大学无机化学 第一章 物质的状态-溶液

1、无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2 液体和溶液液体和溶液1.2.1 液体的特点1.2.2 描述液体的物理量描述液体的物理量1.2.3 溶液的一般概念1.2.4 溶液的浓度1.2.5 稀溶液的依数性稀溶液的依数性无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2.1 1.2.1 液体的特点液体的特点 液体所表现出来的特性由其结构特点决定的。它处于完全混乱的气体状态和基本上完全有序的固体状态之间，所以它既不能象气体运动论那样作基本假设，又不能象固体那样，通过一定的对称性作一些定量计算，因而液体的定量理论的发展到目前为止还不甚理想。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体液体的特点：液体的特

2、点：1、液体的压缩性很小；2、具有流动性，在一定温度下，有固定的体积；结构特征：结构特征： 短程有序，长程无序。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2.2 1.2.2 描述液体的物理量描述液体的物理量液体本身也有一些特性 ：粘度，表面张力，凝固点，沸点，饱和蒸气压饱和蒸气压（简称为蒸气压）蒸气压蒸气压 (1) 在液体表面，只有超过平均动能的分子，才能克服邻近分子的吸引，进入气相中蒸发。(2) 在密闭容器密闭容器中，在不断蒸发的同时，部分蒸气又会重新回到液体凝聚。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体(3) 在一定温度下，在密闭容器密闭容器中，经过一定时间，蒸发与凝聚达到平衡蒸发与凝聚

3、达到平衡，这时液面上的蒸气称为饱和蒸气。(4) 由饱和蒸气产生的压强称为饱和蒸气压，简 称蒸气压（vapor pressure of liquid）。(5) 对于同一种液体的蒸气压不决定于液体的体积，也不决定于蒸气体积，只与温度有关;所以蒸气压仅与液体本质液体本质(?)和温度和温度有关。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2.3 溶液的一般概念溶液的一般概念1.分散系 1）一种或几种物质的质点分散在另一种物质的质点中所形成的体系，称为分散系。分散系中又分为：分散相（被分散的物质）和分散介质（容纳分散相的物质） 2）分类： a 均匀分散系, b 不均匀分散系 3）分散相直径： d 100

4、nm 悬浊液、乳浊液。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体2.溶液溶液(Solutions) （1）溶液是均匀的分散系 （2）溶液的分类无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2.4 溶液的浓度溶液的浓度1溶液浓度表示法 (1) 质量质量百百分分浓度浓度（m/m）：(mass fraction, mass percentage)， ppm(parts per million)，ppb(parts per billion) 饮水中的砷含量不得超过0.05ppm（= 0.05mg/1L H2O） (2) 体积物质的量浓度体积物质的量浓度（M = n / V）： 物质的量浓度（M） = mo

5、les of solute/liters of solution无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体(3) 质量物质的量浓度质量物质的量浓度（n / 1000g H2O）： 质量物质的量浓度（m） = moles of solute / kilograms of solvent 当溶液很稀时， = 1，所以1kg溶剂近似看作1L溶液，则M m (4) 摩尔分数（摩尔分数（xi）Mole fraction of component: 摩尔分数xi = n i / n = moles of component/total moles of all components无机化学无机化学第第1 1

6、章章 气体气体 2. 各种浓度之间的换算. 3. 各种不同纯度试剂的表示各种不同纯度试剂的表示： 优级纯： Guarantee reagent 分析纯： Analytical reagent 化学纯： Chemical reagent 实验试剂： Laboratory reagent无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1.2.5 稀溶液的依数性（稀溶液的依数性（ colligative properties of dilute solution） Colligative 来自希腊语，意为团结、一起的意思。依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性质，

7、而与溶质的种类无关性质，而与溶质的种类无关。. Lowering the vapor pressure. Elevation of the boiling point. Freezing point depression of solution . Osmotic pressure无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体1溶液的蒸气压降低溶液的蒸气压降低（Lowering the vapor pressure）稀溶液依数性的核心(1) 在一定温度下，向纯溶剂中加入难挥发性的溶质难挥发性的溶质，此溶液的蒸气压仍然是溶剂的蒸气压。(2) 在一定温度下，溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。(3) 拉乌尔

8、定律拉乌尔定律：1880年法国化学家拉乌尔（Raoult）通过实验发现：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数有关：无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体P = P* - P = x质质P* 称为称为Raoults law. 其中其中p*为在某温度下纯溶剂蒸为在某温度下纯溶剂蒸气压，气压，p为同一温度下溶液蒸气压。为同一温度下溶液蒸气压。 对于只有一种难挥发溶质的溶液：对于只有一种难挥发溶质的溶液：x质质 + x剂剂 = 1 P =（ 1-x剂剂）P* = P* - x剂剂P*， 故故 P = x剂剂P* , 这是一种更常用的形式。这是一种更常用的形式。 文字叙述为：文字叙述为：在

9、一定温度下，某难挥发性溶质的在一定温度下，某难挥发性溶质的溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。尔分数。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体Fig. 1 An aqueous solution and pure water in a closed environment. (a) Initial stage, (b) After a period of time, the water is transferred to the solution.无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体2溶液沸点的升高溶液沸点的升高（Boiling po

10、int elevation of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶液的沸点要高于纯溶剂的沸点，即Tb Tb *， Tb = Tb Tb* = Kbm Kb为molar boiling point elevation constant。 在数值上恰好等于1m溶液的沸点上升的度数， 其单位为（）K kg mol1。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体3溶液的凝固点的降低溶液的凝固点的降低（Freezing point depression of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶液的凝固点要低于纯溶剂的凝固点。即Tf* Tf Tf =T

11、f* Tf= Kf m Kf molar freezing-point depression constant.在数值 上恰好等于1m溶液的凝固点下降的度数， 其单位为（）K kg mol1。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体例题例题：3.24g Hg(NO3)2和10.14g HgCl2 分别溶解在1000g水中，溶液的凝固点分别为 0.0558和0.0744，问哪种盐在水中以离子状态存在?（Kf = 1.86）ff0.05880.0300m1.86TmK（ ）(3.24/324)mol0.01m1kg（ ）Hg(NO3)2 ：Hg(NO3)2在

12、水中以离子状态存在无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体HgCl2： 而 HgCl2基本上以分子形式存在ff0.07440.0400 m1.86TmK（ ）(10.84/271)mol0.040m1kg（ ）无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体4渗透压渗透压（Osmotic pressure）(1) 半透膜（semipermeable membrane）a材料：Certain materials, including many membranes in biological systems and synthetic substances such as cellophane, are

13、semipermeable. b作用：They permit the passage of some molecules but not others. They often permit the passage of small solvent molecules such as water but block the passage of large solute molecules or ions.cstructure: Semipermeable membrane character is a network of tiny pores within the membrane.无机化学

14、无机化学第第1 1章章 气体气体 (2) 渗透（渗透（osmosis）：）：溶剂分子通过半透膜从稀溶液向浓溶液方向移动的现象，称为渗透。 There is a net movement of solvent molecules from the less concentrated solution into the more concentrated one. This process is called osmosis. The important point to remember is that the net movement of solvent is always toward t

15、he solution with the higher solute concentration. 渗透压：渗透达到平衡时，半透膜两端液面差所产生的静压力。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体如果在溶液一端施如果在溶液一端施加一个大小等于渗加一个大小等于渗透压的外压，就可透压的外压，就可阻止渗透作用进行。阻止渗透作用进行。如果外压大于渗透如果外压大于渗透压，则水分子将由压，则水分子将由溶液向纯水中渗透，溶液向纯水中渗透，这个过程称为这个过程称为反渗反渗透透。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体 (3) 1887年 vant Hoff（185219

16、11） 范德霍夫，荷兰物理化学家，曾获1901年诺贝尔化学奖 研究溶液的渗透压，其结论为：溶质分散在一定体积的溶剂中的渗透压和溶质扩散在等体积中的气体压力一样， 即：V = nRT or = cRT(The osmotic pressure is found to obey a law similar in form to the ideal gas law)无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体 注意：注意： a极稀溶液中，一升溶液近似看作1kg溶剂，所以 mRT； b只有在半透膜存在下，才能表现出渗透压； c虽然稀溶液的 = cRT与气体的pV = nRT完全符合，但与p产生的原因是不同

17、。无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体a求分子量求分子量。渗透压常用于极高分子量的物质的测定。Sample exercise 1：在250C、1升苯中含5.0克聚苯乙烯的溶液，其 = 7.6mmHg，试求聚苯乙烯的分子量？5.0nMSolution： = 7.6 / 760 = 0.01（atm）= 1 Kpa T= 298K 由 = cRT得 M = 1.22104（g / mol）故聚苯乙烯的分子量为1.22104(4) 应用应用a求分子量求分子量。渗透压常用于极高分子量的物质的测定。Sample exercise 1：在250C、1升苯中含5.0克聚苯乙烯的溶液，其 = 7.6mmH

18、g，试求聚苯乙烯的分子量？无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体 b配制等渗溶液（配制等渗溶液（isotonic solution）：）：渗透压相等的溶液，例如红血球的渗透压与0.9%的NaCl(aq)的渗透压相同。 若把血液放入小于0.9%NaCl溶液中，水就渗入红血球中，红血球溶涨，可使红血球破裂，称为溶血作用（hemolysis）； 若把血液放入大于0.9%的NaCl溶液中，红血球中的水分就渗出，红血球缩小(shrive)，所以大量的静脉注射必须配制与血液相等的渗透压才能应用，否则会引起严重的疾病。c可使海水淡化可使海水淡化无机化学无机化学第第1 1章章 气体气体稀溶液依数性的总结稀溶液依数性的总结1、当难挥发性的非电解质溶解在溶剂中形成极稀溶液，它的蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低以及渗透压，与在一定量的溶剂或一定体积的溶液中所溶解的溶质的摩尔数成正比，而与溶质的本溶质的摩尔数成正比，而与溶质的本质无关质无关。我们把这种溶液在性质上变化的规律性称为稀溶液的依数性（colligative properties） 2、蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低都是由x剂或m质来决定的，因此它们之间有联系，蒸气压下蒸气压下降是核心降是核心。正是由于蒸气压的下降，引起了沸点升高和凝固点降低。无机