如何测定氨在水中的溶解度？

一、吸收过程的相组成表示法

在吸收操作中气体的总量和液体的总量都随操作的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量始终保持不变。因此，在吸收计算中，相组成以比质量分数或比摩尔分数表示较为方便。

比质量分数（也称质量比）与比摩尔分数（也称摩尔比）的表示如下：

（1）比质量分数。混合物中某两个组分的质量之比称为比质量分数（也称质量比），用符号表示。即

（2）比摩尔分数。混合物中某两个组分的摩尔数之比称为比摩尔分数（也称摩尔比），用符号（或）表示。即

如果混合物是双组分气体混合物时，上式表示为

二、气体的溶解度曲线

气体吸收的平衡关系，是指气体在液体中的溶解度。

（1）溶解度。在一定温度与压力下，溶质气体最大限度溶解于溶剂中的量，即溶解度。如图5-5所示，NH3 溶于水的速率等于NH3 逸出水的速率，此时达到动平衡。动平衡时，溶液上方氨的分压与水中溶解的氨的量，称为在该温度、压力下的氨在水中的溶解度。

（2）溶解度曲线，即平衡曲线。

图5-5 气体溶解示意图

若固定温度、压力不变，测得某动平衡下，溶液上方氨的分压为p1，此时溶于水的氨的浓度为x1；再改变浓度为x2，测得上方氨分压为p2；……依此类推，改变氨的浓度为xn，测得溶液上方氨的分压为pn，如图5-6所示。将这n 个点，标绘在图上，即得到在一定温度、压力下的溶解度曲线。

图5-6 实测p-x 曲线示意图

三、亨利定律

通过实验的方法，可以得到平衡曲线，平衡曲线能否用一个简单的解析式表达呢？

对于非理想溶液，在低浓度下，平衡关系服从亨利定律。

由图5-7可以看出，OD 是平衡曲线，但在x=0～0.10的这一段，可以写成亨利定律的表达式。

图5-7 亨利定律示意图

式中 E——亨利系数，Pa；

X——溶质在溶液中所占的摩尔分数；

p*——溶液上方溶质气体的分压，Pa。

亨利系数E，即图5-7中OF 直线的斜率。当E 值较大时，平衡线斜率也较大，表示在较大分压下，溶液中溶质的浓度并不大。这说明E 值越大，表示溶解度越小。E 值与溶解度成负的相关。

亨利定律还可写成

式中 H——溶解度系数，kmol·m-3·Pa-1；

c——单位体积溶液中溶质气体的物质的量，kmol·m-3。

溶解度系数H 越大，表明同样分压p*下，溶质在溶液中的物质的量c越大。H 越大，表明气体溶解度越大。H 越小，表明气体溶解度越小。所以称H 为溶解度系数。

亨利定律最常用的是下列形式：

式中 y*——气相中溶质的摩尔分数；

x——液相中溶质的摩尔分数；

m——相平衡常数（亦称亨利常数），量纲为1。

在吸收的设计计算中，用得最多的相平衡关系是式（5-3），用得最多的亨利系数是相平衡常数m。由于历史的原因，现行的平衡数据，多给出H 或E。列出式（5-1）、式（5-2），最终是为了将H 或E 换算为m。

四、亨利系数之间的关系

（1）E 与m 的换算。用式（5-1）除以式（5-3）得(www.xing528.com)

则

由道尔顿分压定律

p*=Py*

代入式（5-4）

则

式中 P——当地大气压，Pa。

（2）E 与H 的换算。联立式（5-1）和式（5-2）得

则

因

Mm=Ms（1-x）+Mx≈Ms（低浓度时，x→0）

而

ρL=ρs

代入式（5-6）得

则

式中 Mm，Ms——分别为溶液和溶剂的摩尔质量，kg·kmol-1；

ρL，ρs——分别为溶液和溶剂的密度，kg·m-3。