無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件

第三篇水溶液化學(xué)原理

第8章水溶液

Chapter8WaterSolution第三篇水溶液化學(xué)原理

第8章水溶液Chapter811.進(jìn)一步掌握溶液的濃度的表示方法。2.了解稀溶液的通性。3.初步了解強(qiáng)電解質(zhì)理論。本章教學(xué)要求1.進(jìn)一步掌握溶液的濃度的表示方法。本章教學(xué)要求28-1

溶液的濃度和溶解度8-2非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性8-3

電解質(zhì)溶液本章教學(xué)內(nèi)容8-1溶液的濃度和溶解度本章教學(xué)內(nèi)容38-1溶液的濃度和溶解度8-1-1溶液的濃度8-1-2溶解度8-1-3相似相溶原理8-1溶液的濃度和溶解度8-1-1溶液的濃度48-1-1溶液的濃度1.溶液濃度的表示方法

廣義的濃度定義是：溶液中的溶質(zhì)相對(duì)于溶液或溶劑的相對(duì)量。近年來(lái)多采用的是：一定體積的溶液中溶質(zhì)的“物質(zhì)的量”。8-1-1溶液的濃度1.溶液濃度的表示方法5類型

符號(hào)單位物質(zhì)的量濃度

cmol/L質(zhì)量摩爾濃度m(b)mol/kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)w無(wú)單位摩爾分?jǐn)?shù)x(B)無(wú)單位

2.溶液濃度的幾種表示方法

類型符號(hào)68-1-2溶解度1.溶解度一定溫度和壓力下溶質(zhì)在一定量溶劑中形成飽和溶液時(shí)，被溶解的溶質(zhì)的量。8-1-2溶解度1.溶解度7無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件8無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件9

從相平衡的角度理解溶解度即為：在一定溫度和壓力下，固液達(dá)到平衡時(shí)的狀態(tài)。這時(shí)把飽和溶液里的物質(zhì)濃度稱為“溶解度”。按此把溶液分為：不飽和溶液飽和溶液過(guò)飽和溶液從相平衡的角度理解溶解度即為：不飽和溶液10通常把某溫度下100克水里某物質(zhì)溶解的最大質(zhì)量叫溶解度。習(xí)慣上按溶解度大小，把溶液分為：易溶>10g可溶1～10g微溶0.1～

1g難溶<0.1g通常把某溫度下100克水里某物質(zhì)溶解的最大質(zhì)量叫溶解112.溶解度的影響因素

(1)溫度的影響：2.溶解度的影響因素12(2)壓力壓力的變化對(duì)固體溶質(zhì)和液體溶質(zhì)的溶解度一般影響不大，但對(duì)氣體溶質(zhì)的溶解度卻有很大的影響。(2)壓力13表8-2氣體溶解度與氣體壓力的關(guān)系壓力/Pa373K時(shí)CO2的溶解度/mol·dm-3

壓力/Pa298K時(shí)N2的溶解度/mol·dm-3

80.1×105

0.38625.3×105

0.0155106.5×105

0.47750.7×105

0.0301120.0×105

0.544101.3×105

0.061160.1×105

0.707202.6×105

0.100200.1×105

0.887表8-2氣體溶解度與氣體壓力的關(guān)系壓力/Pa373K時(shí)C143.享利定律---氣體溶解定律享利定律：

在一定溫度下，一定體積的液體中所溶解的氣體質(zhì)量與該氣體的分壓成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：p=Kx

(K——享利常數(shù))3.享利定律---氣體溶解定律15因?yàn)楫?dāng)氣體的壓強(qiáng)增加n倍，那么氣體進(jìn)入液體的機(jī)會(huì)也增加n倍，所以氣體溶解的質(zhì)量也增加n倍。故亨利定律與其它氣體的分壓無(wú)關(guān)。亨利定律只適用于溶解度小，不與溶劑相互作用的氣體。所以HCl、NH3等氣體都不適用。因?yàn)楫?dāng)氣體的壓強(qiáng)增加n倍，那么16無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件178-1-3相似相溶原理“相似相溶”原理主要表現(xiàn)在：

(1)溶質(zhì)分子與溶劑分子的結(jié)構(gòu)越相似，相互溶解越容易；

(2)溶質(zhì)分子的分子間作用力與溶劑分子間作用力越相似，越易互溶。如非極性物質(zhì)可以溶解在非極性溶劑中(碘溶于四氯化碳中)，極性物質(zhì)和離子型晶體易溶于極性溶劑(如水)中。8-1-3相似相溶原理“相似相溶”原理主要表現(xiàn)在：188-2非電解質(zhì)稀溶液通性8-2-1溶液的蒸氣壓下降——拉烏爾定律8-2-2溶液的凝固點(diǎn)下降8-2-3溶液的沸點(diǎn)升高8-2-4溶液的滲透壓8-2非電解質(zhì)稀溶液通性8-2-1溶液的蒸氣壓下降19溶質(zhì)的溶解是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，溶解的結(jié)果，溶質(zhì)和溶劑的某些性質(zhì)發(fā)生了變化。但有幾種性質(zhì)是一般稀溶液所共有的。這類性質(zhì)與濃度有關(guān)，或者說(shuō)與溶液中的“粒子數(shù)”有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。稱其為“依數(shù)性”。這里要特別注意的是“難揮發(fā)的”，“非電解質(zhì)的”，“稀”溶液。溶質(zhì)的溶解是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，溶解的結(jié)果，20

溶液的幾種性質(zhì)與水的比較

物質(zhì)

Tb/℃Tf/℃

20℃/(g·cm-3)純水100.000.000.99820.5mol·kg-1糖水100.27-0.931.06870.5mol·kg-1100.24-0.941.0012尿素溶液溶液的幾種性質(zhì)與水的比較21

液體的蒸發(fā)和蒸氣壓：液體分子也在不停的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速率足夠大時(shí)，分子就可以克服分子間的引力，逸出液面而氣化。這種液體表面氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。而在液面上的氣態(tài)分子叫蒸氣。一定溫度下液體與其蒸氣處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的這種氣體稱為飽和蒸氣，它的壓力稱飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。8-2-1溶液的蒸氣壓下降

——拉烏爾定律液體的蒸發(fā)和蒸氣壓：8-2-1溶液的蒸氣壓下降

22

液體的蒸氣壓是液體的重要性質(zhì)，它與液體的本性和溫度有關(guān)，與液體量的多少和在液體上方蒸氣體積無(wú)關(guān)。同一溫度下，不同液體有不同的蒸氣壓；同一種液體，溫度不同時(shí)蒸氣壓也不同。因?yàn)檎舭l(fā)是吸熱過(guò)程，所以升高溫度有利于液體的蒸發(fā)，即蒸氣壓隨溫度的升高而變大。液體的蒸氣壓是液體的重要性質(zhì)，它與液體的本性和溫度有關(guān)231.溶液的蒸氣壓下降

實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在同一溫度下，溶液的蒸汽壓比純?nèi)軇┑恼羝麎旱停內(nèi)軇┑恼魵鈮号c溶液蒸氣壓的差值叫做溶液的蒸氣壓下降。蒸氣壓下降是因?yàn)槿軇┑牟糠直砻姹蝗苜|(zhì)所占據(jù)，在單位時(shí)間內(nèi)從溶液中逸出液面的溶劑分子數(shù)相對(duì)減少，達(dá)平衡時(shí)，溶液的蒸氣壓必然低與純?nèi)軇┑恼魵鈮骸?.溶液的蒸氣壓下降實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在24純?nèi)軇┱Ｈ芤荷偌內(nèi)軇┱Ｈ芤荷?5無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件26蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇┤芤旱恼魵鈮合陆凳疽鈭D溶劑溶液溫度

p

pokpa蒸氣壓△pB101.3kpaAB’蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇┤芤旱恼魵鈮合陆凳疽鈭D溶劑溶液27無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件282.拉烏爾定律

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在一定溫度下，稀溶液的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑恼羝麎撼艘匀軇┰谌芤褐械哪柗謹(jǐn)?shù)，即：2.拉烏爾定律根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在一定29無(wú)機(jī)化學(xué)08水溶液課件30?p=K·m，K：蒸氣壓下降常數(shù)對(duì)于水溶劑：拉烏爾定律可表述為：

在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液蒸氣壓下降，近似地與溶液的質(zhì)量摩爾濃度呈正比。?p=K·m，K：蒸氣壓下降常數(shù)對(duì)于水溶劑：拉烏爾定律可表31例：

已知20℃時(shí)水的飽和蒸汽壓為2.33kPa.將17.1g蔗糖（C12H22O11）與3.00g尿素[CO(NH2)2]分別溶于100g水。計(jì)算形成溶液的蒸汽壓。解：

兩種溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量是M1=342g/mol，M2=60.0g/mol例：已知20℃時(shí)水的飽和蒸汽壓為2.32所以，兩種溶液的蒸汽壓均為：

p=2.33kPa×0.991=2.31kPa溶液的質(zhì)量摩爾數(shù)相同，蒸汽壓也相同。所以，兩種溶液的蒸汽壓均為：溶液的質(zhì)量摩爾數(shù)相同，蒸汽壓338-2-2溶液的凝固點(diǎn)下降凝固點(diǎn)：

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，純液體蒸氣壓和它的固相蒸氣壓相等時(shí)的溫度為該液體的凝固點(diǎn)。溶液的蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?，所以溶液凝固點(diǎn)下降。8-2-2溶液的凝固點(diǎn)下降凝固點(diǎn)：34溶液的凝固點(diǎn)下降p/Pa611t/oCTf0ACB純水溶液ΔTf=Kf·b溶液的凝固點(diǎn)下降p/Pa611t/oCTf0ACB純水溶液35Kf：溶劑凝固點(diǎn)降低常數(shù)；m：溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度。拉烏爾證明：難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液凝固點(diǎn)?Tf(?Tf=Tf*-Tf)下降，與溶液的質(zhì)量摩爾濃度呈正比。Kf：溶劑凝固點(diǎn)降低常數(shù)；拉烏爾證明：36一些常見溶劑的凝固點(diǎn)下降常數(shù)溶劑水苯乙酸萘硝基苯苯酚凝固點(diǎn)/℃Kf/K·kJ·mol-10.05.516.680.55.7431.8554.93.96.877.007.78應(yīng)用凝固點(diǎn)下降實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量Ｍ，是測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法之一。一些常見溶劑的凝固點(diǎn)下降常數(shù)溶劑水苯37例：解：

冬天，在汽車散熱器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的凍結(jié)。如在200g的水中注入6.50g的乙二醇，求這種溶液的凝固點(diǎn)。（℃）℃例：解：冬天，在汽車散熱器的水中注入一定量的388-2-3溶液的沸點(diǎn)升高

當(dāng)溶液的蒸汽壓下降，要使其沸騰，即蒸汽壓達(dá)到外界壓力，就必須使其溫度繼續(xù)升高，達(dá)到新的沸點(diǎn)，才能沸騰。這叫稀溶液的沸點(diǎn)升高。溶液越濃，其p

越大，Tb

越大，即Tb

p，則：8-2-3溶液的沸點(diǎn)升高當(dāng)溶液的蒸汽壓下降，要使39根本原因：蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇┤芤旱姆悬c(diǎn)上升示意圖Tb*Tb溶劑溶液溫度

p

pokpa蒸氣壓△p△TbB101.3kpaAB’根本原因：蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇┤芤旱姆悬c(diǎn)上升示意圖40

Kb為沸點(diǎn)升高常數(shù)，與溶劑的摩爾質(zhì)量、沸點(diǎn)、氣化熱有關(guān)，可由理論推算，也可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定：直接測(cè)定幾種濃度不同的稀溶液的Tb，然后用Tb對(duì)m作圖，所得直線斜率即為Kb。Kb為沸點(diǎn)升高常數(shù)，與溶劑的摩爾質(zhì)量、沸點(diǎn)、氣化熱有41一些常見溶劑的沸點(diǎn)上升常數(shù)溶劑tb/℃Kb/K·kJ·mol-1溶劑tb/℃Kb/K·kJ·mol-1水乙醇丙酮苯乙酸10078.456.280.1117.90.5121.221.712.532.93氯仿萘硝基苯苯酚樟腦61.7218.9210.8181.72083.635.805.243.565.95沸點(diǎn)上升實(shí)驗(yàn)也是測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法之一，但凝固點(diǎn)下降測(cè)得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。一些常見溶劑的沸點(diǎn)上升常數(shù)溶劑tb/℃Kb/K·kJ·mo42例：

已知純苯的沸點(diǎn)是80.2℃，取2.67g萘（C10H8）溶于100g苯中，測(cè)得該溶液的沸點(diǎn)為80.731℃，試求苯的沸點(diǎn)升高常數(shù)。解：例：已知純苯的沸點(diǎn)是80.2℃，取2438-2-4溶液的滲透壓

半透膜：可以允許溶劑分子自由通過(guò)而不允許溶質(zhì)分子通過(guò)。

滲透：溶劑分子透過(guò)半透膜向溶液擴(kuò)散使溶液變稀的現(xiàn)象。溶劑透過(guò)半透膜進(jìn)入溶液的趨向取決于溶液濃度的大小，溶液濃度大，滲透趨向大。8-2-4溶液的滲透壓半透膜：可以允許溶劑分子自44滲透現(xiàn)象：水分子蔗糖分子半透膜蔗糖溶液水溶液滲透作用產(chǎn)生的條件：

①半透膜存在；

②膜兩側(cè)溶液的

濃度不相等。滲透現(xiàn)象：水分子蔗糖分子半透膜蔗糖溶液水溶液滲透作用產(chǎn)生的條45

滲透壓：施于溶液液面阻止溶劑透過(guò)半透膜向溶液滲透的壓強(qiáng)。滲透壓：施于溶液液面阻止溶劑透過(guò)半透膜向溶液滲透的壓46（3）滲透壓的測(cè)定滲透壓的測(cè)定：（3）滲透壓的測(cè)定滲透壓的測(cè)定：47

內(nèi)管是鍍有亞鐵氰化銅[Cu2Fe(CN)6]的無(wú)釉磁管，它的半滲性很好。管的右端與帶活塞的漏斗相連，用以加水，左端連結(jié)一毛細(xì)玻璃管，管上有一水平刻度(l)。外管是一般玻璃制的，上方帶口，可以調(diào)節(jié)壓力，若外管充滿糖水溶液，內(nèi)管由漏斗加水至毛細(xì)管液面到達(dá)l處。因內(nèi)管蒸氣壓大于外管，水由內(nèi)向外滲透，液面l就有變化，若在外管上方口處加適當(dāng)壓力p，則可阻止水的滲透而維持液面l不變，按定義所加壓力p就是滲透壓。內(nèi)管是鍍有亞鐵氰化銅[Cu2Fe(CN)6]的無(wú)釉48

滲透壓定律：1877年，Pfeffer的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在0℃蔗糖溶液的滲透壓溶液濃度滲透壓c/g·dm-3

/atm

10.030.680.06820.141.340.06740.602.750.06861.384.040.066

滲透壓定律：1877年，Pfeffer的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在0491%蔗糖溶液在不同溫度的滲透壓

溫度T/K

滲透壓/atm

2730.6482.372870.6912.412950.7212.443090.7462.411%蔗糖溶液在不同溫度的滲透壓溫度T/K滲透壓50

為一常數(shù)，并與理想氣體常數(shù)R值相似。因而認(rèn)為稀溶液的滲透壓定律與理想氣體定律相似，可表述為：1885年，van’tHoff把這些數(shù)據(jù)歸納、比較，發(fā)現(xiàn)：為一常數(shù)，并與理想氣體常數(shù)51與理想氣體方程無(wú)本質(zhì)聯(lián)系。：滲透壓；V：溶液體積；R：氣體常數(shù)；n：溶質(zhì)物質(zhì)的量；c：體積摩爾濃度；T：溫度；R=8.314

J·mol-1·K-1與理想氣體方程無(wú)本質(zhì)聯(lián)系。52反滲透：

對(duì)溶液附加的壓力大于滲透壓時(shí)，水分子將由溶液向滲透，這個(gè)過(guò)程稱為反滲透。利用反滲透作用可以進(jìn)行海水的淡化。滲透壓平衡與生命過(guò)程的密切關(guān)系：①給患者輸液的濃度；②植物的生長(zhǎng)；③人的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)。反滲透：滲透壓平衡與生命過(guò)程的密切關(guān)系：53

測(cè)得人體血液的冰點(diǎn)降低值Tf=0.56，求在體溫37℃時(shí)的滲透壓。例：解：測(cè)得人體血液的冰點(diǎn)降低值Tf=0548-3電解質(zhì)溶液1887年，Arrhenius根據(jù)電解質(zhì)溶液對(duì)非電解質(zhì)溶液的依數(shù)性的偏差和溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了電解質(zhì)的電離理論，基本要點(diǎn)是：（1）電解質(zhì)在溶液中會(huì)自發(fā)解離成帶電粒子——電離。8-3電解質(zhì)溶液1887年，Arrhe55（2）正、負(fù)離子相互接觸碰撞又會(huì)結(jié)合成分子，使電解質(zhì)只發(fā)生部分電離，電離的百分率稱為電離度。（3）溶液導(dǎo)電是由于離子遷移引起的。溶液中的離子越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。（2）正、負(fù)離子相互接觸碰撞又會(huì)結(jié)56幾種鹽的水溶液的冰點(diǎn)下降情況鹽m

T/KT/Kmol·kg-1

(計(jì)算值)

(實(shí)驗(yàn)值)

KCl0.200.3720.6731.81KNO3

0.200.3720.6641.78MgCl20.100.1860.5192.79Ca(NO3)20.100.1860.4612.48幾種鹽的水溶液的冰點(diǎn)下降情況鹽m57數(shù)據(jù)表明：①對(duì)于正負(fù)離子都是一價(jià)的電解質(zhì)，如KNO3，NaCl，其ΔT(實(shí))較為接近，而且近似為計(jì)算值ΔT的2倍；②正負(fù)離子為二價(jià)的電解質(zhì)溶液的實(shí)驗(yàn)值ΔT（實(shí)）與計(jì)算值ΔT(計(jì))比值較一價(jià)的?。虎垭娊赓|(zhì)溶液越濃，實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值比值越小。數(shù)據(jù)表明：58表觀電離度:強(qiáng)電解質(zhì)的電離度應(yīng)為100%，但導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果小于100%，被稱為表觀電離度。電解質(zhì)KClZnSO4HClHNO3

表觀電離度86409292電解質(zhì)H2SO4NaOHBa(OH)2表觀電離度619181強(qiáng)電解質(zhì)的表觀電離度(298K,0.10mol.L-1)表觀電離度:強(qiáng)電解質(zhì)的電離度應(yīng)為100%，但導(dǎo)電解質(zhì)59表觀解離度理論上：強(qiáng)電解質(zhì)完全解離

α=1實(shí)驗(yàn)中：

α<1

在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中，離子濃度較大，離子間存在相互作用，離子的行動(dòng)不完全自由。表觀解離度理論上：強(qiáng)電解質(zhì)完全解離在強(qiáng)電解60電解質(zhì)KClZnSO4HClHNO3

表觀電離度86409292電解質(zhì)H2SO4NaOHBa(OH)2表觀電離度619181強(qiáng)電解質(zhì)的表觀電離度(298K,0.10mol.L-1)濃度不同時(shí)：KCl溶液0.1molL-1,=0.8621.0molL-1,=0.7562.0molL-1,=0.712電解質(zhì)KClZnSO4611.離子氛和離子強(qiáng)度

強(qiáng)電解質(zhì)在水溶液中是完全電離的，但離子并不是自由的，存在著“離子氛”。1.離子氛和離子強(qiáng)度強(qiáng)電解質(zhì)在水溶液中是62

離子氛示意圖++++++++++———————————+離子氛示意圖+++++++++——————————63這種離子間的相互作用使溶液中的離子并不完全自由，其表現(xiàn)是：

溶液導(dǎo)電能力下降，電離度下降，依數(shù)性異常。

用I

—離子強(qiáng)度表示離子與“離子氛”之間的強(qiáng)弱，Zi表示溶液中種i離子的電荷數(shù)，mi表示i種離子的質(zhì)量摩爾濃度，則：I=這種離子間的相互作用使溶液中的離子并不完全自由，其64離子強(qiáng)度I表示了離子在溶液中產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。離子強(qiáng)度越大，正負(fù)離子間作用力越大。

離子強(qiáng)