工程化學(xué)基礎(chǔ)第三章

1、工程化學(xué)基礎(chǔ)第三章課件第1頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三3.1 溶液的通性溶液是環(huán)境、生活、化學(xué)研究、化工生產(chǎn)中重要的介質(zhì)。溶液的類型： 固體溶液 (固溶體合金、玻璃) 液體溶液 (l-g, l-l, l-s分散) 氣體溶液 (分壓定律)物質(zhì)的分散狀態(tài)與溶液 （1nm=10-9 m）分散狀態(tài)粒徑 / nm例 如特 征相系粗100泥水、牛奶不透明、不穩(wěn)定不穿過(guò)濾紙多膠體1-100溶膠、水玻璃(納米材料)微渾濁 半透明 或不渾濁 透明, 有Tyndal現(xiàn)象多溶液0.101硫酸、鹽水不沉降、穩(wěn)定, 穿過(guò)濾紙單第2頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三溶液含

2、溶質(zhì)的量(濃度) 表示方法：溶質(zhì)B的量濃度M溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度m溶質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)/量分?jǐn)?shù)x溶質(zhì)B的量濃度M第3頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三 非電解質(zhì)溶液的通性 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知：由難揮發(fā)的非電解質(zhì)所形成的稀溶液的性質(zhì)（溶液的飽和蒸氣壓下降 、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降 和有滲透壓 ）與一定量溶劑中所溶解溶液的數(shù)量（物質(zhì)的量）成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)，故稱為依數(shù)性，又稱為稀溶液定律或依數(shù)性定律。 1.溶液的蒸氣壓下降液體水揮發(fā) 在密閉容器中, 在純?nèi)軇┑膯挝槐砻嫔希?單位時(shí)間里 ，有 N0 個(gè)分子蒸發(fā)到上方空間中。隨著上方空間里溶劑分子個(gè)數(shù)的增加， 密度的增加， 分子凝

3、聚， 回到液相的機(jī)會(huì)增加.當(dāng)密度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，凝聚的分子的個(gè)數(shù)也達(dá)到 N0 個(gè)。這時(shí)上方空間的蒸氣密度不再改變， 保持恒定。此時(shí)， 蒸氣的壓強(qiáng)也不再改變， 稱為該溫度下的飽和蒸汽壓， 用 P0 表示。 （1)純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?(P0)第4頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三達(dá)到平衡. 當(dāng)蒸氣壓小于 P0 時(shí)，平衡右移， 繼續(xù)氣化； 若蒸氣壓大于 P0 時(shí), 平衡左移， 氣體液化。 譬如， 改變上方的空間體積， 即可使平衡發(fā)生移動(dòng)。 （2) 溶液的蒸氣壓溶液pp*當(dāng)溶液中溶有難揮發(fā)的溶質(zhì)時(shí), 則有部分溶液表面被這種溶質(zhì)分子所占據(jù),于是, 在溶液中, 單位表面在單位時(shí)間內(nèi)蒸

4、發(fā)的溶劑分子的數(shù)目 N 要小于 N0 。 凝聚分子的個(gè)數(shù)當(dāng)然與蒸氣密度有關(guān). 當(dāng)凝聚的分子數(shù)目達(dá)到 N, 實(shí)現(xiàn)平衡時(shí), 蒸氣壓已不會(huì)改變. 這時(shí), 平衡狀態(tài)下的飽和蒸氣壓為:P P0 ,對(duì)溶液來(lái)講, 蒸氣壓大于 P而 液化；蒸氣壓小于P而氣化。純水p*溶液溫度T冰蒸氣壓下降p遵守拉烏爾定律:即 溶液的p與溶質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x成正比第5頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三2.溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降沸點(diǎn): 液體的飽和蒸氣壓達(dá)到給定外界壓力時(shí)的溫度Tb凝固點(diǎn): s、l、g三相共存的溫度Tf比冰的飽和蒸氣壓(O)p*/ kPa101.325TOTfTbTbTfBDCA溶液的蒸氣壓下降

5、，引起：溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降在原沸點(diǎn)Tb時(shí)，p在A點(diǎn) 101325 Pa，只有升溫至Tb時(shí)，蒸氣壓p才達(dá)到外壓 冒泡/沸騰首先，析出的總是能量低的純冰, 如冰棍 對(duì)應(yīng)OD線不變。但在原Tf時(shí), 溶液的蒸氣壓在C點(diǎn)，低, 不能三相共存 只有在CD與OD相交的Tf才能共存.第6頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三沸點(diǎn)升高公式凝固點(diǎn)下降公式kf 為 凝固點(diǎn)降低常數(shù)， H2O的kf = 1.86kb 為沸點(diǎn)升高常數(shù), 不同的溶劑, kb 值不同.最常見(jiàn)的溶劑是H2O, 其kb= 0.512由熱力學(xué)還可得到：第7頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三例：已知2

6、0時(shí), C6H6的飽和蒸氣壓為9999 Pa, 向90 g該溶劑中加入1.0 g某種不揮發(fā)的有機(jī)溶質(zhì)并溶解后, 測(cè)得溶液的蒸氣壓為9479 Pa, 計(jì)算溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量解：由Raoult定律 代入已知數(shù)據(jù)得：3.滲透壓滲透現(xiàn)象在 U 形管中，用半透膜將等體積的 H2O和糖水分開， 放置一段時(shí)間， 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?一段時(shí)間后， 糖水的液面升高； 而H2O的液面降低。這種溶劑透過(guò)半透膜， 進(jìn)入溶液的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因: 在兩側(cè)靜水壓相同的前提下， 由于半透膜兩側(cè)透過(guò)的H2O分子的數(shù)目不等， 在單位時(shí)間里， 進(jìn)入糖水的H2O分子多些。第8頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三滲透壓

7、公式滲透壓滲透現(xiàn)象發(fā)生以后 1. H2O柱的高度降低， 靜壓減小，使右行的H2O分子數(shù)目減少；2. 糖水柱升高,使左行的H2O分子數(shù)目增加；3. 糖水變稀， 膜右側(cè)的H2O分子的分?jǐn)?shù)增加， 亦使左行的H2O分子數(shù)目增加.當(dāng)過(guò)程進(jìn)行到一定程度時(shí), 右行和左行的H2O分子數(shù)目相等， 這時(shí)達(dá)到平衡， 即H2O柱不再下降； 同時(shí)， 糖水柱不再升高。 液面高度差造成的靜壓，稱為溶液的滲透壓， 用表示，單位為Pa。 具有滲透是溶液的依數(shù)性質(zhì)，它產(chǎn)生的根本原因也是相變界面上可發(fā)生變化的分子個(gè)數(shù)不同引起的。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究， 人們發(fā)現(xiàn)：1. 溫度相同時(shí)， 和溶液的體積摩爾濃度成正比；2. 濃度相同時(shí)， 和溫度 T 成正比。 測(cè)得比例系數(shù)和氣體常數(shù) R 相同， 則公式寫成: V = nRT第9頁(yè)，共10頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)58分，星期三應(yīng)用舉例致冷劑冰鹽混合物可用來(lái)使實(shí)驗(yàn)室局部致冷,將NaCl和冰混合， 可做成制冷劑， 獲得零下低溫 混合物從外界吸熱， 冰部分融化 吸熱水， 冰水共存， 應(yīng)為零度， 水將NaCl溶解， 形成溶液， 冰點(diǎn)低于零度， 故冰將繼續(xù)融化吸熱變成水。 理論上可達(dá)到低共熔點(diǎn)的溫度 -22C；用CaCl2 和冰的混合物, 可以獲得 -55 C的低溫；用CaCl2 、 冰和丙酮的混合物， 可以致