基础化学-第二章稀溶液的依数性.ppt

稀薄溶液的依数性 第二章 Colligativepropertiesofsolution 本章主要内容 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点升高和凝固点降低 溶液的渗透压力 溶液的性质 与溶质的本性有关的性质 第一类 第二类 与溶质的本性无关 只与溶液中单位体积的粒子数目有关的性质 亦称稀薄溶液的依数性 溶液的蒸气压下降溶液的沸点升高3 溶液的凝固点降低4 溶液的滲透压力 溶液的颜色 体积 导电性 溶解度等 稀薄溶液的依数性 溶液的蒸气压下降 Vaporpressureloweringofsolution 第一节 气态 g 固态 s 液态 l 蒸发 冷凝 凝固 熔化 凝华 升华 一 蒸气压 饱和蒸汽压 亦即饱和蒸气压 在密闭容器中 一定温度下 蒸发速度 冷凝速度 蒸气饱和 蒸气压 与液相处于平衡时的蒸气所具有的压力称为该温度下的饱和蒸气压 符号 p 单位 Pa或kPa 蒸发速度 冷凝速度 蒸气饱和 关于蒸气压 P 影响蒸气压大小的因素 液体的本性 图 蒸气压与温度的关系图 关于蒸气压 P 影响蒸气压大小的因素 液体的本性 温度 同一液体的P 蒸汽压 随T升高而升高 大气压 蒸气压 沸点 液体蒸气压与大气压相等时的温度 符号 Tb boiling 图 蒸气压与温度的关系图 关于蒸气压 P 影响蒸气压大小的因素 液体的本性 温度 同一液体的P随T升高而升高 蒸气压大小与容积大小及液体多少无关 对于一定的液体在一定的温度下 该液体的蒸汽压一定 冰的蒸气压 与冰 固相 平衡的水蒸气压力称冰的饱和蒸气压 H2O 固 H2O 气 升华 凝华 关于蒸气压 P 与相等时的温度 固体的蒸气压 液体的蒸气压 凝固点 符号Tf freezing 纯水和冰的饱和蒸气压 温度水p kPa冰p kPa 150 476 0 100 101 3 20 2 3310 1 23 0 0 6100 610 10 0 26 20 0 10 水的正常沸点 Tb0 冰点 Tf0 液体的正常沸点 外压为101 3kPa时的沸点 不注明压力时通常指正常沸点 蒸气压随温度升高而增大 水 冰的蒸气压与温度的关系示意图 A O 101 3 Tb0 Tf0 p kPa Tf0 0 273K Tb0 100 373K T K 水的沸点 水的凝固点 水的蒸气压 冰的蒸气压 B 冰点 纯溶剂的沸点用Tb0 凝固点用Tf0 二 溶液的蒸气压 溶液的蒸气压 p 溶液的蒸气压 水的蒸气压 p 难挥发溶质的溶液 p0 溶液的蒸气压下降值 p p0 p Why 水和溶液的蒸气平衡原理 纯溶剂气 液平衡 溶剂分子 水和溶液的蒸气平衡原理 纯溶剂气 液平衡 溶液气 液平衡 溶剂分子 难挥发溶质微粒 二 溶液的蒸气压下降 难挥发溶质溶液的蒸气压总是低于同温度下纯溶剂的蒸气压 溶液蒸压下降的原因 实验证明 溶液 纯溶剂 单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子数要比从纯溶剂时少 因为溶质分子不挥发 水 冰和水溶液的蒸气压与温度的关系示意图 A O 101 3 p kPa T K B 水溶液蒸气压 A O A 溶液的蒸气压曲线 B 溶液的凝固点曲线 拉乌尔定律 LawofRault 在一定温度下 难挥发性非电解质稀薄溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数 p p0 xA xA 溶剂的摩尔分数 1 xB p p0 xA p p0 1 xB p p0 xB p0 p p0 xB p p0 xB Raoult定律仅适用于稀薄溶液 稀薄溶液中 nA nB nA nB nA nA nB xB nB nA nB mA bB nB nA MA nB nB nA xB 故 xB bB MA 1 MA MA Kg molbB mol Kg p p0 xB p p0 在一定温度下 稀薄溶液的蒸气压下降 P 与溶质的质量摩尔浓度成正比 而与溶质的种类和本性无关 p bB MAbB K 溶液的沸点升高和凝固点降低 第二节 boilingpointelevationandfreezingpointdepressionofsolution 一 溶液的沸点升高 一 液体的沸点 Tb 液体的蒸气压与大气压相等时的温度 正常沸点 指在外压为101 3kPa条件下的沸点 例如 水的正常沸点为373K 大气压 蒸气压 液体的沸点与外压有关 A O 101 3 p kPa T K B A O 水的蒸气压 溶液的蒸气压 溶液的沸点为什么会升高 A A O O 101 3 Tb Tb0 p kPa 水的Tb0 100 373K T K B Tb Tb Tb0 溶液的沸点 溶液的沸点升高 一 溶液的沸点升高 Tb A A O O 101 3 Tb Tb0 p kPa T K B p KbB Tb Tb Tb0 KbbB Tb p Kb 溶剂的质量摩尔沸点升高常数 单位 K kg mol 1 Tb KbbB 说明稀薄溶液的 Tb bB 即只与一定量的溶剂中所含溶质的微粒数有关 而与溶质种类和本性无关 Tb也是稀薄溶液的一种依数性 Kb 溶剂的质量摩尔沸点升高常数 由溶剂本性决定 如Kb 水 0 512 K kg mol 1 bB 溶液的质量摩尔浓度 几种溶剂的沸点及质量摩尔沸点升高常数 Kb 溶剂Tb Kb K kg mol 1 乙酸苯四氯化碳乙醚乙醇水 118 180 276 734 778 4100 0 3 072 535 032 021 220 512 同一物质固液两相蒸气压相等时的温度 即固液两相平衡共存时的温度 一 液体的凝固点 Tf0 例如 Tf0 273K 0 二 溶液的凝固点降低 Tf Tf0 二 溶液的凝固点降低 当溶液的蒸气压等于固相蒸气压时的温度 二 溶液的凝固点降低 O O Tf0 Tf p kPa T K B Tf Tf0 A A 为什么凝固点会降低 溶液的凝固点降低的原因是由于溶液的蒸气压下降引起 溶液的凝固点降低值 Tf Tf0 Tf Tf Tf p K bB Tf Tf0 Tf KfbB Tf p Kf 溶剂的质量摩尔凝固点降低常数 单位 K kg mol 1 二 溶液的凝固点降低 Tf KfbB 说明稀溶液的 Tf bB 即 一定量溶剂中所含溶质的微粒数 与溶质种类和本性无关 Tf也是稀溶液的一种依数性 bB 溶液的质量摩尔浓度 Kf 溶剂的质量摩尔凝固点降低常数由溶剂本性决定 例如 Kf 水 1 86 K Kg mol 1 几种溶剂的凝固点及质量摩尔凝固点降低常数 Kf 溶剂Tf Kf K kg mol 1 乙酸苯四氯化碳乙醚萘水 175 5 22 9 116 280 50 0 3 95 12321 86 81 86 思考题2 1 将273K的冰放入273K的蔗糖溶液 冰将发生什么变化 答案冰将逐渐溶化 例2 2将0 638g尿素溶于250g水中 测得此溶液的凝固点降低值为0 079K 试求尿素的相对分子量 Kf 1 86K kg mol 1 解 Tf KfbB bB Tf Kf 0 079K 1 86K kg mol 1 bB nB mA nB bBmA 0 0425mol kg 1 250 g 1000 nB 0 0106mol bB 0 0425mol kg 1 MB mB nB 0 638g 0 0106mol 60g mol 1 Mr 60 例 1 蔗糖 C12H22O11 水溶液的密度1 g mL 1 蔗糖Mr 342 水的Kb 0 512K kg mol 1 Kf 1 86K kg mol 1 计算该溶液的沸点和凝固点 1 蔗糖 C12H22O11 溶液的密度1 g mL 1 蔗糖Mr 342 计算其质量摩尔浓度bB 解 1 1g溶质 100mL溶液 nB 1 Mr 1 342 mA 100 1 1 bB nB mA 1000 1 342 100 1 1 0 030 mol kg 1 例 1 蔗糖 C12H22O11 水溶液的密度1 g mL 1 蔗糖Mr 342 水的Kb 0 512K kg mol 1 Kf 1 86K kg mol 1 计算该溶液的沸点和凝固点 解 bB 0 030 mol kg 1 根据 Tb Kb bB Kb 0 512 Tb 0 015 K Tb Tb Tb0 0 015 373 373 015 K 0 030 0 512 前面已计算 例 1 蔗糖 C12H22O11 水溶液的密度1 g mL 1 蔗糖Mr 342 水的Kb 0 512K kg mol 1 Kf 1 86K kg mol 1 计算该溶液的沸点和凝固点 解 bB 0 030 mol kg 1 根据 Tf Kf bB Kf 1 86 Tf 0 056 K Tf Tf0 Tf 或 273 0 056 272 44 K 1 86 0 030 凝固点降低法的应用 测定小分子溶质的相对分子质量 Tf KfbB Kf mB mAMB MB Kf mB mA Tf 食盐和冰的混合物可用作冷冻剂 例2 3 将0 322g萘溶于80g苯中 测得溶液凝固点为278 34K 求萘的分子量 解 查表Tf0 278 5KKf 苯 5 12 Tf 278 5 278 34 0 16 MB Kf mB 1000 TfmA 5 12 0 322 1000 0 16 80 128g mol 1 溶液的渗透压力 第三节 Osmoticpressureofsolution 一 渗透现象与渗透压 若两侧表面承受的外压相同 101 3kPa 水 或溶剂 分子通过半透膜向较高浓度溶液渗透 图2 5渗透现象 1 渗透现象 纯溶剂溶液 纯溶剂溶液 半透膜 半透膜 a 渗透发生之前 b 渗透现象 溶剂的净转移 一 渗透现象与渗透压 图2 5渗透现象 纯溶剂溶液 半透膜 b 渗透现象 溶剂的净转移 渗透现象产生的原因 由于膜两侧单位体积内溶剂分子数不等 单位时间内穿过半透膜向溶液方向的溶剂分子比向溶剂方向的更多 净结果 1 渗透现象 产生渗透必须具备的条件 有半透膜存在 膜两侧溶液存在浓度差 渗透方向 溶剂分子从 纯溶剂溶液 稀溶液浓溶液 一 渗透现象与渗透压 1 渗透现象 一 渗透现象与渗透压 1 渗透现象 渗透平衡 图2 5渗透现象和渗透压力 纯溶剂溶液 b 渗透现象 溶剂的净转移 纯溶剂溶液 c 渗透压力 当溶剂分子向两个方向的渗透速率趋于相等时 两侧液面不再上升和下降 半透膜 渗透压力示意图 2 渗透压 单位 Pa或kPa 若用一半透膜将溶液和纯溶剂隔开 欲使膜两侧液面的高度相等并保持不变 即纯溶剂和溶液维持渗透平衡时 必须在溶液液面上加的超额压力 一 渗透现象与渗透压 2 渗透压 图2 5渗透现象和渗透压力 纯溶剂溶液 溶剂的净转移 纯溶剂溶液 如果在溶液上方所加的压力大于渗透压 有何现象 反向渗透 使渗透作用逆向进行的过程 渗透压 二 溶液的渗透压与浓度及温度的关系 Van tHoff定律 cBRT 理想气体方程P nRT V 稀水溶液 cB mol L 1 bB mol kg 1 bBRT cBRT bBRT R 8 314J K 1 mo1 l cB mol L 1即mol dm 3bB mol kg 1 T K kPa 稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度成正比 而与溶质的种类和本性无关 单位 cBRT bBRT 表明在一定温度下 稀溶液的 只决定于单位体积溶液中所含溶质的微粒数 与溶质本性无关 也是稀溶液的一种依数性 注意 V nRT Van tHoff公式 pV nRT 理想气体状态方程 两者形式相同 R值也相同 但 与p在本质上并无相同之处 例 37 时 0 1mol L 1蔗糖的渗透压是多少 解 cBRT 8 314 257 7 kPa 257 7 101 3 2 54 atm 2 54 10 1 25 7 米水柱 0 1 273 37 小结 稀溶液的通性 稀溶液的依数性 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点升高 溶液的凝固点下降 溶液的渗透压 p K bB cBRT bBRT Tf Kf bB Tb Kb bB 在一定温度下 只与溶液中粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质 称为溶液的依数性 溶液的浓度 bB bBRT Tf Kf bB Tb Kb bB p K bB 公式的适用范围 难挥发非电解质的稀溶液 溶液的依数性的实际应用 测定非电解质的分子量 1 利用凝固点降低 不用沸点升高 原因是同一溶剂的Kf Kb 凝固点降低值大于沸点升高值 凝固点降低值测量的更准确 实验误差小 例 将0 20g葡萄糖溶于10 0g水中 测得此溶液的凝固点为 0 207 求葡萄糖的相对分子质量 水的Kf 1 86 解 Tf Kf bB bB mB MB mA nB mA MB Kf mB Tf mA Tf Kf bB 注意 mB单位 gmA单位 kg 例 将0 20g葡萄糖溶于10 0g水中 测得此溶液的凝固点为 0 207 求葡萄糖的相对分子质量 水的Kf 1 86 MB Kf mB Tf mA MB 1 86 0 20 0 207 10 0 1000 g 解 180g mol 1 Mr 180 溶液的依数性的实际应用 测定非电解质的分子量 1 利用凝固点降低 MB Kf mB Tf mA Tf与MB成反比 分子量越小 Tf越大 测量的越准确 适应于测量小分子量非电解质的分子量 2 利用渗透压力 例 将1 00g血红素配成100ml溶液 在20 时测得溶液的渗透压为0 366kPa 求血红素的相对分子质量 解 cBRT cB nB V mB MB V MB mB RT V RT cB 注意 mB单位 g T单位 KR 8 314J mol 1 K 1V 单位 L 单位 kPa 例 将1 00g血红素配成100mL溶液 在20 时测得溶液的渗透压为0 366kPa 求血红素的相对分子质量 MB mB RT V 1 00 8 314 293 100 10 3 0 366 6 66 104 g mol 1 解 Mr 6 66 104 溶液的依数性的实际应用 测定非电解质的分子量 2 利用渗透压力 MB mB RT V 与MB成反比 分子量越大 越小 测量 时需要的半透膜强度越小 越能准确测量 适应于测量大分子量非电解质的分子量 一 电解质溶液的依数性 三 渗透压在医学上的意义 对于强电解质NaCl水溶液 溶液越稀 Tf 实验值 Tf 计算值 趋近于2 为什么 NaCl Na Cl 1个NaCl在溶液中产生2个离子 非电解质 i 1电解质 i 1 i称为校正因子 强电解质稀溶液的依数性 沸点升高 Tb iKbbB 凝固点降低 Tf iKfbB 渗透压力 icBRT ibBRT NaCl Na Cl i 2 MgCl2 Mg2 2Cl i 3 Na2CO3 2Na CO32 i 3 MgSO4 Mg2 SO42 i 2 A B型强电解质 校正因子i 2 A2 B或A B2型强电解质 校正因子i 3 校正因子i是一 分子 电解质解离出的离子数 思考题2 2 排出下列稀溶液在310K时 蒸气压下降 P 由小到大的顺序 0 01mol kg 1蔗糖溶液 0 01mol kg 1葡萄糖溶液 0 01mol kg 1NaCI溶液 答案 例 临床上常用的生理盐水是9 0g L 1的NaCl溶液 求此溶液在37 时的渗透压 不考虑离子强度 解 根据 icB RT NaCl cB 9 0 58 5 mol L 1 icB RT 7 9 102 kPa 2 9 0 58 5 8 314 310 i 2 二 渗透浓度 体液中能产生渗透效应的各种渗透活性物质 分子或离子 的物质的量浓度的总和 mol L 1 mmol L 1 符号cOS单位 渗透活性物质 在溶液中产生渗透效应的溶质粒子 分子 离子 医学上常用渗透浓度来比较溶液渗透压力的大小 例 求50 0g L 1葡萄糖 Mr 180 的渗透浓度 渗透浓度COS 0 278mol L 1 cB 50 0 180 278mmol L 1 0 278 mol L 1 1000 非电解质溶液渗透浓度 物质的量浓度 渗透浓度 0 154Os mol L 1 154mOsmol L 1 例 求9 0g L 1NaCl Mr 58 5 的渗透浓度 cB 9 0 58 5 0 154 mol L 1 渗透浓度cOS icB 2 0 154 0 308mol L 1 308mmol L 1 1000 例 求含0 1mol L 1NaCl和0 1mol L 1MgCl2的溶液的渗透浓度 cOS 0 1 0 1 0 1 0 2 mol L 1 Na Cl Mg2 Cl 0 5mol L 1 500mmol L 1 1000 三 等渗 高渗和低渗溶液 比 与 体液渗透压的溶液 高 低 正常人血浆为 cOS 303 7mmol L 1等渗溶液 cOS 280 320mmol L 1高渗溶液 cOS大于320mmol L 1低渗溶液 cOS小于280mmol L 1 相等 等渗溶液 高渗溶液 低渗溶液 临床上应用的等渗溶液 9 0g L 1NaCl溶液 308mmol L 1 50 0g L 1葡萄糖溶液 278mmol L 1 12 5g L 1NaHCO3溶液 298mmol L 1 18 7g L 1乳酸钠溶液 333mmol L 1 P20表2 5正常人血浆 组织间液和细胞内各种物质的渗透浓度 红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图 a 在生理盐水 9g L 1NaCl 中 b 在较稀盐水 5g L 1NaCl 中 c 在较浓盐水 15g L 1NaCl 中 红细胞在不同浓度NaCI溶液中的形态 红细胞稀盐水 5 0g L 1NaCI 内 外 水 红细胞浓盐水 15g L 1NaCI 内 外 水 红细胞生理盐水 内 外 渗透平衡 红细胞逐渐肿胀 破裂 溶血 逐渐皱缩 栓塞 维持原形态 图 a 图 c 图 b 红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图 a 在生理盐水 9g L 1NaCl 中 b 在较稀盐水 5g L 1NaCl 中 c 在较浓盐水 15g L 1NaCl 中 红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图 溶血 栓塞 在生理盐水 9g L 1NaCl 中 在较稀盐水 5g L 1NaCl 中 在较浓盐水 15g L 1NaCl 中 四 晶体渗透压力和胶体渗透压力 人体血浆总渗透压770kPa 晶体渗透压 766kPa 由晶体物质产生 其质量浓度 7 5g L 1 例NaCI NaHCO3 葡萄糖等小分子物质 胶体渗透压 约2 9 4 0kPa 由胶体物质产生70g L 1 例蛋白质 核酸等高分子物质 进一