医学基础化学第1讲 溶液

第一章溶液第一节溶液的组成量度第二节气体的溶解度和分配定律

第三节稀溶液的依数性

【目的要求】

1、掌握溶液组成量度的各种表示方法及有关计算。2、熟悉亨利定律、气体吸收系数、分配定律。3、掌握溶液的依数性及其应用。4、了解溶液及溶解度的概念5、自学晶体渗透压和胶体渗透压。

溶液(solution)是物质以分子、原子、离子等状态分散于另一种物质中所形成的均匀而稳定的体系。

第一节溶液的组成量度溶液的组成量度——指一定量的溶液（或溶剂(solvent)）中所含溶质(solute)的量。根据不同的需要，其表示方法有多种，常用的几种表示方法如下：

一、物质的量浓度(amount-of-substanceconcentration)1、物质的量表示物质数量的基本物理量，符号n(B)，单位为：摩尔在使用物质的量时应注意的事项：①在使用单位摩尔时，基本单元必须同时指明。②基本单元应该用粒子符号、物质的化学式或它们的特定组合表示。③同一系统中的同一物质，若选取的基本单元不同，则用摩尔作单位表示的物质的量也不同。对一般的物质，若基本单元选取为Ｂ和bB，则有n(B)=bn(bB)。④“物质的量”是一个整体的专用名词，文字上不能分开使用和理解。注意：使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。

例：c(KMnO4)=0.10mol·L

1

c(1/5KMnO4)=0.10mol·L

1两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1L溶液中所含KMnO4的物质的量n是不同的，前者为0.10mol，后者为0.10/5=0.02mol。例：对某一H2C2O4溶液，已知

c(2H2C2O4)=1mol·L-1则：c(H2C2O4)=2×c(2H2C2O4)=2mol·L-1

c(1/2H2C2O4)=2×2=4mol·L-1

设某溶液由溶质B和溶剂A组成，则nBnAxB=xA=nA+nB

nA+nB

∴

xA+xB=1

例：某样品Na2CO3的质量分数为0.80，表示1g该样品中含Na2CO30.80g或100g样品中含Na2CO380g。

旧称：质量—质量百分浓度，符号﹪（g·g-1）

质量分数ωB=

mB/m摩尔分数

xi=ni

/（n1+n2+…）质量摩尔浓度

bB=

nB/mA（

mol·㎏-1

）物质的量浓度

c（B）=nB/V

c（B）=b×c（bB）质量浓度ρB=

mB/V体积分数φB=VB/V例1：20℃10.00mL饱和NaCl溶液的质量为12.003g，将其蒸干后，得NaCl晶体3.173g，求该温度下的：

(1)溶解度(用cB表示)，

(2)质量分数（ωNaCl）

(3)质量浓度（ρNaCl）

(4)质量摩尔浓度（bB）

解:(1)

cNaCl=3.173/(58.5×10.00×10-3)=5.42(mol·L-1)(2)ωNaCl=3.173/12.003=0.2644(3)ρNaCl=3.173/10.00=0.3173(g·mL-1)(4)bNaCl=3.173/58.5×(12.003-3.173)×10-3

=6.15(mol·㎏-1)表1-137℃时三种气体在H2O和血浆中的吸收系数气体α（H2O中）α（血浆中）O20.02390.0214CO20.5670.515N20.01230.0118

影响气体溶解度的因素与气体和液体的本性有关，还与T、p有关。①物理溶解、化学溶解②气体的溶解度随T升高而减小③压力对气体溶解度的影响—亨利定律

表1-2温度对O2在水中溶解度的影响温度(℃)O2在水中的溶解度（×10-3g/100gH2O）06.945403.082801.3811000.0

人在呼吸过程中发生在肺泡气和静脉血间的气体交换：

肺泡pO2=13.3kPa

静脉血

动脉血

pO2=5.3kPapO2=13.3kPa

pCO2=6.1kPapCO2=5.3kPa

肺泡pCO2=5.3kPa

萃取：根据物质在两种不同溶剂中的溶解度的差别，可以选用适当的溶剂，把物质从另一种溶液中提取出来。（碘的四氯化碳溶液）

萃取时所选用的溶剂必须是对被萃取物溶解度较大且和原来溶剂不互溶又不发生缔合或化学作用。

萃取就是分配定律的一个重要应用。萃取是一种有效的分离技术，它平衡速度快，处理容量大，分离效果好且操作简便，医学上常应用于中草约有效成分的提取和分离。

如何提高萃取效率？

由分配定律可知：

①物质在两种不互溶的溶剂中溶解度相差越大，即K越大，萃取效率越高。所以当有几种溶剂可以选择时，应尽可能选用K大的作萃取剂。②用相同体积的萃取剂，多次萃取比一次效率高。但萃取次数太多，操作繁杂费时，故在实际工作中一般进行2～3次即可。第三节稀溶液的依数性

溶液有两大类性质：①与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等；②与溶液中溶质的质点数有关，而与溶质的本身性质无关。如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等

依数性：只与溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关的性质。包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压等。

一、蒸气压的下降

1.蒸气压（VaporPressure)（1）蒸发(又称为气化):在一定条件下,液体内部一些能量较大的分子克服液态分子之间的引力从表面逸出,成为蒸气分子的过程.（2）凝聚：蒸发出来的蒸气分子撞到液面,为液体分子所吸引而重新进入液体的过程,这是一个放热过程.蒸发和凝聚是一个可逆过程

蒸发evaporationH2O(l)H2O(g)

凝结condensation

当蒸发速率与凝结速率相等时，

气相和液相达到平衡，该平衡是一动态平衡

。纯溶剂的气、液平衡系统饱和蒸气压

(po)（saturatedvaporpressure）

将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目相等时，这时液体上方的蒸气所具有的压力。单位：Pa,kPa

温度升高，蒸气压增大蒸气压—温度曲线说明：

①

P与液体的本性有关;有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。②同一液体，温度升高，P

增大;几种液体蒸气压与温度的关系③固体物质也有蒸气压，但P一般很小;但干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。④同温度下，不论固体或液体，

P大者为易挥发性物质

，P

小者为难挥发性物质2、溶液的蒸气压下降

当难挥发性溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。溶液中难挥发物质浓度越大，蒸气压下降越多。

实验测定25

C时的饱和蒸气压:

p（Pa）H2O3167.7

0.5mol·kg-1糖水3135.71.0mol·kg-1糖水3107.7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。

物质蒸气压曲线二、溶液的沸点升高1.沸点

液体的蒸气压随温度升高而增加，当蒸气压等于外界压力时，液体就沸腾，这个温度就是液体的沸点（Tb）（bolingpoint）。沸点（Tb）：液体的蒸气压等于外压时的温度。正常沸点：外压为101.3kPa时,液体的温度。

一般意义的沸点指正常沸点。

溶液沸点升高的原因：溶液蒸气压较纯溶剂低。某温度下，纯溶剂开始沸腾，而溶液因蒸气压低未能沸腾，需加热以增加溶液的蒸气压，直至达外界压力，溶液开始沸腾，此时溶液的温度势必大于纯溶剂的温度。这种现象称为溶液的沸点升高（bolingpointelevation），其值用ΔTb表示。溶液的沸点和溶剂的沸点之差，即为溶液的沸点升高。

溶液越浓，其蒸气压下降越多，则沸点升高越多。所以稀溶液的沸点升高与溶液的蒸气压下降成正比。

即：ΔTb=Tb-T0b=K′·Δp=K′·KbB=Kb·bB

ΔTb=Kb·bB

Kb—溶剂的摩尔沸点升高常数，与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热等有关。

难挥发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，与溶质的本性无关。常见溶剂的T0b和Kb值溶剂Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)溶剂Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)水1000.512四氯化碳76.75.03乙酸1182.93乙醚34.72.02苯802.53萘2185.80乙醇78.41.22

注意事项:1、在外压恒定的情况下，纯溶剂的沸点是恒定的，而溶液沸点却不断在变化。因为随着沸腾的进行，溶剂不断挥发，溶液浓度不断增大，其蒸气压不断下降，沸点不断升高。直到形成饱和溶液时，溶剂在蒸发，溶质也在析出，浓度不再改变，蒸气压也不改变，此时沸点才恒定。三、溶液的凝固点降低(freezing-pointdepression)1、凝固点

凝固点（freezingpoint）是指在一定的外压下（通常为101.3kPa），物质的固相和液相具有相同的蒸气压且能平衡共存时的温度。2、凝固点的降低(freezingpointdepression)

溶剂的凝固点和溶液的凝固点之差就是溶液凝固点的降低ΔTf。溶液凝固点下降原因：

溶液的蒸气压下降使原来固态纯溶剂和液态溶剂共存的平衡受到破坏，固态纯溶剂需通过融化成液态溶剂来增加溶液的蒸气压，从而使体系重新达到平衡。在固相融化过程中，要吸收体系的热量，因此在新平衡点的温度就要比原平衡点温度低。

难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低和溶液的质量摩尔浓度成正比，其数学表达式为：ΔTf=Kf·bB式中Kf称为溶剂的凝固点降低常数，它只决定于溶剂的本性，与溶质的本性无关。测定出非电解质稀溶液的凝固点降低，可以计算溶质的摩尔质量或相对分子质量，其计算公式为：MB=KfmB/mAΔTf(kg·mol-1)

溶液的凝固点不断变化，溶液不是在某一温度凝固，而是在一定温度范围内凝固。

溶液的凝固点是指刚有溶剂固体析出时的温度。常用溶剂的T0b

Kb和T0f

Kf值溶剂Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)Tf0/℃Kf/(K·kg·mol-1)水1000.5120.01.86乙酸1182.9317.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.9应用：冷冻剂工作原理食盐-冰（30gNaCl+100gH2O(s)）-22℃CaCl2-冰（42.5gCaCl2+100gH2O(s)）-55℃冰因吸收环境热量稍有熔化,表面有少量液态水存在,NaCl与冰混合时产生NaCl溶液,由于生成的溶液中水的蒸气压力小于冰的蒸气压力,使冰熔化而大量吸热,使周围物质的温度降低。防冻剂工作原理冬天为防止汽车水箱冻裂，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。

环境温度发生较大改变时，植物细胞中的有机体会产生大量可溶性碳水化合物来提高细胞液浓度，凝固点下降，使细胞液能在较低的温度环境中不结冻。温度升高时，细胞液浓度增加，细胞液蒸气压下降较大，使得细胞的水份蒸发减少，因此表现出植物的抗旱能力。

植物的抗旱性和抗寒性例题

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质量。

解：例3：某水溶液的凝固点是－1.00℃，求其沸点及20℃时此溶液的蒸气压（已知Kf=1.86，Kb=0.512，20℃时p水=

2.34kPa）。解：

ΔTf=Tfo-Tf=Kf

bB

bB

=ΔTf

/

Kf=1/1.86=0.538(mol·kg-1)

ΔTb=Tb-Tb0=KbbB=0.512×0.538=0.275

Tb=100+

0.275=100.275(oC)

Δp

=PAo·MA·bB

/1000

=

2.34×18×0.538×10-3=0.023(kPa)

pB=2.34-0.023=2.32(kPa)

四、渗透压（osmoticpressure）

（一）渗透现象和渗透压

1、渗透（osmosis）现象：溶剂分子通过半透膜自动由纯溶剂扩散进入溶液，或由较稀溶液进入较浓溶液的现象。半透膜：一种多孔分离膜，它可以选择性地让一部分物质通过，而不让某些物质地通过。常见的半透膜有：鸡蛋膜、鸡的嗉囊、鱼鳔、蚕豆种皮、玻璃纸、青蛙皮、动物膀胱、肠衣、蛋白质胶膜，火棉胶膜以及其他一些可从生物体上剥离的薄膜类物质。

活细胞内的生物膜只允许水分子自由通过，它所选择的离子、小分子物质可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能透过，是严格的半透膜。产生渗透现象的两个必要条件：

①存在半透膜②膜两侧要有浓度差

渗透的方向总是趋于缩小浓度差，即溶剂分子从纯溶剂向溶液，或是从稀溶液向浓溶液迁移。渗透方向：

H2O→溶液稀溶液→浓溶液

2、渗透压π(osmoticpressure):

为阻止渗透现象发生，事先在溶液一侧的液面上加一额外的压力，使一开始就处于渗透平衡状态，这种压力称溶液的渗透压。单位:Pa或kPa

产生原因：

注意：

如果用半透膜将稀溶液和浓溶液隔开，若在浓溶液液面上施加适当压力，使其达到渗透平衡，则此压力既不是浓溶液的渗透压，也不是稀溶液的渗透压，而是两溶液的渗透压之差。

如果在溶液的一侧施加一个大于渗透压的外压力，则溶剂由溶液一侧通过半透膜向纯溶剂或低浓度方向渗透，这种现象称为反渗透。反渗透法为海水淡化和废水处理提供了一个重要方法。反渗透海水淡化示意图纯水溶液将淡水鱼放入海水中由于其细胞液浓度较低，因而渗透压较小。它在海水中就会因细胞大量失去水分而死亡。。

人体发高烧时，需要及时喝水或通过静脉注射与细胞液等渗的生理盐水和葡萄糖溶液以补充水分。

渗透压的其他应用

（二）渗透压与浓度、温度的关系

1886年荷兰化学家Van‘tHoff指出：理想稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度的关系同理想气体状态方程式一致。即：

π=cRT或πV=nRT

π—溶液的渗透压（kPa）

T—绝对温度

(273+t)（K）V—溶液的体积（L）

c—溶质的物质的量浓度（mol•L-1）

R—气体常数（8.314kPa·L·mol-1·K-1）

说明:①

适用范围：稀溶液

;

②

C-总的质点数的浓度

:

非电解质：c=cB，

电解质：c=icB，

（A-B型i=2,AB2或A2B型i=3）

③

公式其他两种形式: