无机化学-溶液

第一章溶液,教学要求,掌握溶液浓度的表示方法，各种浓度之间的换算。掌握稀溶液依数性内容、概念和本质。了解稀溶液依数性的计算和在生产生活中的意义。自学第四节电解质在水中的存在状态。,第一节溶解,一、溶解和水合作用,1.溶液的基本概念溶液,solution：一种或几种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所形成的均匀而又稳定的分散系。溶剂,solvent：能分散其它物质的化合物叫做溶剂。溶质,solute：被分散的物质叫溶质。,溶液,固态溶液（合金）液态溶液（生理盐水）气态溶液（空气）,水是无机化学中最常见的溶剂，通常所说的溶液一般指水溶液，aqueoussolution。,溶液的任何部分都是均匀的，透明的。,2.溶液的基本性质,溶解过程是一种特殊的物理化学过程.,化学过程溶剂分子与溶质分子间产生水合作用(“溶剂化”作用)放热过程，体积减小,热效应,放热过程,二、溶解度和“相似相溶”,1.溶解度单位体积饱和溶液中所含溶质的量（g或mol）。2.相似相溶极性相似的物质彼此容易溶解。,浓度：溶液中溶剂和溶质的相对含量。溶解度：饱和溶液中溶剂和溶质的相对含量。,第二节溶液的浓度,溶剂A；溶质B,1.质量分数溶质B的质量(mB)与溶液质量(m)之比。2.摩尔分数某物质的物质的量分数的简称。,浓度的表示方法,3.质量摩尔浓度(mol/kg)溶质B的物质的量除以溶剂的质量，符号为bB。4.质量浓度(常用gL-1)溶质B的质量除以溶液的体积。B=mB/v5.物质的量浓度(常用molL-3，moldm-3)溶质B的物质的量除以混合物的体积，cB。,6.比例浓度：将固体溶质1g或液体1cm3配制成xcm3溶液，符号为1:x。,例如：1:1000的高锰酸钾溶液是指将1g高锰酸钾加水溶解成1000cm3的溶液。,【例1-1】20时，将350gZnCl2溶于650g水中，溶液的体积为739.5ml，求此溶液的物质的量浓度和质量摩尔浓度。,解：ZnCl2的摩尔质量为136gmol-1。,物质的量浓度：,质量摩尔浓度：,【例1-2】欲配制1.0moldm-3的硫酸溶液0.50dm3，需取用=1.84gcm-3，98%的浓硫酸多少cm3？解：设需取浓硫酸xcm3。因为稀释前后溶液中溶质含量不变，则0.50dm31.0moldm-398gmol-1x1.84gcm-398%x=27.17cm3答：需取用浓硫酸27cm3。,电解质，electrolytes：在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物。它们可以是酸，碱或盐，都可以产生离子用于导电。,强电解质，strongelectrolytes：在水溶液中能够完全电离的电解质。强酸、强碱、大部分盐类。,弱电解质，weakelectrolytes：在水溶液中只能部分电离的电解质。弱酸、弱碱、某些盐类。非电解质，nonelectrolytes:在水溶液中可溶解，但不能产生离子，也不能导电。,第三节稀溶液的依数性,煮沸的鸡汤很烫？冰镇可乐很爽？施肥过多会使作物枯萎？海鱼不能生活在淡水中？,溶液的性质,与溶液浓度有关：蒸气压、沸点、凝固点、渗透压等,本节内容只和非电解质的稀溶液的性质有关。,当溶液非常稀时，1L溶液1Kg，此时，认为cbB。,稀溶液的依数性：溶液的性质中只与溶质的浓度有关，而与溶质的本性无关的那些性质称为稀溶液的依数性。依数性包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压等。,一、溶液的蒸气压下降拉乌尔定律,Vaporphaseliquid,（一）饱和蒸气压蒸发；凝聚；饱和蒸气：水的蒸发与凝聚达到动态平衡时恒定浓度的水蒸气；饱和蒸气压p：该温度下液体的饱和蒸气的压力,PaorkPa，简称蒸气压；每种固体或液体，温度一定，饱和蒸气压是定值；固体也可以蒸发，但蒸气压很小。,饱和蒸气压的性质a.与液体的本质有关;b.与液体的量以及液面上空的体积无关;c.相同温度下，若液体分子间的引力强，液体分子难以逸出液面，p低；反之p就高;d.同一液体，T高，p大；T低，p小。,（二）溶液的蒸气压下降,稀溶液蒸气压下降的实验,(a)纯水(p0)(b)蔗糖溶液(p),结论：溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。,实验测定25C时，水的饱和蒸气压:p(H2O)=3167.7Pa；0.5molkg-1糖水的蒸气压则为:p(H2O)=3135.7Pa；1.0molkg-1糖水的蒸气压为:p(H2O)=3107.7Pa。,Examples,溶液蒸气压下降与浓度之间的定量关系,拉乌尔定律，Raoultlaw(F.M.Raoult,1887，France)p=p0 xAp0某温度时纯溶剂的蒸气压p同温度下稀溶液上面溶剂的蒸气压，即溶液的蒸气压xA溶液中溶剂的摩尔分数。,设xB为溶质B的摩尔分数p=p0 xA=p0(1-xB)p0p=p0 xBpp0p=p0 xB,在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。,293K时水的饱和蒸气压为2.38kPa,将6.840g蔗糖溶于100.0g水中，求蔗糖溶液的质量摩尔浓度和蒸气压。,解：蔗糖的摩尔质量为342.0gmol-1，质量摩尔浓度为,水的摩尔分数为,蒸气压为：p=p0xA=2.338kPa0.9964=2.330kPa,Examples,二、溶液的沸点升高,（一）液体的沸点，boiling-point,Tb液体的蒸气压随温度升高而升高，当蒸气压与外界大气压相等时，液体开始沸腾（表面和内部同时气化的现象）。液体的沸点指其蒸气压与外界大气压相同时的温度。液体的正常沸点是指外压为101.3kPa时的沸点。,（二）溶液的沸点升高(Tb),溶液沸点升高的根本原因是溶液的蒸气压下降,a.纯溶剂的沸点：恒定b.溶液的沸点：不恒定恒定；一般指刚沸腾时的温度。,含难挥发溶质的溶液的沸点比纯溶剂的沸点高TbTb(溶液沸点)Tb0(溶剂沸点),难挥发非电解质稀溶液的沸点升高Tb和溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。,Kb摩尔沸点升高常数，Kkgmol-1，只与溶剂的本性有关,沸点升高可用来计算难挥发电解质的摩尔质量。,葡萄糖1.09g溶于20.0g水中所得溶液的沸点升高了0.156K，求葡萄糖的摩尔质量。,解,Examples,将数据带入，得,在医药中的应用：减压蒸馏：降低蒸发温度，避免破坏；热压灭菌：适用于热稳定性好的药品，提高水蒸气温度，缩短灭菌时间。,三、溶液的凝固点下降,1.液体的凝固点，freezing-point，Tf在凝固点，固体和液体平衡共存，两相的蒸气压相等。溶液的凝固点是溶液中水的蒸气压与冰的蒸气压相等时的温度。,若物质的固液两相蒸气压不等，则蒸气压大的相将向蒸气压小的相转变。,2.凝固点降低，Tf,1,2,273,温度(K),蒸气压(KPa),冰的蒸气压曲线水的蒸气压曲线,溶液浓度越高，其凝固点越低,曲线1，3交汇处p冰p溶液，冰水共存,凝固点下降的应用实例冬天防止汽车水箱炸裂加甘油或乙二醇积雪路面防滑洒盐盐和冰的混合物可做冷却剂,Kf摩尔凝固点下降常数,Kkgmol-1，只与溶剂本性有关,凝固点降低的程度只取决于溶液中溶质质点的多少，而与溶质的本性无关。,利用凝固点下降原理测定未知物质的摩尔质量较广泛：,相同溶剂的凝固点下降常数比沸点升高常数大，实验误差较小；凝固点时，溶液中有晶体析出，易观察；Tf的测定可精确到0.0001；不会引起溶质挥发导致浓度改变；可用于易挥发和难挥发的非电解质溶液，生物样品。,MB,Examples,将0.638g尿素溶解于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质量。,解：水的Kf=1.86Kkgmol-1，因为,四、溶液的渗透压，osmoticpressure,（一）渗透现象与渗透压扩散现象：纯溶剂和溶液或不同浓度的溶液互相接触，一段时间后，由于分子的运动会成为均匀浓度的溶液。,纯水在纯水中加入少许蔗糖,渗透现象：通过半透膜发生的表面上单方向扩散的现象。水分子会穿过半透膜从水多的一方渗透到水少的一方。,葡萄糖分子,水分子,半透膜,糖水,半透膜原理,半透膜：只允许水等溶剂分子自由通过而溶质分子不能通过的多孔性膜状物质。,半透膜：细胞膜，膀胱膜，毛细血管壁等生物膜、萝卜皮、肠衣、蛋衣、玻璃纸、羊皮纸、人造火棉胶膜等，不同的种类有不同的孔径，即通过的分子种类不同。,H2O水分子,蔗糖分子,v左v右,v右,v左,由渗透产生一定的静压力，促使水分子向两边渗透的速率趋于相等，最终溶液与纯溶剂的液面差达到一定高度，不再改变。,溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度大，渗透趋向大。,由此产生的净压力称为渗透压，以符号表示。,h,溶液的渗透压，：为了阻止纯溶剂向溶液方向渗透，必须在溶液一方额外施加一个适当的压力。,溶剂,溶液,B,反渗透现象：若额外施加的压力大于，则溶液中的溶剂将向纯溶剂方向渗透。用于从海水中快速提取淡水和废水治理中除去有毒有害物质。,产生渗透现象的必要条件：半透膜；膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等。渗透特点：稀溶液浓溶液溶剂分子迁移，缩小浓度差渗透产生原因：溶液的蒸气压下降，即纯溶剂蒸气压高，存在净转移趋势。,（二）VanttHoff定律非电解质稀溶液的渗透压与温度、浓度的关系，与理想气体定律完全符合。范特霍甫（VanttHoff，荷兰，1886）1901，第一个诺贝尔化学奖,溶液的渗透压,kPa；V溶液的体积,L；n溶质的物质的量，mol；R摩尔气体常数，8.314Jmol-1K-1T温度，K；C溶液的物质的量的浓度，molL-1,VnRT,cRT,Conclusion:在一定体积和温度下，非电解质稀溶液的渗透压和溶液中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。,很稀的溶液：cbB，,对稀溶液而言，质量摩尔浓度和物质的量的浓度相等，因此上式可转化为：,【例】人血浆在272.44K结冰，求体温310K时血浆的渗透压。,解：水的凝固点为273K，故血浆的凝固点下降Tf为：,根据公式,Tf=273272.44=0.56（K）,得,【例】276.15K时，某血红蛋白水溶液的渗透压为344.3Pa，其浓度为10.0gL-1，求血红蛋白的相对分子量。,解：,三、渗透压力在医学上的意义,2.配制等渗、高渗和低渗溶液医学上以血浆的渗透压力为标准：渗透浓度320mmolL-1-高渗溶液,1.测定蛋白质等高分子化合物的相对分子质量。,活学活用海洋盐差发电,2.海水的平均盐度为，每条江河入海处的海水渗透压可以相当于米高的水位落差。,3.位于亚洲西部的死海，渗透压可以达到上百个大气压，流入死海的约旦河，每注入死海立方米河水，理论上的发电功率就可以达到万千瓦。,4.以色列洛布，他设计出压力延滞渗透能转换装置，效果满意。,5.美国俄勒冈大学研制出一种新型的渗透压式盐差能发电系统。,6.全世界海洋内储藏的盐差能总输出功率可以达到亿千瓦。,1.原理：利用不同浓度的海水在半透膜下产生渗透压,解释与回答现象：浮在海面上的冰山，其中含盐量很少。让盐水结冰，产生的冰块是咸的还是淡的？,思考题,运动时,口渴为什么要喝水海水鱼为什么不能生活在淡水里医院给病人输液为什么要输等渗溶液,设计实验：有一种蛋白质，估计它的摩尔质量在12000gmol-1左右，试问用哪一种依数性来测定摩尔质量最好？并设计该实验。,电解质稀溶液依数性的特殊性,表现在：电解质溶液的依数性出现偏差。,引入校正系数i：,1887年，阿仑尼乌斯，电离理论：电解质在水溶液中有一部分自发地解离为带相反电荷的粒子（称为离子），这种解离的过程叫电离过程。,极稀溶液中，i趋向于整数，如KCl的i趋向于2。,本章小结,(1)质量摩尔浓度(mol/kg),(2)物质的量浓度(moldm-3),1.溶液浓度的表示方法,溶剂,溶液,1蒸气压下降,2沸点上升,3凝固点下降,4渗透压,求溶质的摩尔质量,1.稀溶液的依数性有（）、（）（）、（）2.稀溶液四个依数性中本质的是（）3.渗透产生的条件：（）、（）4.非电解质蔗糖，弱电解质醋酸，强电解质NaCl，哪一个表现出的依数性是最大的？,练习,一、填空题1.稀溶液的依数性有（）。2.稀溶液四个依数性中最本质的是（）。3.渗透产生的条件是（）。二、单项选择题1、下列水溶液中，蒸汽压最高是（）A.0.10mol/L的蔗糖溶液B.0.10mol/L的KCl溶液C.0.10mol/L的HAc溶液D.0.10m