稀溶液的依數性詳解課件

1、第三章 稀溶液的依數性 各種不同的物質的稀溶液，其化學性質各不相同，這是顯然的。但稀溶液的某些共性，與溶質的種類無關，只與溶液的濃度相關。我們把這類性質稱為稀溶液的依數性。 1 溶液的飽和蒸氣壓降低 一 問題的提出 H2O 糖水 H2O 糖水 水自動轉移到糖水中去，為什么? 這種轉移，只能通過蒸氣來進行。因此，要研究蒸氣的行為，才能弄清楚問題的實質。 二 飽和蒸氣壓 1 純溶劑的飽和蒸氣壓 ( p0 ) 在密閉容器中，在純溶劑的單位表面上，單位時間里，有 N0 個分子蒸發(fā)到上方空間中。 隨著上方空間里溶劑分子個數的增加，密度的增加， 分子凝聚回到液相的機會增加。當密度達到一定數值時，凝聚的分子

2、的個數也達到 N0 個。這時起，上方空間里溶劑分子的個數不再改變，蒸氣的密度也不再改變，保持恒定。 此時，蒸氣的壓強也不再改變。這個壓強稱為該溫度下溶劑的飽和蒸汽壓，用 p0 表示。這時液相和氣相之間實現相平衡。 蒸 發(fā) 液體 氣體 凝 聚 達到平衡后，若蒸氣壓小于 p0 時，平衡右移，液體氣化；蒸氣壓大于 p0 時，平衡左移，氣體液化。 2 溶液的飽和蒸氣壓 ( p ) 當溶液中溶有難揮發(fā)的溶質時，則有部分溶液表面被這種溶質分子所占據。如圖示， 譬如，改變上方的空間體積， 即可使平衡發(fā)生移動。 于是，溶液中，在單位表面上單位時間內蒸發(fā)的溶劑分子的數目 N 要小于 純溶劑的 N0 。 當凝聚的

3、分子數目達到 N（ N N0 ），實現平衡，蒸氣的密度及壓強已不會改變。 凝聚分子的個數當然與蒸氣密度及壓強有關。若令這種平衡狀態(tài)下的飽和蒸氣壓為 p ，則有 p p ，即水并未與蒸汽達到平衡，繼續(xù)蒸發(fā)，以致于蒸氣壓大于 p ， 水蒸氣分子開始凝聚到糖 水中。這又使得蒸氣壓不能達到 p0 于是， H2O 分子從水中蒸出而凝聚入糖水。這就解釋了本節(jié)開始提出的實驗現象。 當溶液與氣相實現平衡時，蒸氣壓小于 其飽和蒸汽壓 p，平衡右移，液體氣化；蒸氣壓大于 p 時，平衡左移，氣體液化。 液體 氣體 凝 聚 蒸 發(fā) 三 拉烏爾定律 1 溶液的濃度 每 dm3 溶液中含溶質的物質的量為摩爾濃度，也經常稱

4、為體積摩爾濃度。（ 單位 mol dm3 ） 這種濃度使用方便，唯一不足就是其數值要隨溫度變化。 摩爾分數 ， 顯然有 X質 + X劑 = 1 若用每 kg 溶劑中含溶質的物質的量來表示溶液的濃度，則稱為質量摩爾濃度。（ 單位 mol kg 1 ） 質量摩爾濃度經常用 m 表示。 對于稀溶液，由于 n質 p 液 ， 則平衡右移，固體熔解 ， p 固 373 K ) ，溶液的飽和蒸氣壓才達到 1.013 10 5 Pa，溶液才沸騰。如圖中 A點。 即溶液的沸點升高， 比純水高 。 p/Pa T/Kl1 l2l3ABB 611T2 273 373 T1A1.013 10 5 4） 冰線和水線的交點

5、 B 處，冰和水的飽和蒸氣壓相等。此 點的溫度為 273 K，p 611 Pa 。 273 K 是水的凝固點，亦稱 為冰點。在此溫度時，溶液飽和蒸氣壓低于冰的飽和蒸氣壓。即 p冰 p溶 。當兩種物質共存時，冰要熔解， 或者說溶液此時尚未 達到凝固點。 p/Pa T/Kl1 l2l3ABB 611T2 273 373 T1A1.013 10 5 只有降溫，到 T2 273 K 時，冰線和溶液線相交于 B點，即 p 冰 = p 溶 時，溶液才開始結冰，達到凝固點。 溶液的凝固點降低， 比純溶劑低 。 可見，由于溶液的飽和蒸氣壓的降低，導致溶液沸點升高、凝固點降低。即水溶液的沸點高于純水而其凝固點低

6、于純水。 p/Pa T/Kl1 l2l3ABB 611T2 273 373 T1A1.013 10 5 三 計算公式 1 沸點升高公式 用 Tb 表示沸點升高值，即 Tb = Tb T0 b ( T0 b 是純 溶劑的沸點，Tb 是溶液的沸點 ) Tb 是直接受 p 影響的，有 Tb p， 而 p = k m ， 故 Tb m 。 比例系數用 kb 表示，則有 Tb = kb m ， kb 稱為沸點升高常數。 不同的溶劑 kb 值不同。 最常見的溶劑是 H2O，其 kb = 0.512 。 單位 ？ 溶液的沸點升高值與其質量摩爾濃度成正比。 2 凝固點降低公式 用 Tf 表示凝固點降低值，即

7、Tf = T0 f Tf T0 f 是純溶劑的凝固點，Tf 是溶液的凝固點。 總之， T 為正值 。 與沸點升高公式相類似， 有 Tf = kf m kf 凝固點降低常數，H2O 的 kf = 1.86 。 實驗室中，經常用稀溶液的依數性質測定難揮發(fā)性的非電解 質的分子量。 例 1 將 1.09 g 葡萄糖溶于 20 g 水中，所得溶液的沸點比水升高了 0.156 K 。求葡萄糖的分子量。 解： 先表示出該葡萄糖溶液的質量摩爾濃度 m 。 式中 M 為葡萄糖的分子量。將質量摩爾濃度 m 代入沸點 升高公式，得 將已知數據代入，得 若利用凝固點法測分子量，結果將更準確。因為 k f 比 k b

8、要大，溫度差會更明顯一些。就測定方法本身來講，凝固點的測定比沸點的測定精確度要高。 解得 M = 179 。 和葡萄糖的實際分子量 180 很相近。 3 滲透壓 一 滲透現象 這種溶劑透過半透膜，進入溶液的現象，稱為滲透現象。 半透膜：只允許 H2O 分子透過，而不允許溶質糖分子通過。 在 U 形管中，用半透膜將兩側等高度的水柱和糖水柱分開。放置一段時間，會發(fā)生什么現象?水糖水半透膜 一段時間后，糖水柱升高，而水柱降低。 如左圖，兩側靜水壓相同時，由于半透膜兩側可透過半透膜的 H2O 分子的數目不等，故在單位時間里，進入糖水的 H2O 分子（ 右行水分子 ）比從糖水進入水中的 H2O 分子 （

9、 左行水分子）要多些。 二 滲透壓 滲透現象發(fā)生以后 1） 水柱的高度降低，靜壓減小，使右行水分子數目減少； 2） 糖水柱升高，靜壓增大，使左行水分子數目增加； 3） 糖水變稀，半透膜右側的 H2O 分子的比例數增加，亦使左行水分子數目增加。 當過程進行到一定程度時，右行和左行的水分子數目相等。于是水柱不再降低，同時糖水柱亦不再升高，達到平衡。這時液面高 這就是滲透現象產生的原因。 三 滲透壓公式 具有滲透壓，是溶液的依數性質。它產生的根本原因也是相界面上可發(fā)生轉移的分子個數不同引起的。 經過長期研究，人們發(fā)現 ， 1）溫度相同時， 和溶液的體積摩爾濃度成正比； 2）濃度相同時， 和溫度 T

10、成正比。即 測得比例系數和氣體常數 R 相同，則公式寫成， 即 V = n R T 。度差造成的靜壓，稱為溶液的滲透壓，用 表示，單位為 Pa 。 4 依數性的應用 一 計算公式的適用范圍 計算公式成立的條件是不揮發(fā)的非電解質的稀溶液。 2） 濃溶液 公式由 p = km 推出，曾用到 n質 n劑 條件，即稀溶液的條件。因此濃溶液雖然也有升高和降低等現象，但定量關系不準確，不能用公式計算。 質量摩爾濃度 m ，與不揮發(fā)的質點數有準確定量關系的重要條件，是溶質不發(fā)生電離。若是 NaCl ，電離產生 Na+ 和 Cl 。 m = 1 時，質點數似乎是 2 。而 Na + 和 Cl 之間的吸引，又使

11、得發(fā)揮作用的質點數不足 2 ，故不好定量。 3） 電解質溶液 定量關系不確切，不能用公式計算。 1） 溶質有揮發(fā)性的溶液 在后續(xù)課程中講授。 二 依數性的應用 稀溶液的依數性除了如例題所示，可以用來測定分子量，還可以解釋一些現象和應用于實際中。 1 解釋水和溶液的步冷曲線 在冷卻過程中，物質的溫度隨時間而變化的曲線，叫做步冷曲線。 在步冷曲線中，縱坐標為溫度，橫坐標為時間。 Al 2 (SO4 ) 3 體系就更加復雜了。但同樣 0.1 m 的 Al 2 (SO4 ) 3 總比 0.1 m 的 NaCl 產生的粒子多。 所以對于電解質溶液，仍有蒸氣壓降低、沸點升高、凝固點降低和具有滲透壓等性質。

12、但是只可以定性的推理，而不能用公式定量計算。 AB H2O，液相，溫度不斷下降；B 點開始結冰； BC 冰與水共存，溫度不變，273 K 冰點； C 點全部結冰； CD 冰，溫度不斷下降 。t / minT/K273ABCD( 1 )ABCD E( 2 )( 3 )C DEAB 曲線 ( 1 ) H2O 的步冷曲線 曲線 ( 2 ) 水溶液的步冷曲線 AB段是液相，溫度不斷下降；B點低于 273 K，是溶液的冰點。 有冰析出，溶液的濃度增加，冰點更低，溫度繼續(xù)下降 故 BC段上，盡管冰與溶液共存，但溫度不恒定 。 D點，全部為固定比例的固體。DE段固體繼續(xù)降溫。 C點始，溶質和冰一同析出，且二

13、者具有固定比例，即和 此時溶液中二者的比例相同。這樣析出冰和溶質時，溶液的組成 不再改變，冰點也不再改變，故 CD段呈現平臺。t / minT/K273ABCDABCD E( 2 )C DEABt / minT/K273ABCDABCD E( 3 )C DEAB 曲線 ( 3 ) 也是該種溶液的步冷曲線。從 B 的溫度比 B溫度低， 應看出溶液 ( 3 ) 的濃度要比 ( 2 ) 的大。從析出具有固定比例的固體的溫度一致，說明這種固定比例也相同 。 從 C點和 C 點析出的具有固定比例的冰鹽混合物，叫做低共熔混合物，C點和 C 點的溫度稱為低共熔點。 溶質相同而濃度不同的溶液。析出的低共熔混合物的組成相 同，低共熔點也相同。 2 致冷劑的制備 冰鹽混合物在實驗室中可用來使局部致冷。 將固體 NaCl 和冰混合， 可做成致冷劑，獲得零下低溫