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1、第一章 溶液,主要内容： 1.溶液的浓度 2.稀溶液的依数性 3.电解质在水中的存在状态,2-1 溶液 溶液在我们日常生活中并不陌生，比如：啤酒、白酒、牛奶等都是溶液。溶液在化学中非常重要。因为绝大多数化学反应都需在溶液中进行。那么，究竟什么是溶液？本章重点解决溶液的哪些问题？ 本章将解决:1.溶液的定义及分类 2.溶液浓度的表示 3.溶解度原理 4.非电解质稀溶液的依数性,1.什么是溶液： 定义：一种物质以分子、原子或离子状态分散到另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系叫溶液。 例如：白糖水.糖水溶液， 食盐水.盐水溶液； 酒精、汽油做溶剂，可溶解有机物构成非水溶液。（溶液中，质量少的物质叫

2、溶质，质量多的物质叫溶剂。）,溶液的分类 按组成溶液的溶质和溶剂分为三类： 液态溶液: 气态溶于液态：HCl气体溶于水， 将液态物质定为溶剂。 固态溶于液态：NaCl溶于水， 将液态物质定为溶剂。 液态溶于液态：乙醇溶于水， 将含量多的物质定为溶剂。,气态溶液：所有的气态混合物均为气态溶液 例：空气 固态溶液：各金属合金，H2 溶解在Pd中等形成 固态溶液。 溶液与化合物不同： 溶液中溶质和溶剂相对含量可以在一定范围内变动。 溶质与溶剂形成溶液的过程中表现出化学反应的某些特征：NaOH溶于水，放热；NH4NO3 溶于水，吸热酒精溶于水，体积变小；苯与醋酸混合，体积变大。,因此，溶液既不是溶质和

3、溶剂的机械混合物，也不是两者的化合物。严格的讲，溶解过程是一个物理化学过程。,2.溶液浓度的表示方法： 把单位体积溶液中含溶质少量的溶液叫稀溶液，反之叫浓溶液。溶液浓度可以有很多种表示方法，以下介绍几种表示方法。, 质量摩尔浓度：bB 溶液中溶质B的物质的量除以溶剂的质量称为溶质B的质量摩尔浓度。用符号bB表示。 bB = nB /mA 国际单位(SI) :mol/, 物质的量浓度：CB 定义：溶质B的物质的量除以溶液的体积， 用CB表示： 即： CB =nB / V 国际单位(SI): (mol/ m3) 常用单位:(mol/ dm3)或(mol/ L),例1：怎样由浓HCl (12mol/

4、L)配制0.10L,2.0 mol/L的盐酸溶液? （解题的关键是溶液内溶质的物质的量(mol)不随稀释而改变.即2.0mol/L盐酸中HCl的物质的量应等于所取浓HCl的物质的量） nHCl=0.10L2.0 mol/L=0.2 mol 稀HCl中所含物质的量应等于所取浓HCl的物质的量）, 设取浓HCl体积为V 则：根据：CB=nB (mol)/V(L) V=nB(mol)CB(mol/L) =0.2mol12mol/L=0.017L 结论：取12mol/L浓盐酸 0.017L 加水 稀释到0.10L,例2：10.00mLNaCl饱和溶液重12.003g,将其蒸干后得NaCl 3.173g

5、，试计算该溶液的物质的量浓度为多少？ 解：3.173gNaCl ： nB=3.173(23+35.5) =3.173/58.5 =0.0542mol 该NaCl饱和溶液的 CB=nBV =0.0542mol(10.00X10-3) =0.0542mol0.010L=5.42mol/L, 质量分数： wB 溶质的质量与溶液质量之比为该溶质的质量分数，用wB表示。 即:w B =m溶质m溶液, 摩尔分数: XB 混合物中，物质B的物质的量nB与混合物的总 物质的量之比n总叫物质B的摩尔分数, 用XB表示 。 XB=nBn总 XA=nAn总 XA+XB = 1 混合物中各物质的摩尔分数之和为1。,例

6、：12.003gNaCl水溶液蒸干后，得NaCl 3.173g，试计算该NaCl溶液中NaCl和水的摩尔分数?,V 体积分数：B 在与混合气体相同温度和压强的条件下，混合气体中组分B单独占有的体积与混合气体总体积之比，叫组分B的体积分数，用 B表示： B= VBV总 B也适用于溶液, 质量浓度：B 溶质B的质量mB与溶液的体积V之比。 SI单位：kgm-3 常用单位：gL-1， mgL-1，gL-1。 问：6种浓度中受温度影响的浓度是？,3.浓度相互换算 （1）质量浓度与物质的量浓度间的换算,例：1L NaHCO3 注射液中含50g NaHCO3，计算该注射液的质量浓度和物质的量浓度。,（2）

7、质量分数与质量浓度间的换算,例：已知10%NaCl溶液的密度为1.074gml-1,计算该溶液的质量浓度。,（3）质量分数与物质的量浓度间的换算,例：计算98%的浓硫酸(密度=1.84g/ml)的物质的量浓度。,4.溶液的稀释 浓溶液稀释成稀溶液时： 溶质的质量mB保持不变 溶质的物质的量nB保持不变 溶质的体积VB保持不变,例：配制1000ml 75%的医用酒精，需要95%的乙醇多少毫升？,5.溶解度原理 （1）相似相溶原理 限于理论水平的发展，至今我们尚无法预言气体、液体、固体在液体中的溶解度。我们只能按相似相溶原理来估计不同的溶质在水中的相对溶解度。所以“相似相溶”原理的意思是： 溶质和

8、溶剂在结构和极性上相似，因而分子间的作用力的类型和大小相近，所以彼此互溶。, 液液互溶 甲醇、乙醇各有一羟基（-OH），与H2O结构相 近，因此彼此互溶。 小分子醇水，水水，醇醇分子间作用力 大致相等 彼此互溶。 固液溶解 固体在液体中的溶解度也遵循结构极性相近互溶的原理： 非极性或弱极性的固体易溶于弱极性或非极性溶剂中，而难溶于极性溶剂（如水中）。,例如：一些离子型盐类在水中的溶解度大。 另外：固体的mp对其在液态溶剂中的溶解 度也有影响： 例298K时，I2CCl4 Br2CCl4 X(I2 )=0.011（摩尔分数） X(Br2 )无限溶于CCl4中。 预言：在同一溶剂中，低熔点的固体将

9、比具有 类似结构的高熔点固体易溶解。,表：一些固体有机物在苯中的溶解度（298K） X溶质在饱和溶液中的摩尔分数。 溶质 mp（K） X溶质 蒽 491 0.008 菲 393 0.21 萘 353 0.26 联二苯 342 0.39, 气液溶解 同样遵循结构相近、极性相近溶解度大的原则。具有与气体溶质最为近似分子间力的溶剂是最佳溶剂。且高沸点的气体比低沸点的气体在同一溶剂中的溶解度大。 例：HCl气体较稀有气体易溶于水，而且随着卤素原子序数增大，bp越来越高，卤化氢在水中的溶解度增大。,（2）影响溶解度的因素 温度对溶解度的影响 a 固体、液体溶于液体 溶解过程是一个吸热过程，则升高T，S增

10、大。 溶解过程是一个放热过程，则升高T，S降低。 当溶解过程中，水合热较大时，有可能使溶解变成一个放热过程，升高温度溶解度降低。,温度对溶解度的影响可从溶解度曲线看出：以 溶解度为纵坐标，以温度K为横坐标所得的曲线：,KNO3 ： T S Ce(SO4)3 ： T S NaCl ： T对S影响不大 Na2SO4 ： 305.4K以下为Na2SO4 10H2O 的S曲线 T S 305.4K以上为无水Na2SO4 的S曲线 T S。,利用不同温度下溶解度S不同，可以提纯 某些物质,这种方法叫重结晶。有几种方法？ 有时溶质在溶剂中可以形成过饱和溶液， 通常高温下溶解，形成饱和溶液，随温度降低 时并

11、未析出晶体，形成过饱和溶液。（主要是 无晶种，难以形成晶型沉淀）,例:100g水，323K时，溶解度:83g NaAc,而298K时，溶解度:46g。 若323K制饱和溶液，冷至293K时，无晶体析出，即形成过饱和溶液。但若向此溶液中加入很少几粒NaAc晶体，立即析出大量沉淀。 b 气体溶于液体 气体溶于液体是放热的。 T S, 压强的影响亨利Henry定律 固体、液体的溶解度受压力影响不大，因为它们本身难压缩，而气体的溶解度受压强的影响较大，见下表： P增大，气体溶解度增大，一般压强增加1倍，溶解度也近似的增加1倍,气体溶解度与压强的关系 压强Pa CO2的溶解度 压强Pa CO2的溶解度

12、mol/L mol/L 80.1105 0.386 25.3 105 0.0155 106.5105 0.477 50.7105 0.0301 120.0105 0.544 101.3105 0.061 160.1105 0.707 202.6105 0.100 200.1105 0.887,亨利定律Henry：在中等压强时，气体的 溶解度与溶液上面气相中，该气体的分压 成正比。 Ci ：i种气体在溶液内的浓度 即: Ci = K Pi K ： 亨利常数 Pi ：第i 种气体在溶液上面的分 压 实例：打开瓶的啤酒、汽水，CO2气泡迅速逸 出液面，形成泡沫，当CO2散去后，饮料“淡而 无味”了。

13、,2-2 稀溶液的依数性 化合物水溶液能否导电，可区分非电解质溶液和电解质溶液。 人们发现非电解质稀溶液的某些性质：如蒸气压下降，沸点升高，凝固点降低和渗透压，这些性质变化主要取决于溶质粒子数目的多少，而与溶质本性无关，这一性质叫非电解质稀溶液的依数性。而对于电解质溶液或非电解质浓溶液，则变化规律有所不同。,一、蒸气压下降拉乌尔（Raoult）定律,液体的蒸气压： 单位时间内由液面蒸发出的分子数和由气相回到液体内的分子数相等时，气、液两相处于平衡状态，此时蒸气的压强叫该液体的饱和蒸气压，通常称为蒸气压。,蒸气压与液体的本性及温度有关,20 时,水的蒸气压为2.34Kpa,而乙醇5.853 Kp

14、a,乙醚却高达59.061 Kpa. 固体也具有一定的蒸气压,但大多数固体蒸气压都很小,0时,冰的蒸气压为0.6106 Kpa.,实验表明： 把难挥发的非电解质溶于溶剂中形成稀溶液后，稀溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。 这是因为溶剂的表面被不挥发的溶质部分占据，所以单位时间内逸出液面的溶剂分子就相应减少，结果达平衡时，溶液的蒸气压必然低于纯溶剂的蒸气压。,蔗糖水溶液， 蒸气压下降。,法国的物理学家：Raoult大量实验的总结： 在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积。,即 Raoult定律 ：,P：溶液的蒸气压 PA0：纯溶剂的蒸气压 XA：溶剂的摩尔分数,Rao

15、ult 另一种描述: “在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降和溶质的摩尔分数成正比。”,在稀溶液中 :,nAnB, nAnB p= pA B= p nB/nA = pA nB/mAMA = pA MAbB 式中， K= pA MA，K为比例常数，取决于纯溶剂的蒸汽压和摩尔质量。 p= K bB,蒸气压下降，正比于稀溶液中，溶质的质量摩尔浓度bB,二、沸点升高 液体的沸点：当液体的蒸汽压等于 外界压力时，液体就沸腾，液体沸腾时 的温度叫该液体的沸点。标准大气压下 水的沸点为373K。,含有非挥发性溶质的溶液其沸点总高于纯溶 剂的沸点。 对于稀溶液:蒸气压随温度升高而增大,当蒸 气压等于

16、大气压时,液体开始沸腾,这时的温度为 该液体的沸点。,溶液沸点上升图 水溶液的蒸气压达到1.0325105Pa时,温度要大于100。,在相同温度下,溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压,所以溶液的蒸气压要达1.0325105Pa ，则必须提高温度。 实验证明，沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。 Tb= Kb bB,Tb：bp 升高值 Kb：bp 升高常数，与溶剂有关 bB ：溶质的质量摩尔浓度,该式的应用：可用于测定溶质的分子量,三、凝固点下降 凝固点是指物质的固相纯溶剂的蒸汽 压与它的液相蒸汽压相等时的温度。纯水 的凝固点又叫冰点，为273k。此温度时水 和冰的蒸汽压相等。,含有少量溶质

17、的溶液，凝固点的温度低于纯 溶剂的凝固点温度，叫凝固点下降。 海水在273冻结吗？为什么？ 难挥发非电解质稀溶液的凝固点下降与溶液 的质量摩尔浓度成正比，而与溶质本性无关。,Tf：凝固点降低值 Kf：凝固点降低常数，与溶剂有关 bB：溶质的质量摩尔浓度,Tf=Kf bB,蔗糖水溶液， 蒸气压下降， 沸点升高， 凝固点降低。,四、渗透压 （一）渗透现象与渗透压 1.渗透现象 将蔗糖溶液与水（纯溶剂）用半透膜隔开，不久可见蔗糖溶液液面不断上升，说明水分子不断透过半透膜进入溶液中。我们把溶剂水分子透过半透膜进入溶液的自发过程称为渗透。不同浓度的两溶液用半透膜隔开时，都有渗透现象发生。,渗透现象产生的

18、原因： 由于蔗糖分子不能透过半透膜，而溶剂水分子却可以自由通过。膜两侧单位体积内溶剂分子数目不等，单位时间内由纯溶剂进入溶液中的水分子数目比蔗糖溶液进入纯溶剂中的数目多。其净结果使蔗糖溶液一侧液面升高，溶液的浓度降低（示意图）。,产生渗透现象的条件:(1)存在半透膜。(2)半透膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等。渗透方向: 溶剂分子由纯溶剂向溶液渗透。溶剂分子由稀溶液向浓溶液渗透。 注：细胞膜，膀胱膜，毛细血管壁等生物膜都具有半透膜的性质。人工制造的火棉胶膜，玻璃纸等也具有此性质,渗透现象会无止境地进行下去吗?,2.渗透压 溶液体积逐渐增大，液面不断上升，产生的液体压力逐渐增大，使溶液中的溶剂分

19、子在单位时间内透过半透膜的数目增多。当液面上升到一定高度，增加的液体压力就会抵消由于单位体积内溶剂分子数目不等而造成的渗透现象。此时单位时间内从半透膜两侧透过的溶剂分子数目相等，溶液液面不再上升，体系达到渗透平衡（示意图左）。,为使渗透现象不发生，必须在液面上施加一个额外压力（前示意图右）。 为维持只允许溶剂分子通过的膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力，定义为渗透压。渗透压符号为，单位为Pa或KPa。 如果用半透膜把稀溶液和浓溶液隔开，为了阻止渗透现象发生，必须在浓溶液液面施加压力，但是此压力并不代表任一溶液的渗透压，它仅仅是溶液渗透压的差值。渗透压是溶液的依数性之一。,水分

20、子自由通过半透膜，而溶质分子不能通过，这种现象叫渗透。 由渗透而产生的压强叫渗透压。,将血红细胞置于纯水中可以发现它会胀成圆球，给缺水的植物浇水，不久植物茎叶挺立，这都是由于水渗入细胞的结果。,（二） Vant Hoff定律 1886年，荷兰物理学家范特荷甫（Vant Hoff）指出：“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”。,R ：气体常数 8.314 Pam3mol-1K-1 8.314103 Padm3mol-1K-1 T ：绝对温度,难挥发非电解质稀溶液的渗透压与溶液中溶质的浓度成正比，而与溶质本性无关。,五、依数性的应用 1.测定分子的摩尔质量 常采用沸点升高和

21、凝固点降低这两种依数性来 测定摩尔质量 ，对于摩尔质量特别大的物质，如 血红素等生物大分子，才采用渗透压法。,例1：把1.0g葡萄糖溶于20g水中，所得溶液在101325Pa下，沸点升高了0.156K，求葡萄糖的摩尔质量。,解：利用,已知水的 Kb=0.512Kmol-1Kg,Tb =Kb bB,（理论葡萄糖180）,例2：把0.322g萘溶于80g苯中所得溶液的凝固点为278.34，求萘的摩尔质量。 解：已知苯的凝固点为 278.50K Kf=5.1Kmol-1Kg, Tf=278.50278.34=0.16,0.165.10,(理论值为:128g/mol),例：dm3溶液中含5.0g马的血

22、红素，在298K 时测得溶液的渗透压为1.82102Pa, 求马的血红素的摩尔质量。,解：利用:,马的血红素的摩尔质量为：,2.制做防冻剂和制冷剂 溶液的凝固点下降原理在实际工作中很有用处。 在严寒的冬天，为了防止汽车水箱冻裂，常在水箱的 水中加入甘油或乙二醇以降低水的凝固点。这样可防 止水箱中的水因结冰而体积膨大，胀裂水箱。,在实验中：我们常用食盐和冰的混合物做致冷剂。 30g NaCl+100g 冰：最低温度可达250.6K， 42.5gCaCl2+100g 冰：最低温度为218K。 这一降温原理与溶液的凝固点下降有关 。当食盐和冰放在一起时，冰因吸环境热稍有熔化，食盐遇水而溶解，使表面水

23、形成了溶液，降低了凝固点，冰迅速熔化，在熔化过程中因大量吸热而使环境致冷。,例1：为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点下降到253K ,即Tf=20.0K， 则在每1000g 水中应加入甘油多少克？ （甘油为C3H8O3 M=92 g/mol）,解：利用,则根据题意：1000g水中应加入10.75mol甘油， 其质量为10.7592=989g 应加入甘油：989克。,Tf=Kf bB,3.配制等渗输液 渗透在许多生物过程中具有不可缺少的作用。如人体静脉输液所用的营养液（葡萄糖液、盐水等）都需经过细心调节以使它与血液具有相同的渗透压（约780KPa）,否则,血细胞均将破坏。,例1：测得人体

24、血液的冰点降低值Tf=0.56，求体液在37时的渗透压。,Tf=Kf bB,例2：已知血液的渗透压为780KPa ,若用葡萄糖溶液做为临床输液的营养液，该葡萄糖溶液浓度为多大？,浓度 =, 是稀溶液,六、渗透压在医学上的意义 1.渗透浓度Cos（Osmolarity）： 溶液中能产生渗透效应的溶质粒子（分子、离 子）统称为渗透活性物质。医学上常用渗透浓度来 间接表示溶液渗透压的大小，它定义为渗透活性物 质的量除以溶液的体积，单位为渗透摩尔每升（ Osmol/L）或毫渗透摩尔每升（mOsmol/L）。它也反 映了每升溶液中所含渗透活性物质的总质点数。,渗透浓度可根据物质的量浓度来计算，计算过程

25、中还应将非电解质和电解质加以区别。如： 0.1mol/L C12H22O11的渗透浓度为0.1 Osmol/L或 100 mOsmol/L，而0.1mol/LNaCl的渗透浓度为 0.2Osmol/L或200mOsmol/L。同理0.1mol/L Na2SO4的总渗透浓度可表示为0.3 Osmol/L或300 Osmol/L。如果溶液的组成量度不是以物质的量 浓度表示，而是用质量浓度表示，则在计算时一 般应先换算成物质的量浓度，再换算成渗透浓度。,2.等渗、高渗和低渗溶液 根据血浆成分可计算出正常人血浆总渗透浓度为303.7mOsmol/L。 所以临床上规定：渗透浓度在280-320 mOsm

26、ol/L的溶液为等渗溶液。渗透浓度小于280 mOsmol/L的溶液为低渗溶液。渗透浓度大于320 mOsmol/L的溶液为高渗溶液。 临床给病人补液时，要特别注意补液的浓度和渗透压，否则可能造成严重的医疗事故。因为细胞膜实质就是半透膜，通过红细胞在不同浓度的溶液中的变化说明这一点（示意图）。,小结： 一般情况下，必须给病人输入等渗溶液，如：1.9%的C3H5O3Na，1.4%的NaHCO3 , 0.9%的NaCl溶液。在清洗伤口时，为减轻病人的疼痛，用生理盐水而不用蒸馏水。同样眼药水也是与眼部粘膜细胞有相同渗透压。,2-3电解质溶液,一、电解质和非电解质 二、强电解质和弱电解质 强电解质(s

27、trong electrolyte)：在水溶液中能完全解离成离子的化合物，如NaCl、CuSO4等物质。 弱电解质(weak electrolyte)：在水溶液中只能部分解离成离子，如HAc、NH3H2O等物质。,从结构上区分： 强电解质包括离子型化合物(如氯化钠，氢氧化钾)和强极性分子(如氯化氢)。它们在水溶液中完全解离成离子，不存在解离平衡。 弱电解质在水溶液中只有部分分子解离成离子，这些离子又互相吸引，一部分重新结合成分子，因而解离过程是可逆的，在溶液中建立一个动态的解离平衡。,解离度(degree of dissociation) ：是指电 解质达到解离平衡时，已解离的分子数和原有的分子总数之比。,通常按解离度的大小，把质量摩尔浓度为0.1 molkg-1的电解质溶液中解离度大于30%的称为强电解质，解离度小于5%的称为弱电解质，而解离度介于5%30%的称为中强度电解质。 强电解质在水溶液中是完全解离的，它们不存在分子，全部都以离子的形式存在。,?,三、强电解质溶液理论要点 1923年Deby