题目
4.1 由溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液浓度为c1,质量摩尔浓度为bB,-|||-密度为ρ。以MA、MB分别代表溶剂和溶质的摩尔质量,若溶液的组成用摩尔分数xB表示时,-|||-试导出xB与cB,xB与bB之间的关系。

题目解答
答案

解析
本题考查溶液不同浓度表示方法之间的转换关系,核心在于将摩尔分数($x_B$)与物质的量浓度($c_B$)、质量摩尔浓度($b_n$)建立联系。解题的关键点在于:
- 明确各浓度的定义:物质的量浓度是溶质物质的量与溶液体积的比值,质量摩尔浓度是溶质物质的量与溶剂质量的比值,摩尔分数是溶质物质的量占总物质的量的分数。
- 通过溶质和溶剂的物质的量关系,结合溶液的总质量或体积,推导出各浓度之间的数学关系。
导出$c_B$与$x_B$的关系
- 定义物质的量浓度:
$c_B = \dfrac{n_B}{V}$,其中$V$为溶液体积。 - 溶液体积与质量的关系:
溶液体积$V = \dfrac{m_{\text{总}}}{\rho}$,其中$m_{\text{总}} = n_A M_A + n_B M_B$为溶液总质量。 - 用$x_B$表示$n_A$和$n_B$:
$x_B = \dfrac{n_B}{n_A + n_B} \implies n_B = x_B (n_A + n_B)$,$n_A = (1 - x_B)(n_A + n_B)$。 - 代入并化简:
$c_B = \dfrac{n_B \rho}{n_A M_A + n_B M_B} = \dfrac{\rho x_B}{M_A + x_B (M_B - M_A)}$。
导出$b_n$与$x_B$的关系
- 定义质量摩尔浓度:
$b_n = \dfrac{n_B}{m_A}$,其中$m_A = n_A M_A$为溶剂质量(单位:kg)。 - 用$x_B$表示$n_A$和$n_B$:
$n_A = \dfrac{1 - x_B}{x_B} n_B$(由$x_B = \dfrac{n_B}{n_A + n_B}$变形)。 - 代入并化简:
$b_n = \dfrac{n_B}{n_A M_A} = \dfrac{x_B}{(1 - x_B) M_A}$。