基础化学第二章[共44页]

1、1 第二章第二章 稀溶液的依数性稀溶液的依数性 依数性依数性* （coligative properties)： 只与溶质粒子的的数目有关，而与溶质的本性无只与溶质粒子的的数目有关，而与溶质的本性无 关的性质。又称关的性质。又称稀溶液的通性稀溶液的通性 依数性包括：依数性包括：溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升 高、凝固点降低和溶液的渗透压。高、凝固点降低和溶液的渗透压。 2 某温度下的纯水某温度下的纯水 在密闭容器中。在密闭容器中。 第一节 溶液的蒸气压下降 一、蒸气压（一、蒸气压（vapor pressure） 气、液两相处于平衡状态时蒸气的压力叫做该液气、液两相

2、处于平衡状态时蒸气的压力叫做该液 体的体的饱和蒸气压饱和蒸气压(蒸气压蒸气压)，用用p表示，单位表示，单位:Pa或或kPa。 气相气相 液相液相 蒸发蒸发 凝聚凝聚 gas phase liquid phase 克服分克服分 子间引子间引 力力 存在着两个过程：存在着两个过程： 蒸发蒸发* *（evaporation） 凝聚凝聚* （condensation） 当：蒸发、凝聚速度相等当：蒸发、凝聚速度相等 时，气相蒸气的密度不再改变，时，气相蒸气的密度不再改变， 它具有的压力也不再改变。它具有的压力也不再改变。 3 蒸气压大小与蒸气压大小与液体的本性（分子间力）液体的本性（分子间力）和和温度温

3、度 有关，与液体量和液面上方空间的体积无关。有关，与液体量和液面上方空间的体积无关。 在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压。在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压。 例如例如：293K时，时，水水2.34kPa，乙醚乙醚57.6kPa等。等。 4 乙醚乙醚 34.6 oC 乙醇乙醇 78.5 oC 水水 100 oC 101.3kPa p 0 20 40 60 80 100 120 T / oC 5 由图可见：由图可见： 1.1.同种液体的同种液体的蒸气压随蒸气压随温度升高而温度升高而增大。增大。 2.2.不同的液体不同的液体在同在同温度温度下其蒸气压不同。下其蒸气压不同。 一般蒸气压大者称为易

4、挥发性物质，蒸气压小一般蒸气压大者称为易挥发性物质，蒸气压小 者称为者称为难挥发性物质难挥发性物质。 固体也具有蒸气压，一般较小，碘、樟脑等显固体也具有蒸气压，一般较小，碘、樟脑等显 著。固体的蒸气压也随温度的升高而增大。著。固体的蒸气压也随温度的升高而增大。 6 二、溶液的蒸气压下降二、溶液的蒸气压下降 7 溶剂的蒸气压为溶剂的蒸气压为p0 0，溶液溶液* *的蒸气压为的蒸气压为p， 实验证明：实验证明：p nB 1000/ BA A A B A B BA B B bM M m n n n nn n x （ 2-8 ） p= p0-p K bB 即：在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的即：

5、在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的 蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质 的本性无关。的本性无关。 Raoult 定律的又一表述。定律的又一表述。 K为比例系数为比例系数* 11 例例2-4 已知已知293K时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为2.34 kPa，将，将 17.1g蔗糖蔗糖(C12H22O11)与与3.00g尿素尿素CO(NH2)2分别溶于分别溶于 100g水中，计算这两种溶液的蒸气压各是多少？水中，计算这两种溶液的蒸气压各是多少？ 解：解：(1)蔗糖的摩尔质量蔗糖的摩尔质量M342gmol-1，其物质，其物质 的量为：

6、的量为： mol0500. 0 molg342 g1 .17 1 B n mol66. 5 molg0 .18 g100 1 A n 991. 0 mol0500. 0mol56. 5 mol56. 5 A x kPa32. 2 991. 0kPa34. 2 A 0 xpp 12 对于尿素，同理可求得：对于尿素，同理可求得： mol0500. 0 molg0 .60 g00. 3 1 B n 991. 0 mol0500. 0mol56. 5 mol56. 5 A x kPa32. 2 991. 0kPa34. 2 A 0 xpp 这两种溶液，质量分数虽然不同，但是溶剂这两种溶液，质量分数虽然

7、不同，但是溶剂 的的摩尔分数摩尔分数相同，相同，蒸气压蒸气压也相同。也相同。 13 第二节、溶液的沸点升高和凝固点降低 一、液体的沸点升高 （一）液体的沸点Tb (boiling point) 液体的蒸气压等于外界压力时的温度。 p外， Tb 液体的沸点必须指明外界压力。 应用： 1.提取和精制对热不稳定的物质，用减压方法。 2.医疗器械，用高压消毒法提高水的温度，缩短 灭菌时间。 如：标准大气压下水的沸点为373.1K。 正常沸点：指外压101.3KPa时的沸点*。 14 (二)溶液的沸点升高 实验表明，难挥发性溶液的沸点要高于纯溶剂 的沸点。 溶液的沸点升高(Tb) =溶液的沸点(Tb)纯

8、溶剂的沸点(Tb0) 即: Tb = Tb Tb0 注意： 1.纯溶剂的沸点恒定，溶液的沸点不恒定。 2.溶液的沸点是指溶液刚开始沸腾时的温度。 原因：溶液的沸点升高与溶液的蒸气压下降有 关。且c，其p，则Tb 。见图2-2 15 溶液的蒸 气压总是 低于溶剂 为使溶液的蒸气压与外 压相等，必须提高温度 所提高的温度 就是沸点升高 为使溶液的蒸气 压与固相的相同 必须降低温度 所降低的温度 就是凝固点下降 16 难挥发性非电解质难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高与蒸气压下降稀溶液的沸点升高与蒸气压下降 成正比成正比. . b p 根据拉乌尔定律，得：根据拉乌尔定律，得： Tb b= = Tb-

9、Tb0 = = Kb bbB （2-9） 式中式中: :Kb b为溶剂的摩尔沸点升高常数，它与溶剂为溶剂的摩尔沸点升高常数，它与溶剂 的摩尔质量、沸点、汽化热有关，的摩尔质量、沸点、汽化热有关，Kb b值可由理论推值可由理论推 算，也可由实验测定。表算，也可由实验测定。表2 2-1 1 由由( (2-9) )式可见：式可见：难挥发性非电解质稀溶液的沸难挥发性非电解质稀溶液的沸 点升高只与溶液的质量摩尔浓度成正比，而于溶质点升高只与溶液的质量摩尔浓度成正比，而于溶质 的本性无关。的本性无关。 17 ( (一一) ) 凝固点凝固点Tf ( (freezing point) ) 定义定义: :物质的

10、固、液共存时的温度物质的固、液共存时的温度* *。 或液相的蒸气压与固相的蒸气压相等或液相的蒸气压与固相的蒸气压相等时的温度。时的温度。 纯水的凝固点为纯水的凝固点为273.0K, 又叫又叫冰点冰点* *。 二、凝固点下降二、凝固点下降( (freezing point depression) ) 1.溶液凝固时，开始析出的是溶剂的固体溶液凝固时，开始析出的是溶剂的固体(不含不含 溶质溶质)。 2.溶液的凝固点溶液的凝固点是指刚有溶剂固体析出时的温度。是指刚有溶剂固体析出时的温度。 18 p0 p1 p Tf0Tf T 纯溶剂稀溶液 纯溶剂 （固态） P0水0.6105kPa A B C 溶液

11、的凝固点降低溶液的凝固点降低 19 即即:稀溶液的凝固点降低与稀溶液的凝固点降低与质量摩尔浓度质量摩尔浓度成正比，成正比， 而与溶质的本质无关。而与溶质的本质无关。 Kf摩尔凝固点降低常数，只与溶剂本性有关摩尔凝固点降低常数，只与溶剂本性有关*。 总之，总之，难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和凝难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和凝 固点降低都与溶液的固点降低都与溶液的质量摩尔浓度质量摩尔浓度成正比成正比. (二）溶液的凝固点降低二）溶液的凝固点降低： Tf = Tf 0(纯溶剂 纯溶剂 )-Tf(溶液溶液) = Kf bB ( 2-10 ) f p 20 （三）应用：（三）应用： 1、 利用溶液的

12、凝固点降低测定小分子溶质的摩利用溶液的凝固点降低测定小分子溶质的摩 尔质量。尔质量。 （）Kf较大，实验误差小。较大，实验误差小。 （）（） Tf 受外压影响不大。受外压影响不大。 （）（） 低温下测量，浓度不变化。低温下测量，浓度不变化。 该方法的优点：该方法的优点： 21 例例2-取取0.749g谷氨酸溶于谷氨酸溶于50.0g水，测得凝水，测得凝 固点降低了固点降低了0.188 K，试求谷氨酸的摩尔质量。试求谷氨酸的摩尔质量。 解：解： 若按谷氨酸的分子式为：若按谷氨酸的分子式为： COOHCHNH2 (CH2)COOH计算，其摩尔质量计算，其摩尔质量 为为147（gmol-1）。）。 由

13、：由：Tf = Kf bB A B B m M m KT ff Kf = 1.86Kkg mol-1 1 1 A B B molkg148. 0 K188. 0g50 g749. 0molkgK86. 1 f f Tm mK M 22 应用：应用：1.汽车散热器的冷却水防冻常用甘油或乙二醇汽车散热器的冷却水防冻常用甘油或乙二醇. 2、冰盐混合物用于保存和运输水产品。、冰盐混合物用于保存和运输水产品。 NaCl冰盐混合物温度可降到-22； CaCl22H2O和冰，温度可降到-55。 2、 制作防冻剂和制冷剂制作防冻剂和制冷剂 23 一、渗透现象和渗透压一、渗透现象和渗透压* * （一）渗透现象（

14、一）渗透现象 扩散现象扩散现象 浓度差浓度差 -自发过程自发过程 第三节、溶液的渗透压第三节、溶液的渗透压(osmotic pressure) 24 半透膜半透膜( (semipermeable membrane) )： 只允许某些物质透过，而不允许另一些物质透只允许某些物质透过，而不允许另一些物质透 过的薄膜。过的薄膜。 可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣、人工制可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣、人工制 备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。 理想的半透膜：理想的半透膜：只允许溶剂分子透过而不允许只允许溶剂分子透过而不允许 溶质分子透过的薄膜。溶质分子透过的薄膜。 2

15、5 图图2-3 渗透现象和渗透压渗透现象和渗透压 26 渗透渗透( (osmosis*) )：溶剂分子透过半透膜从纯溶溶剂分子透过半透膜从纯溶 剂进入溶液剂进入溶液( (或从稀溶液向浓溶液或从稀溶液向浓溶液) )的净迁移。的净迁移。 渗透现象产生的条件：渗透现象产生的条件： (1)(1)半透膜的存在半透膜的存在 (2)(2)浓度差浓度差 渗透方向渗透方向: :溶剂分子总是从浓度小的溶液溶剂分子总是从浓度小的溶液( (或纯溶或纯溶 剂剂) )通过半透膜向浓度大的溶液渗透通过半透膜向浓度大的溶液渗透 渗透的目标：缩小溶液的浓度差。结果使浓度趋渗透的目标：缩小溶液的浓度差。结果使浓度趋 于平均化。于

16、平均化。 渗透平衡：单位时间内溶剂分子进出半透膜数目渗透平衡：单位时间内溶剂分子进出半透膜数目 相等的状态。相等的状态。渗透现象不再发生渗透现象不再发生( (图图2-3示示) ) 27 （二）渗透压（二）渗透压 把溶液和把溶液和纯溶剂纯溶剂用只允许溶剂通过的半透膜隔用只允许溶剂通过的半透膜隔 开开, , 为达到渗透平衡所需在溶液液面上增加的压力为达到渗透平衡所需在溶液液面上增加的压力, , 称为这个溶液的称为这个溶液的渗透压（力）渗透压（力）。 符号符号:， 单位：单位：常用常用Pa或或kPa 浓度不同的溶液用半透膜隔开浓度不同的溶液用半透膜隔开, ,为保持膜两侧液面为保持膜两侧液面 不变且达

17、到渗透平衡所需在浓溶液液面上增加压力不变且达到渗透平衡所需在浓溶液液面上增加压力 是两溶液渗透压之差。是两溶液渗透压之差。 28 （三）（三） 反向渗透（见图）反向渗透（见图） P P外 外= =，渗透平衡，渗透平衡 P P外 外 ，渗透现象，渗透现象 P P外 外 ，反向渗透，反向渗透 29 反渗透：反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力可使溶在浓溶液一侧增加较大的压力可使溶 剂进入稀溶液（或溶剂）。剂进入稀溶液（或溶剂）。 P 渗渗 透透 反渗透反渗透 应用：应用：溶液的浓缩、海水的淡化、废水处理等。溶液的浓缩、海水的淡化、废水处理等。 30 二、二、Vant Hoff定律定律* 实验证明实验

18、证明: 当当T一定时一定时 c 当当c一定时一定时 T 范特荷甫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶范特荷甫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶 液的浓度和温度的关系同理想气体方程式一致。液的浓度和温度的关系同理想气体方程式一致。 V = nRT （2-11） 或：或： = cRT （2-12） c = n/V ，对于稀水溶液：对于稀水溶液：cbB 则 则: bB RT （2-13）* 比例常数为气体常数比例常数为气体常数R(8.314 kPa Lmol-1K-1). 式中：式中：是渗透压是渗透压(kPa),T是热力学温度是热力学温度(K)，V是溶是溶 液的体积液的体积(L), c是物质的量浓度是物质

19、的量浓度(molL-1)。 31 综上所述：综上所述：难挥发非电解质稀溶液的所难挥发非电解质稀溶液的所 有依数性决定于溶液中溶质粒子的浓度，而有依数性决定于溶液中溶质粒子的浓度，而 与溶质粒子的本性无关。与溶质粒子的本性无关。 蒸气压下降蒸气压下降 p=K bB (2-8 ) 沸点升高沸点升高 Tb= Kb bB （2-9） 凝固点降低凝固点降低 Tf = Kf bB (2-10) 渗透压渗透压 = cRT bB RT （2-13） 32 测定小分子物质的相对分子量可用凝固点降低测定小分子物质的相对分子量可用凝固点降低 法。法。 测定大分子物质的相对分子量一般用测渗透压测定大分子物质的相对分子

20、量一般用测渗透压 的方法。因为渗透压法比凝固点降低法灵敏。的方法。因为渗透压法比凝固点降低法灵敏。 33 例例2-10 将将35.0g血红蛋白血红蛋白(Hb)溶于足量纯水中，溶于足量纯水中， 配制成配制成1.00L溶液，在溶液，在298K时测得溶液的渗透压为时测得溶液的渗透压为 1.33kPa，求，求Hb的摩尔质量。的摩尔质量。 cRT 14 Lmol1037. 5 29831. 8 33. 1 RT c 解：解： 首先计算该溶液的浓度：首先计算该溶液的浓度： Hb的摩尔质量：的摩尔质量： 1-4 4 g.mol1052.6 1037.5 0.35 M 此时，溶液凝固点下降此时，溶液凝固点下降

21、Tf =KfbB =9.9810-4 K ,与与 （1.33kPa）相比难测准确。）相比难测准确。 34 比较以上计算结果可见比较以上计算结果可见：对于摩尔质量较大的：对于摩尔质量较大的 溶质，若取相同浓度的稀溶液进行实验，溶质，若取相同浓度的稀溶液进行实验，p、 Tb和和Tf 往往很小，难于准确测量。而渗透压往往很小，难于准确测量。而渗透压 值却很大，故实际工作中，常采用渗透压法测高聚值却很大，故实际工作中，常采用渗透压法测高聚 物的平均摩尔质量。物的平均摩尔质量。 能否用渗透压法测小分子溶质的平均摩尔质量？能否用渗透压法测小分子溶质的平均摩尔质量？ 不能不能 35 1 1 112212 L

22、mol117. 0 L0500. 0molg342 g00. 2 )( V n OHCc 310KmolK8.314JL0.117mol 111 RTcB kPa302 相当于相当于30.830.8米水柱高的压力，可看出渗透压力米水柱高的压力，可看出渗透压力 是一种强大的推动力。要用一般的半透膜测定小分是一种强大的推动力。要用一般的半透膜测定小分 子物质的渗透压力是困难的。这是因为一般的半透子物质的渗透压力是困难的。这是因为一般的半透 膜达不到这样高的机械强度。通常测膜达不到这样高的机械强度。通常测Tf计算得到计算得到 例例 将将2.00g2.00g蔗糖蔗糖(C(C12 12H H2222O

23、O1111) )溶于水，配成 溶于水，配成50.0ml50.0ml 溶液，求溶液在溶液，求溶液在3737时的渗透压力。时的渗透压力。 解解 C C12 12H H2222O O1111摩尔质量为 摩尔质量为342gmol342gmol-1 -1, ,则 则 36 i 是修正系数是修正系数(校正因子校正因子)，溶液，溶液很稀很稀时，时，i 接近接近 于于一个化学式组分的强电解质电离出的离子个数，一个化学式组分的强电解质电离出的离子个数， 称为称为vant Hoff系数。系数。 NaC1、NaHCO3的的i2， AB型型 CaCl2、Na2SO4的的i 3 AB2 或或A2B型型* 三、强电解质溶

24、液的依数性 Tb= i KbbB Tf=i KfbB p= i K bB = = i cRT i bB RT 37 四、渗透压在四、渗透压在医学上医学上的意义的意义 （一）（一） 渗透浓度（渗透浓度（osmotarity）：渗透活性物质）：渗透活性物质 （独立粒子包括分子、离子）的总浓度，（独立粒子包括分子、离子）的总浓度， 符号符号 为为c os ,单位为单位为molL-1 或或mmolL-1 。 医学上医学上,溶液渗透压的大小常用溶液渗透压的大小常用渗透浓度渗透浓度来表示。来表示。 非电解质非电解质稀溶液稀溶液： c os= c 强电解质强电解质稀稀溶液溶液： c os= i c 任意电解

25、质任意电解质稀稀溶液溶液： c os= p/ k = Tb/kb= Tf/kf = / RT 38 解：解：根据根据 Tf = Kf c os 得得 : c os = Tf / Kf RT K T RT f f osc kPa KKmolLPa molkgK K 2 11 1 108 . 7 310314. 8 86. 1 56. 0 体温体温310K时，人体血液的渗透压是时，人体血液的渗透压是7.8102 kPa。 例例2-8 测得人体血液的凝固点降低值是测得人体血液的凝固点降低值是0.56K, 求在体温求在体温310K时血液的渗透压。时血液的渗透压。 凝固点渗透压计原理凝固点渗透压计原理

26、39 (二二) 等渗、高渗和低渗溶液等渗、高渗和低渗溶液 医学上，医学上，等渗、高渗和低渗溶液是等渗、高渗和低渗溶液是以以血浆血浆渗透渗透 浓度作为标准确定的。浓度作为标准确定的。 正常人血浆的渗透浓度为正常人血浆的渗透浓度为300mmolL-1 生理生理等渗溶液等渗溶液： c os= 280320mmolL-1 生理生理高渗溶液高渗溶液: c os 320mmolL-1 生理生理低渗溶液低渗溶液: c os 280mmolL-1 40 临床上大剂量输液中，常用临床上大剂量输液中，常用 50.0gL-1的葡萄的葡萄 糖溶液、糖溶液、9.0gL-1生理盐水、生理盐水、12.5gL-1的的NaHCO3 溶液溶液，为什么？，为什么？生理等渗溶液生理等渗溶液