大学化学A第2章溶液2010崔爱莉.ppt

第2章 溶 液 2.1 溶液及其浓度表示方法 2.2 溶 解 度（氢键：参考第九章内容） 2.3 非电解质稀溶液的依数性 作业：2-192-36,1,2.1.1 溶液的概念和分类,溶液：由两种或多种组分组成的均匀体系。或者说，一种或几种物质分散在另外一种物质中所形成的均匀混合物。 溶液特点：均匀性、无沉淀、组分均以分子或离子方式存在 。,溶液与胶体,2.1 溶液及其浓度表示法,2,2.1.2 溶液浓度的表示法,1. 摩尔分数（x）：,对于由A,B两种组分组成的体系,对于由i种组分组成的体系, 则,2. 质量摩尔浓度(b) ：每千克溶剂中所含溶质的物质的量。,质量摩尔浓度常用于溶液沸点和凝固点变化的计算。,3,3. 物质的量浓度c (mol/L)： 一升溶液中含溶质的物质的量。,4. 用分压p表示的浓度：,思考：对于稀的水溶液，c b; 对于稀的非水溶液c b?,5. 极稀溶液的浓度单位: ppm 百万分之一 1/106 ppb 十亿分之一 1/109 ppt 万亿分之一 1/1012,4,2.2 溶解度 定义：在一定温度和压力下,100g溶剂中能溶解溶质的最大克数。 溶解度和溶剂的结构有关系。,水的结构 键角：104.5o 键长：96pm0.1nm 电子构型：四面体 分子构型：V型 水的键角为什么是104.5o ？,5,冰的结构,6,常见的水,自来水：通常是水厂Cl2消毒过的。 蒸馏水：水蒸汽冷凝后得到的水。 去离子水：通过离子交换得到的水。 矿泉水：含有微量元素，H2SiO3，K，Na，Ca2，Mg2，Cl，SO42。,7,2.2.1 气体、液体和固体在液体中的溶解 1. 气体在液体中的溶解,Henrys Law ：在一定压力下，气体在液体中的溶解度与液体上方气相中该气体的分压成正比。,例如：鱼类能在水中生存， 说明O2在水中有一定的溶解度。,8,2.2.2 相似相溶原理,例如：水分子中含有氢键，属于极性分子，因而易与极性溶质互溶。,大量实验事实归纳出： 分子结构越相似，分子极性越接近，则彼此越容易相溶。,2.固体和液体在液体中的溶解： 温度升高固体的溶解度增加，而液体的溶解度受温度影响较小；压力变化对固体和液体的溶解度没有明显影响。,冰 苯,9,对于结构相似的一类气体来说，一般沸点越高，分子间力越大，越接近液体，在液体中溶解度越大。,对于结构相似的一类固体来说，一般熔点越低，分子间力越小，越接近液体，在液体中溶解度越大。,讨论：H2和O2哪个在水中的溶解度大？,10,定义：氢原子与吸引电子能力较大的原子形成共价型分子，由于原子间共用电子对强烈偏移，氢原子几乎呈质子状态，这个氢原子还可以和另一个吸引电子能力大且含有孤对电子的原子产生静电引力，这种吸引作用称为氢键。,形成氢键条件： 有氢原子 氢原子与吸引电子能力大的原子直接相连接 吸引电子能力大的原子主要是 F，O，N,9.7.3 氢键(第九章内容),1. 氢键的形成,11,2. 氢键的特点：饱和性和方向性,一个水分子最多可与几个水分子形成氢键？液态的HF、NH3如何？,3. 氢键的强度,键长/pm 键能/kJmol1 FH-F 255 28.0 OH-O 276 18.8 NH-N 358 5.4,12,4. 氢键对物质性质的影响,（1）高熔点和高沸点,13,（2）为什么水的密度在4时最大？,04时，水溶解时拆散大量的氢键，使整体化为四面体晶体结构的冰逐步变成零星的较小“水分子集团” ，故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，较小的“水分子集团”可以进入另外一些微晶中去。这样水分子间的空隙减少，密度就增大。 温度高于4时，分子热运动使分子间距离变大，密度变小。,14,2.3 非电解质稀溶液的依数性,15,在一定温度和压力下，某一难挥发、非电解质的稀溶液相对纯溶剂，会产生稀溶液的蒸气压降低、凝固点降低、沸点升高、渗透压等现象。它们数值的大小，只与溶液中所含溶质粒子的浓度有关，而与溶质本身的性质无关，所以称它们为稀溶液的依数性。,为什么要学习稀溶液的依数性？,人体内包含大量的、形形色色的溶液体系。正常的生理功能依赖于内环境（主要是液体环境）的稳定。 稀溶液的依数性，对细胞内外物质交换与运输、临床输液、水及电解质代谢等问题，具有一定的理论指导意义。,16,1. 蒸发 (evaporation)：,溶液液面上动能较高的分子克服液体分子间的引力自水面逸出，扩散到水面上部的空间形成气相分子，这一过程称为蒸发。,在一定温度下，在密闭容器中，当液相蒸发的速率与气相凝结的速率相等时，液相和气相达到平衡，此时蒸气所具有的压力称为该温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。,2. 饱和蒸气压 p (vapor pressure) ：,1. 蒸发 (evaporation)：,17,1. 蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压，不同的物质有不同的蒸气压。,4. 蒸气压与温度有关。温度升高，蒸气压增大。,2. 固体也具有一定的蒸气压 。固体直接蒸发为气体的过程称为升华。冰、碘、樟脑等属于易挥发物质，具有较显著的蒸气压。,3. 蒸气压大的称为易挥发性物质，蒸气压小的称为难挥发性物质。,注意：,18,不同温度下水的蒸气压,19,不同温度下冰的蒸气压,2.3.1 稀溶液的蒸气压下降,结论：溶液的蒸气压下降。,实验：如果将蔗糖溶解在水中形成溶液，其蒸气压有何变化？,20,为什么稀溶液蒸气压会下降?,难挥发物质溶解在溶剂中形成溶液,降低溶液表面上溶剂的分子数,减少了逸出液面的溶剂分子数,溶液蒸气压降低,21,p = p溶剂 x 溶质,p: 溶液的蒸气压下降 p ：纯溶剂的蒸气压 x溶质：溶质的摩尔分数,（1）拉乌尔定律:在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液中溶质的摩尔分数成正比。,（3）拉乌尔定律适用范围： a. 溶质难挥发 b. 非电解质 c. 稀溶液,（2）拉乌尔定律的另一种表达方式：,22,1. 一定温度下，难挥发性的非电解质稀溶液的蒸气压下降值和溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。 p = p0 xB,2. 在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度(bB)成正比，而与溶质的本性无关 。 p = K bB,因此拉乌尔定律可以表述为:,思考题： 若把一杯水和一杯浓硫酸放在一密闭容器里，将会发生什么变化？,H2O,H2SO4(浓),用途：样品除水干燥,24,25,液体的沸点(boiling point)是液体的蒸气压等于外界压强时的温度。,液体的正常沸点(normal boiling point)是指外压为101.3 kPa时的沸点。,注意：液体的沸点必须指明外压。没有专门注明压力条件的沸点通常都是指正常沸点。,2.3.2 稀溶液的沸点升高,思考：敞开体系中，水在1atm下100时会出现沸腾；水在密闭体系中，100时会出现沸腾吗？,蒸发与沸腾的区别： 蒸发:分子汽化在液体表面发生 沸腾:分子汽化在整个液体中发生,26,拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的沸点升高值与溶解在溶剂中的溶质的质量摩尔浓度成正比。,Tb：稀溶液沸点升高值，量纲为 Kb：溶剂的沸点升高常数，量纲为 kg mol-1 b：溶质的质量摩尔浓度，量纲为molkg-1,注意： 纯溶剂的沸点恒定，溶液的沸点不恒定。 溶液的沸点是指溶液刚开始沸腾时的温度。 溶剂的沸点升高常数Kb只与溶剂的本性有关，其值可通过实验确定。,凝固点(freezing point)：一定外压下，液态纯物质与固态纯物质平衡共存时的温度（固态纯物质的蒸气压和液态纯物质的蒸气压相等时的温度）。,溶液的凝固点：一定外压下,液态溶液与固态纯溶剂平衡共存的温度（或溶液蒸气压与固态纯溶剂蒸气压相等）。,2.3.3 稀溶液的凝固点降低（同学们想一想如何解释？）,28,29,拉乌尔定律：难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低值与溶解在溶剂中的溶质的质量摩尔浓度成正比。,Tf ：稀溶液凝固点降低值，量纲 Kf ：溶剂的凝固点降低常数 ，量纲 kg mol-1 b ：溶质的质量摩尔浓度，量纲molkg-1,凝固点降低性质的应用：除冰,30,2.3.4 溶液的渗透压与反渗透技术,渗 透： 溶剂通过半透膜扩散到溶液中的现象 半透膜：只允许溶剂透过的薄膜(动物多种器官均有半透膜结构） 渗透压：溶液渗透作用达到平衡时溶液的静压力,31,：渗透压 c：溶质的物质的量浓度 T：温度 V：稀溶液的体积,Vant Hoff 渗透压计算公式：,注意： 渗透压在形式上与理想气体方程中的分压p相似，但其产生的原因却截然不同，渗透压只有在半透膜两侧分别存在有溶剂和稀溶液时才会产生，而处于一定容积中的理想气体都会有一定的分压p。,32,海水淡化装置与淡化厂,青岛（10000吨/日）海水淡化厂,半透膜,33,对于强电解质溶液： Tf = iKf b (i校正因子),例：不同浓度的NaCl溶液,34,学习稀溶液的依数性注意的条件 稀溶液依数性只适用于难挥发、非电解质、稀溶液（0.2 molkg-1以下），对电解质溶液或浓度较大的非电解质溶液，由于溶质微粒间存在着不可忽视的作用力，溶液的依数性规律将发生偏差。,有关稀溶液学习要求及重点 理解稀溶液依数性的概念。 掌握稀溶液的蒸气压降低、凝固点降低、沸点升高、渗透压产生的原因及变化规律。 能够熟练应用稀溶液依数性的相关公式进行计算。 了解稀溶液渗透压在海水淡化上的意义。,思考1：相同质量