無機化學 第一章 溶液

無機化學緒論一、化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性科學1、什么是化學？化學是一門試圖了解物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的科學。物質(zhì)包括:自然界存在的一切物質(zhì)---地球的礦物,空氣中的氣體,海洋中的水和鹽;動植物體內(nèi)找到的化學物質(zhì);人類創(chuàng)造的新物質(zhì)。變化包括:因閃電而著火的樹木;與生命相關(guān)的變化和由化學家發(fā)明和創(chuàng)造的新變化。2、化學家的工作研究自然界,并試圖了解它創(chuàng)造自然界不存在的新物質(zhì)完成化學變化的新途徑二、無機化學概述1、化學學科的分類化學科學是最古老和涉及范圍最廣的學科之一，積累了大量人類的知識,具有廣闊的發(fā)展前景。盡管各化學學科之間的界限不是很分明,而且各學科之間彼此交叉,由于研究方法目標和目的不同,有必要將化學進行分類。按傳統(tǒng)分類,可將化學分為四大分支:

無機化學

有機化學物理化學分析化學無機化學的內(nèi)容為化學的基本原理,化學元素的性質(zhì)和相關(guān)的化學反應(yīng)。迄今,化學元素已經(jīng)發(fā)展為110多種。2、無機化學3、有機化學有一個重要元素,即為碳C，構(gòu)成了化學的另外一個重要分支:有機化學。有機和無機的結(jié)合,衍生出有機元素化學或稱為金屬有機化學。主要研究有機化合物與金屬之間以C-M形成的化合物。此外,部分碳化學,包括碳的氧化物,含氧離子或碳化物等,屬于無機化學研究范疇。當然,這里不存在嚴格的界線,也無人試圖去嚴格規(guī)定這種界線。4、物理化學詳細研究化學的能量變化,反應(yīng)機理,鍵能,分子的聚合,發(fā)生的表面和界面的反應(yīng)等,可以歸屬為物理化學。同樣,物理化學和其它化學學科也沒有嚴格的區(qū)分界線,并且許多令人振奮的研究成果往往出現(xiàn)在和其它化學學科的交叉點上。無機化學在與學科交錯部位,同樣功不可沒。這些交叉學科包括:地球化學,無機生物化學,材料科學和冶金學(Metallurgy)。5、分析化學分析化學:包括定性分析和定量測定,儀器分析等,是進行化學研究的基礎(chǔ)。三、如何學習無機化學1、理論課中學的學習模式:每節(jié)課的講授內(nèi)容少,講授的內(nèi)容重復較多,大量作業(yè),課堂練習和課外練習,自學內(nèi)容少。大學的學習模式:每節(jié)課的講授內(nèi)容多,講授內(nèi)容重復性小,作業(yè)量少,無課堂練習,強調(diào)自學能力的提高。針對大學學習特點,提出如下要求:（1）、課堂認真聽講,跟上教師講授思路,有弄不懂的問題暫且放下,待以后解決,不然,由于講授速度快,容易積累更多的疑難問題。（2）、作好課堂筆記。留下一定的空白處,做標記,提出問題,寫出結(jié)論。2、習題目的:

解決課程的疑難問題

形式:

講解習題,作業(yè)中存在問題,自由解答疑難問題

本學期主要學習內(nèi)容第一章溶液第二章化學熱力學基礎(chǔ)第三章化學平衡第三章化學反應(yīng)速率第五章酸堿解離平衡第六章難溶強電解質(zhì)的沉淀-溶解平衡第七章氧化還原反應(yīng)和電極電勢第八章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第十章共價鍵與分子結(jié)構(gòu)第十一章配位化合物第一章溶液第一節(jié)混合物和溶液的常用組成標度一、B的質(zhì)量分數(shù)式中：mB為B的質(zhì)量；m為混合物的質(zhì)量；ωB為量綱一的量，其SI單位為1。二、B的體積分數(shù)式中：

為混合前組分B的體積；

為混合前所有組分的體積總和。

為量綱一的量，其SI單位為1。三、B的質(zhì)量濃度式中：

mB為B的質(zhì)量；

V為混合物的體積；

ρB的SI單位為kg·m-3，常用單位為g·L-1，mg·L-1。四、B的分子濃度B的分子濃度：式中：NB為B的分子數(shù)；V為混合物的體積。CB的SI單位為m-3，醫(yī)學上常用的單位是L-1和mL-1。五、B的物質(zhì)的量濃度式中：

nB為B的物質(zhì)的量；

V為混合物的體積；

cB的SI單位為mol·m-3,常用單位為mol·L-1,mmol·L-1。六、B的摩爾分數(shù)式中：

nB為B的物質(zhì)的量；

n為混合物的物質(zhì)的量；

xB為量綱一的量，其SI單位為1。七、溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度式中：

nB為溶質(zhì)B的物質(zhì)的量；

m為溶劑A的質(zhì)量；

bB的其SI單位為mol·kg-1。第二節(jié)非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性質(zhì)依數(shù)性:稀溶液的某些性質(zhì)取決于溶液所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目而與溶質(zhì)本身的性質(zhì)無關(guān)蒸汽壓的下降沸點的升高凝固點（冰點）下降滲透壓一、溶液的飽和蒸氣壓下降

（一）問題的提出（二）飽和蒸氣壓（三）拉烏爾定律(Laoult,法國)（一）、問題的提出

在密閉容器中，水能自動轉(zhuǎn)移到糖水中去,為什么?這種轉(zhuǎn)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(zhì)。（二）、飽和蒸氣壓

在一定溫度下,在密閉容器中,在純?nèi)軇┑膯挝槐砻嫔?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(shù)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(shù)值時,凝聚的分子的個數(shù)也達到N0

個。這時起,上方空間的蒸氣密度不再改變,保持恒定。

此時,蒸氣的壓強也不再改變,稱為該溫度下的飽和蒸汽壓,用P*

表示。

達到平衡.當蒸氣壓小于P*

時,平衡右移,繼續(xù)氣化;若蒸氣壓大于P*時,平衡左移,氣體液化。譬如,改變上方的空間體積,即可使平衡發(fā)生移動。液體氣體蒸發(fā)凝聚1.純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?P*)

于是,在溶液中,單位表面在單位時間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑分子的數(shù)目N要小于N0

。凝聚分子的個數(shù)當然與蒸氣密度有關(guān).當凝聚的分子數(shù)目達到N,實現(xiàn)平衡時,蒸氣壓已不會改變.這時,平衡狀態(tài)下的飽和蒸氣壓為:P<P0

當溶液中溶有難揮發(fā)的溶質(zhì)時,則有部分溶液表面被這種溶質(zhì)分子所占據(jù),如圖示:

2.溶液的飽和蒸氣壓(P)

過程開始時,H2O和糖水均以蒸發(fā)為主;當蒸氣壓等于P時,糖水與上方蒸氣達到平衡,而P0>P,即H2O并未平衡,繼續(xù)蒸發(fā),以致于蒸氣壓大于P.H2O分子開始凝聚到糖水中,使得蒸氣壓不能達到P0.于是,H2O分子從H2O中蒸出而凝聚入糖水.出現(xiàn)了本節(jié)開始提出的實驗現(xiàn)象.

變化的根本原因是溶液的飽和蒸氣壓下降。

3.解釋實驗現(xiàn)象（三）、拉烏爾定律(Laoult,法國)

每升溶液中含溶質(zhì)的摩爾數(shù),為物質(zhì)的量濃度，簡稱濃度，用c

表示。這種濃度使用方便,唯一不足,是和溫度有關(guān)。若用每Kg溶劑中含溶質(zhì)的摩爾數(shù),則稱為質(zhì)量摩爾濃度,經(jīng)常用b表示。摩爾分數(shù):

1.溶液的濃度2.拉烏爾定律(Raoult)在一定溫度下,溶液的飽和蒸氣壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶劑摩爾分數(shù)之積。即:用ΔP表示溶液的P與純?nèi)軇㏄A*之差,則有:故有:對于稀水的溶液:(對于不同溶劑,k值不同)稀溶液飽和蒸氣壓下降值,與稀溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。這是拉烏爾定律的另一種表述形式。二、沸點升高和凝固點下降（一）沸點和凝固點（二）飽和蒸氣壓圖（三）公式（四）應(yīng)用（一）、沸點和凝固點蒸發(fā):表面氣化現(xiàn)象稱為蒸發(fā);

沸騰:表面和內(nèi)部同時氣化的現(xiàn)象;

沸點:液體沸騰過程中的溫度.

只有當液體的飽和蒸氣壓和外界大氣的壓強相等時,液體的氣化才能在表面和內(nèi)部同時發(fā)生,這時的溫度即是沸點.

凝固點:

液體凝固成固體(嚴格說是晶體)是在一定溫度下進行的,這個溫度稱為凝固點。凝固點的實質(zhì)是,在這個溫度下,液體和固體的飽和蒸氣壓相等.即為:

液體固體若P固>P液,則固體要融化(熔解)；

P固<P液,液體要凝固；（二）飽和蒸氣壓圖可見,由于溶液的飽和蒸氣壓的下降,導致沸點升高。即溶液的沸點高于純水。373K時,水的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓強,故373K是H2O的沸點。如圖中A點。在該溫度下,溶液的飽和蒸氣壓小于,溶液未達到沸點.只有當溫度達到T1

時(T1>373K,A’點),溶液的飽和蒸氣壓才達到,才沸騰。

3）、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(zhì)共存時,冰要融化(熔解),或者說,溶液此時尚未達到凝固點.冰線和水線的交點(B點)處,冰和水的飽和蒸氣壓相等.此點的溫度為273K,P≈611Pa,是H2O的凝固點,即為冰點.只有降溫,到T2

時,冰線和溶液線相交(B’點),即:P冰=P溶液,溶液開始結(jié)冰,達到凝固點.T2<273K,即溶液的凝固點下降,比純水低.

即溶液的蒸氣壓下降,導致其冰點下降。（三）公式用ΔTb

表示沸點升高值,即:ΔTb=Tb-Tb*(Tb*是純?nèi)軇┑姆悬c,Tb是溶液的沸點)。

Tb是直接受ΔP影響的,有:Tb∝ΔP,而ΔP=k·bB,故ΔTb

∝

bB.比例系數(shù)用kb

表示,則有:

ΔTb=kb·bB

kb

為沸點升高常數(shù),不同的溶劑,kb

值不同,最常見的溶劑是H2O,其kb=0.5121、沸點升高公式2.凝固點下降公式

用ΔTf

表示凝固點降低值,即:ΔTf

=Tf*-Tf

Tf*是純?nèi)軇┑哪厅c,Tf是溶液的凝固點.

ΔTf為正值,且

ΔTf

=kf·bB,

kf:凝固點降低常數(shù),H2O的kf=1.86

3.以上公式的成立條件公式由ΔP=k·bB

推出,在推導時,有條件:溶質(zhì)不揮發(fā),且nB<<nA,即為稀溶液。

bB(質(zhì)量摩爾濃度)的大小,要能與溶液表面上不揮發(fā)的質(zhì)點的多少有定量關(guān)系,溶質(zhì)必須是非電解質(zhì).

若是NaCl,電解產(chǎn)生Na+

和Cl-,bB=1時,質(zhì)點數(shù)可能是2,且Na+

和Cl-

之間又有吸引,則相當于在1－2之間,不好定量.Ba(OH)2體系就更加復雜了.因而,公式成立的條件是:不揮發(fā)的非電解質(zhì)的稀溶液。

1)揮發(fā)性溶質(zhì):在后續(xù)課程中講授。2)電解質(zhì)溶液:離解后,相當于多少個粒子,定量關(guān)系不確切.不能用此公式計算,但同樣0.1m的Al2(SO4)3

總比0.1m的NaCl

產(chǎn)生的粒子多.可以定性的推理,即仍有蒸氣壓下降,沸點升高和凝固點降低等性質(zhì).3)濃溶液:由于分子間的作用復雜,雖然也有升高和降低等現(xiàn)象,但定量關(guān)系不準確。思考題1、難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液是否具有恒定的沸點？2、把一小塊冰放在0℃的水中，另一小塊冰放在0℃的鹽水中，各有什么現(xiàn)象發(fā)生？為什么？3、取相同質(zhì)量的果糖（C6H12O6）和蔗糖（C12H22O11）分別溶于等體積的水中形成溶液。兩種溶液的凝固點都在0℃以下，但果糖溶液的凝固點較蔗糖溶液低。這是為什么？（四）應(yīng)用因此，通過測量ΔTf或ΔTb就可以測量MB測量難揮發(fā)非電解質(zhì)B的摩爾質(zhì)量（分子量）

整理得：

凝固點降低法

整理得：

沸點升高法

例題：將1.09g葡萄糖溶于20g水中,所得溶液的沸點升高了0.156K,求葡萄糖的分子量。稀溶液的依數(shù)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(xiàn)象和應(yīng)用于實際中。和實際分子量180相近

利用凝固點法,測分子量更準確.因為kf

比kb要大,溫度差要更明顯一些.就測定方法本身來講,凝固點的測定比沸點測定精確度高

解：由題目可知：將代入得解得：冰鹽混合物可用來使實驗室局部致冷。理論上可達到低共熔點的溫度,-22C°。用CaCl2和冰的混合物,可以獲得-55C°的低溫。用CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70C°以下。致冷劑三、滲透壓

（一）滲透現(xiàn)象

（二）滲透壓

（三）滲透壓公式

（一）滲透現(xiàn)象在U形管中,用半透膜將等體積的H2O和糖水分開,放置一段時間,會發(fā)生什么現(xiàn)象?一段時間后,糖水的液面升高；而H2O的液面降低。這種溶劑透過半透膜，進入溶液的現(xiàn)象，稱為滲透現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因:

在兩側(cè)靜水壓相同的前提下,由于半透膜兩側(cè)透過的H2O分子的數(shù)目不等,在單位時間里,進入糖水的H2O分子多些。（二）滲透壓

滲透現(xiàn)象發(fā)生以后,

1.H2O柱的高度降低，靜壓減小，使右行的H2O分子數(shù)目減少；

2.糖水柱升高，使左行的H2O分子數(shù)目增加；

3.糖水變稀，膜右側(cè)的H2O分子的分數(shù)增加，亦使左行的H2O分子數(shù)目增加。當過程進行到一定程度時，右行和左行的H2O分子數(shù)目相等，這時，達到平衡，即H2O柱不再下降；同時，糖水柱不再升高。液面高度差造成的靜壓，稱為溶液的滲透壓，用表示Π，單位為Pa。（三）滲透壓公式1877年，德國植物學家弗菲爾（Pfeffer）用人工制成的半透膜測量蔗糖稀溶液的滲透壓力，發(fā)現(xiàn)如下兩個規(guī)律:

1.溫度一定時,蔗糖稀溶液的滲透壓力和溶液的物質(zhì)的量濃度成正比；

2.濃度一定時,蔗糖稀溶液的滲透壓力和溫度T成正比