工程化學(xué)電子教案3課件

工程化學(xué)電子教案2005年9月第三章溶液與離子平衡

內(nèi)容提要

本章將把前面所討論的化學(xué)反應(yīng)的一般規(guī)律應(yīng)用于溶液中的離子互換反應(yīng)。著重討論稀溶液的通性、水溶液中的酸-堿平衡、配離子的解離平衡、難溶液電解質(zhì)的多相離子平衡，以及這些平衡關(guān)系在水污染控制等方面的應(yīng)用。并為建立水資源的可持續(xù)利用觀念奠定一定的基礎(chǔ)。

4.1稀溶液的通性

本章只討論溶液中溶有難揮發(fā)的溶質(zhì)的情況。當(dāng)水中溶有少量不揮發(fā)的溶質(zhì)后，形成的溶液常稱(chēng)為稀溶液。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：稀溶液的蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)以及滲透壓只與溶質(zhì)的數(shù)（即溶液濃度）有關(guān)，又稱(chēng)為依數(shù)性。1.溶液的蒸氣壓下降當(dāng)純?nèi)軇ㄋ┲腥苡须y揮發(fā)的溶質(zhì)后，溶液的部分表面被溶劑化的溶質(zhì)分子所占據(jù)，使單位時(shí)間內(nèi)從溶液表面蒸發(fā)出的溶劑分子數(shù)比從純?nèi)軇┲姓舭l(fā)出的分子數(shù)少，平衡時(shí)，溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魵鈮骸?.溶液的沸點(diǎn)上升

在一定的溫度下，若液體蒸氣壓力等于外界壓力，液體就會(huì)沸騰，此時(shí)的溫度稱(chēng)為該液體的沸點(diǎn)。當(dāng)溶液的蒸氣壓下降后，要達(dá)到相同的蒸氣壓力，只有在更高的溶液溫度下才能做到,即稀溶液的沸點(diǎn)Tbp比純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)高。

3.溶液的凝固點(diǎn)下降

物質(zhì)的凝固點(diǎn)是它的固態(tài)蒸氣壓等于液態(tài)蒸氣壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。由于稀溶液的蒸氣壓下降，在273.15K時(shí)，水溶液的蒸氣壓必然低于冰的蒸氣壓力，冰與溶液不能共存，即溶液在273.15K時(shí)不能結(jié)冰。然而冰的蒸氣壓隨溫度降低的速度較快，而水的蒸氣壓隨溫度降低的速度較慢，這樣必然在比273.15K更低的某溫度Tfp下冰的蒸氣壓等于水的蒸氣壓，所對(duì)應(yīng)的溫度Tfp即為溶液的凝固點(diǎn)。

溶液的凝固點(diǎn)降低的應(yīng)用：①冬季在汽車(chē)、坦克等的水箱中加入乙二醇、酒精、甘油等防止水凍結(jié)；在水泥砂漿中加入NaCl或CaCl2，防止冬季砂漿凍結(jié)。②鹽和冰的混合物可以作冷凍劑（冰的表面有少量水，當(dāng)鹽與冰混合時(shí)，鹽溶解在這些水里成為溶液。此時(shí)，由于所生成的溶液中水的蒸氣壓力低于冰的蒸氣壓力，冰就融化，冰融化時(shí)要吸收熱量，從而使周?chē)镔|(zhì)的溫度降低。例如，采用NaCl和冰的混合物，溫度可降到251K；用CaCl2和冰的混合物，可以降低到218K。⑶滲透壓滲透壓是剛好可以阻止?jié)B透過(guò)程進(jìn)行所需的最小外加壓力。⑷應(yīng)用

一般植物細(xì)胞汁的滲透壓可達(dá)2000kPa，所以水分可從植物的根部運(yùn)送到數(shù)十米高的頂端。人體血液平均的滲透壓為780kPa，注射或靜脈輸液時(shí)，應(yīng)使用滲透壓與人體內(nèi)的滲透壓基本相等的溶液，即等滲溶液。

4.2水溶液中的酸堿平衡

1.酸堿概念

①酸堿電離理論②酸堿質(zhì)子理論

能夠提供質(zhì)子的分子或離子都是酸，能夠提供質(zhì)子的分子或離子都是酸。

③酸堿電子理論

凡是可以接受電子對(duì)的物質(zhì)稱(chēng)為酸，凡是可以給出電子對(duì)的物質(zhì)稱(chēng)為堿。2.弱電解質(zhì)的解離平衡①一元弱酸、弱堿的解離平衡HAc(aq)＋H2O(l)H3O＋(aq)＋Ac－(aq)HAc(aq)H＋(aq)＋Ac－(aq)NH3(aq)＋H2O(l)NH4(aq)＋OH－(aq)+因x很小，故0.100－x0.100，故上式可簡(jiǎn)化為：

即

c(OH-)=1.34×10-3(mol·dm-3)X=1.34×10-3(mol·dm-3)②多元弱酸的解離平衡H2CO3(aq)H+(aq)+HCO3(aq)-(3)緩沖溶液的應(yīng)用、選擇與配制

在選擇緩沖溶液時(shí)，首先應(yīng)注意所選的緩沖溶液不能與反應(yīng)物、生成物發(fā)生作用，同時(shí)緩沖溶液的pH值應(yīng)在要求的范圍內(nèi)。

pH值范圍組成酸的pKa

酸性組分堿性組分2.8～4.6甲酸（HCOOH）氫氧化鈉（NaOH）3.753.4～5.1苯乙酸(C6H5CH2COOH）苯乙酸鈉（C6H5CH2COONa）4.313.7～5.6醋酸（Hac）醋酸鈉（NaAc）4.754.1～5.9鄰苯二甲酸氫鉀（KOOCC6H4COOH）氫氧化鈉（NaOH）5.415.9～8.0磷酸二氫鈉(NaH2PO4）磷酸氫二鈉（Na2HPO4）7.217.8～10.0硼酸（H3BO3）氫氧化鈉（NaOH）9.148.3～10.2氯化銨（NH4Cl）氨（NH3）9.259.6～11.0碳酸氫鈉（NaHCO3）碳酸鈉（Na2CO3）10.25表3.1常用緩沖溶液及其pH范圍2.配離子的解離平衡4.4難溶電解質(zhì)的多相離子平衡

1.溶度積的概念對(duì)于AmBn型難溶電解質(zhì)，溶度積常數(shù)表達(dá)式為：3.溶度積規(guī)則及其應(yīng)用(1)溶度積規(guī)則

①

時(shí)，有沉淀析出。

②時(shí)，宏觀上表現(xiàn)為沉淀既不溶解也不析出。

③時(shí)，沉淀溶解。(2)分步沉淀和共同沉淀例3.3在含有相同濃度(0.1mol·dm-3)的Cl-和I-的溶液中滴加AgNO3溶液，可能生成AgCl和AgI沉淀，這兩種沉淀的順序如