各不相同的。即溶液体积变化的大小与反应物的性质有关。

第三，反应导致的溶液体积变化率，与反应物的浓度也有关。当某反应物的浓度很低时，其溶液的体积变化也就会很小。这时，也没有必要去考虑，反应所导致的溶液体积变化了。

而当反应物浓度较大时，则会有可观的溶液体积变化率。在有的情况下溶液体积的变化率能接近于2%。

参考文献

[1] 杭州大学化学系分析化学教研室. 分析化学手册（第二版）第一分册. 化学工业出版社. 1997年

[2] 姚允斌等编. 物理化学手册. 上海科学技术出版社. 1985年