第三篇水溶液化学原理.docx

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第三篇水溶液化学原理

第三篇水溶液化学原理

第8章水溶液

[教学要求]

1．掌握质量分数、摩尔分数、质量摩尔浓度、物质的量浓度等基本概念及有关计算。

2．掌握非电解质稀溶液通性（依数性）：

非电解质稀溶液蒸气压下降——拉乌尔定律、沸点升高、凝固点降低、渗透压的概念、及其有关计算。

3．掌握电解质和非电解质的基本概念；了解强电解质溶液理论；

4.了解胶体的结构、制备和性质.

[教学重点]

非电解质稀溶液通性。

[教学难点]

非电解质稀溶液蒸气压下降——拉乌尔定律、沸点升高、凝固点降低、渗透压的概念及其有关计算。

[教学时数]4学时

[教学内容]

8-1溶液的浓度和溶解度

1.定义：

由两种或两种以上物质混和而成的均相、稳定的稀释体系

2.组成：

溶质+溶剂

3.分类：

气体溶液

例：

空气（21%O2，78％N2，1％CO2，CO，NOx，SOx，H2O（g）…）

液体溶液

例：

氨水，NaCl水溶液，乙酸水溶液

固体溶液（合金）

钢（Fe,C,Mn,Ni,Co…），黄铜（Cu,Zn）

液体溶液可以分为：

A:

气体、固体（溶质）溶解于液体（溶剂）

B:

液体溶解于另一液体:

量少----溶质

量多---溶剂

溶液中还含有“溶剂化物”——即溶质与溶剂互相作用的产物．

4.溶液的形成－溶解过程

溶解过程是物理-化学过程，不是单纯物理过程，常有能量、体积、颜色变化。

例如：

H2SO4（l）+H2O（l）=H2SO4（aq）△Hθ＜0

NH4HCO3（s）+H2O（l）=NH4HCO3（aq）△Hθ＞0

溶解过程2个步骤:

（1）溶质分子或离子的离解:

△H＞0,△V＞0;

（2）溶剂化作用:

△H＜0,△V＜0

5.溶解度

①温度对固体溶质的溶解度有明显的影响，压力几乎没有影响。

讨论固体溶质的溶解度时必须标明温度。

②气体的溶解度一般用单位体积的溶液中气体溶解的质量或物质的量表示。

讨论气体溶解度时必须注明溶液的温度和气体的压力。

亨利定律——气体的溶解度与气体的分压呈正比。

表示为：

p=KX（K为亨利系数）

只有当气体遵循理想气体行为时，亨利定律才有效

8-2非电解质稀溶液的依数性

物质的溶解是一个物理化学过程，溶解的结果，溶质和溶剂的某些性质发生了变化。

这些性质变化分为两类：

第一类性质变化决定于溶质的本性，如溶液的颜色，密度,导电性等。

第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶质的本性无关，如非电解质溶液的蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降和渗透压等。

依数性——只与溶液的浓度（即单位体积内质点的数目）有关，而与溶质本身无关的性质

8-2-1溶液的蒸气压下降______拉乌尔定律

1.饱和蒸气压：

液体和固体都具有挥发性。

蒸发：

液体或固体分子逸出表面变成蒸气的过程。

蒸气压：

由蒸气产生的压力。

温度越高，蒸发越显著，蒸气压越大。

凝聚：

蒸气分子回到液面或固体表面成为液体分子或固体分子的过程。

温度越低，凝聚越显著。

蒸发与凝聚互为可逆。

在一定温度下，可逆过程达到平衡：

r蒸发=r凝聚

平衡时蒸气浓度、压力不再改变。

饱和蒸气：

与同种物质的液态或固态处于平衡状态的蒸气。

饱和蒸气压：

饱和蒸气的压力。

蒸气压与物质本性有关，与温度有关。

2.稀溶液蒸气压下降：

1847年，科学家巴伯（Babe,C.）和乌尔纳（Wulner,A.）发现：

在某种纯液体中加入难挥发的非电解质时，总是导致蒸气压的下降。

下图稀溶液蒸气压下降的实验说明溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。

实验测定25°C时，水的饱和蒸气压:

p（H2O）=3167.7Pa；

0.5mol·kg-1糖水的蒸气压为:

p（H2O）=3135.7Pa；

1.0mol·kg-1糖水的蒸气压为:

p（H2O）=3107.7Pa

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。

拉乌尔定律：

（拉乌尔,1887年，法国物理学家）

在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数

表达式：

P=PB*×xB

蒸气压下降值（Δp）:

纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差

△P=PB*-P=PB*-PB*×（1-xA）

得：

△P=PB*×xA

拉乌尔定律的另一种表述：

在一定温度下，稀溶液的蒸气压下降和溶质的摩尔分数成正比。

对于稀溶液，溶剂物质的量nA远远大于溶质物质的量nB，即nA>>nB

设溶液的浓度以1000g溶剂（水）中含的溶质物质的量nB为单位,则溶液的质量摩尔浓度m为：

m=nB（mol·kg-1）

∵nA=1000/18=55.5mol

∴XB=nB/nA=m/55.5

ΔP=PA*·m/55.5ΔP=K·m

结论：

难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值只取决于溶剂的本性（K）及溶液的质量摩尔浓m.

例：

293K时，900g水中含有0.4mol非电解质溶质，求溶液的蒸气压为多少？

蒸气压下降为多少？

（已知P°H2O＝2.34KPa）

8-2-2溶液的凝固点下降

凝固点：

一定外界压力下物质的固态的蒸气压与液态的蒸气压相等时的温度。

见书301页图8-1。

结论：

在纯溶剂中加入难挥发的非电解质导致蒸气压下降，必然导致溶液的凝固点下降。

定量关系：

溶液的凝固点下降与蒸气压下降成正比。

蒸气压下降正比于溶液的m，则溶液的凝固点下降应与溶液的m成正比。

表示成：

△Tf=Tf*-Tf=Kf×m

式中：

△Tf为溶液的凝固点下降值，Kf称为摩尔凝固点下降常数（m=1时，△Tf=Kf）。

某一溶剂的Kf可查表得到。

凝固点下降的应用。

见书302页，例8-1

8-2-3溶液的沸点上升

沸点：

液体蒸气压与外界压力相等时的温度。

见书303页图8-2。

结论：

在纯溶剂中加入难挥发的非电解质导致蒸气压下降，必然会导致溶液沸点的升高。

定量关系：

溶液的沸点上升与蒸气压下降成正比。

蒸气压下降正比于溶液的m，则溶液的沸点上升应与溶液的m成正比。

表示成：

△Tb=Tb-Tb*=Kb×m

式中：

△Tb为溶液的沸点上升值，Kb称为摩尔沸点上升常数（m=1时，△Tb=Kb）。

某一溶剂的Kb可查表得到。

沸点上升的应用。

见书303页，例8-2

8-2-4溶液的渗透性

半透膜：

可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。

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。

溶液的渗透压：

由于半透膜两边的溶液单位体积内水分子数目不同而引起。

稀溶液溶剂分子渗透到浓溶液中的倾向。

为了阻止发生渗透所需施加的压力叫溶液的渗透压

定量关系：

浦菲弗（Pfeffer,V）的结论：

渗透压的大小取决于浓度，并且随温度的升高而增大。

范德霍夫规律：

难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与浓度和温度的乘积成正比。

表示成：

ΠV=nRT或Π=cRT

极稀的溶液：

Π=mRT。

例与人体血液具有相等渗透压的葡萄糖溶液，其凝固点降低值为0.543K，求此葡萄糖溶液的

质量百分比浓度和渗透压。

（KfH2O=1.86K·Kg·mol-1血液的温度37℃）

渗透压平衡与生命过程的密切关系：

①给患者输液的浓度；②植物的生长；③人的营养循环。

结论：

蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。

8-3电解质溶液

阿仑尼乌斯提出电离理论。

要点：

a、电解质在溶液中自发电离成离子；AB→A++B-

b、溶液中离子能自发结合成电解质分子；A++B-→AB

平衡时：

AB=A++B-

电离度：

电解质电离百分数。

表示成：

α=（已电离分子数/电离前分子总数）×100%

分子数可由物质的量或浓度代替。

c、溶液导电是由离子迁移引起的，离子浓度越大，导电能力越强。

电解质的分类：

强电解质、弱电解质。

根据电解质电离度的分类：

α>30%强电解质；

α<5%弱电解质；

5%<α<30%中强电解质。

强电解质的理论电离度：

100%。

强电解质的实测电离度：

<100%。

电离度的测定方法很多。

最常见的是测定电导率。

此外：

见书305实例。

NaCl=Na++Cl-

0.01（1-α）0.01α0.01α

溶液中质点总数：

0.01+α

凝固点下降与溶质的物质的量成正比：

0.01/（0.01+α）=0.0186/0.0361

得：

α=0.94=94%

强电解质实测电离度小于理论电离度的解释：

得拜和休克尔提出了“离子氛”的概念。

阴阳离子相互牵制作用导致阴阳离子处于异号离子的氛围中。

阴阳离子不是完全自由的离子。

实测电离度称为表观电离度。

阴阳离子相互牵制作用的定量描述：

1、活度：

描述电解质电离离子相互牵制作用。

表达式：

a=f×c

f：

活度系数，0

阴、阳离子的f值不尽相同，取平均值：

f±=

f越小（大）阴、阳离子相互牵制作用越大（小）。

2、离子强度：

描述溶液中所有离子的相互牵制作用。

表达式：

I=

例见书307。

离子强度与活度系数的关系。

见书307页表8-8。

由浓度求活度：

c→I→f→a

补充：

胶体

1、一般概念

分散体系：

把一种或几种物质分散到另一种物质中就构成分散体系。

分散相（分散质）、分散介质（分散剂）。

分散体系按分散相粒子大小分类：

分子（或离子）分散体系：

粒子直径d<1nm

胶体分散体系：

粒子直径d=1-100nm

粗分散体系：

粒子直径d>100nm

适合物质的各种存在状态（气、液、固）。

胶体的分类：

液溶胶、固溶胶、气溶胶。

2、胶体的结构

3、胶体的性质

a、丁铎尔效应（光学性质）

1869年Tyndall发现：

汇聚的光通过溶胶，从侧面可以看到一个发光的圆锥体。

解释：

光线射入分散体系时：

若分散相的粒子大于入射光的波长，发生光的反射或折射现象。

若分散相离子小于入射光的波长，发生光的散射现象。

溶胶中粒子小于可见光的波长。

胶体粒子对光产生散射。

光波绕过粒子向各个方向散射出去（称为乳光或散射光），光运动的路径被显示出来。

溶液中的粒子太小，散射不明显。

丁铎尔效应用于鉴别溶胶。

b、布朗运动（动力学性质）

c、吸附现象

d、电泳现象（电学性质）

在外加电场作用下，胶粒定向移动的现象。

e、胶体的聚沉作用

使胶体聚集成较大的微粒而沉降的作用。

破坏胶体的方法：

加入电解质；加入相反电荷的溶胶；加热。

[作业]P307：

3、4、5、7、8、9、10、11、13、14

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