無(wú)機(jī)化學(xué)水溶液市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第三篇 水溶液化學(xué)原理第8章 水溶液 Chapter 8 Water Solution 第1頁(yè)第1頁(yè)1. 進(jìn)一步掌握溶液濃度表示辦法。2.理解稀溶液通性。3. 初步理解強(qiáng)電解質(zhì)理論。本章教學(xué)要求第2頁(yè)第2頁(yè)8-1 溶液濃度和溶解度8-2 非電解質(zhì)稀溶液依數(shù)性8-3 電解質(zhì)溶液本章教學(xué)內(nèi)容第3頁(yè)第3頁(yè)8-1 溶液濃度和溶解度8-1-1 溶液濃度8-1-2 溶解度8-1-3 相同相溶原理第4頁(yè)第4頁(yè)8-1-1 溶液濃度1. 溶液濃度表示辦法 廣義濃度定義是： 溶液中溶質(zhì)相對(duì)于溶液或溶劑相對(duì)量。近年來(lái)多采用是： 一定體積溶液中溶質(zhì)“物質(zhì)量”。第5頁(yè)第5頁(yè)類型 符 號(hào) 單 位物質(zhì)量濃度 c mol/L

2、 質(zhì)量摩爾濃度 m (b) mol/kg質(zhì)量分?jǐn)?shù) w 無(wú)單位摩爾分?jǐn)?shù) x(B) 無(wú)單位 2. 溶液濃度幾種表示辦法 第6頁(yè)第6頁(yè)8-1-2 溶解度1. 溶解度 一定溫度和壓力下溶質(zhì)在一定量溶劑中形成飽和溶液時(shí)，被溶解溶質(zhì)量。第7頁(yè)第7頁(yè)第8頁(yè)第8頁(yè)第9頁(yè)第9頁(yè) 從相平衡角度理解溶解度即為： 在一定溫度和壓力下，固液達(dá)到平衡時(shí)狀態(tài)。這時(shí)把飽和溶液里物質(zhì)濃度稱為“溶解度”。按此把溶液分為：不飽和溶液飽和溶液過(guò)飽和溶液第10頁(yè)第10頁(yè) 通常把某溫度下100克水里某物質(zhì)溶解最大質(zhì)量叫溶解度。 習(xí)慣上按溶解度大小，把溶液分為：易溶 10g可溶 110g微溶 0.1 1g難溶 0.1g第11頁(yè)第11頁(yè)2.

3、 溶解度影響原因 (1)溫度影響：第12頁(yè)第12頁(yè)(2) 壓力 壓力改變對(duì)固體溶質(zhì)和液體溶質(zhì)溶解度普通影響不大，但對(duì)氣體溶質(zhì)溶解度卻有很大影響。 第13頁(yè)第13頁(yè)表8-2 氣體溶解度與氣體壓力關(guān)系 壓力/Pa373K時(shí)CO2溶解度/moldm-3 壓力/Pa298K時(shí)N2溶解度/moldm-3 80.1105 0.386 25.3105 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 第14頁(yè)第14頁(yè)3. 享利定律-氣體

4、溶解定律享利定律： 在一定溫度下，一定體積液體中所溶解氣體質(zhì)量與該氣體分壓成正比。數(shù)學(xué)表示式： p=K x (K享利常數(shù))第15頁(yè)第15頁(yè) 由于當(dāng)氣體壓強(qiáng)增長(zhǎng)n倍，那么氣體進(jìn)入液體機(jī)會(huì)也增長(zhǎng)n倍，因此氣體溶解質(zhì)量也增長(zhǎng)n倍。故亨利定律與其它氣體分壓無(wú)關(guān)。 亨利定律只適合用于溶解度小，不與溶劑互相作用氣體。因此HCl、NH3等氣體都不合用。第16頁(yè)第16頁(yè)第17頁(yè)第17頁(yè)8-1-3 相同相溶原理“相同相溶”原理主要表現(xiàn)在： (1) 溶質(zhì)分子與溶劑分子結(jié)構(gòu)越相同，互相溶解越容易； (2) 溶質(zhì)分子分子間作用力與溶劑分子間作用力越相同，越易互溶。 如非極性物質(zhì)能夠溶解在非極性溶劑中(碘溶于四氯化碳中

5、)，極性物質(zhì)和離子型晶體易溶于極性溶劑(如水)中。第18頁(yè)第18頁(yè)8-2 非電解質(zhì)稀溶液通性8-2-1 溶液蒸氣壓下降 拉烏爾定律8-2-2 溶液凝固點(diǎn)下降8-2-3 溶液沸點(diǎn)升高8-2-4 溶液滲入壓第19頁(yè)第19頁(yè) 溶質(zhì)溶解是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，溶解結(jié)果，溶質(zhì)和溶劑一些性質(zhì)發(fā)生了改變。但有幾種性質(zhì)是普通稀溶液所共有。這類性質(zhì)與濃度相關(guān)，或者說(shuō)與溶液中“粒子數(shù)”相關(guān)，而與溶質(zhì)本性無(wú)關(guān)。稱其為“依數(shù)性” 。 這里要尤其注意是 “難揮發(fā)”，“非電解質(zhì)”，“稀”溶液。第20頁(yè)第20頁(yè) 溶液幾種性質(zhì)與水比較 物質(zhì) Tb / Tf / 20 / (gcm-3)純水 100.00 0.00 0.9982

6、0.5molkg -1糖水 100.27 -0.93 1.0687 0.5molkg -1 100.24 -0.94 1.0012尿素溶液第21頁(yè)第21頁(yè) 液體蒸發(fā)和蒸氣壓： 液體分子也在不斷運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速率足夠大時(shí)，分子就能夠克服分子間引力，逸出液面而氣化。這種液體表面氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)。而在液面上氣態(tài)分子叫蒸氣。一定溫度下液體與其蒸氣處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)這種氣體稱為飽和蒸氣，它壓力稱飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。 8-2-1 溶液蒸氣壓下降 拉烏爾定律第22頁(yè)第22頁(yè) 液體蒸氣壓是液體主要性質(zhì)，它與液體本性和溫度相關(guān)，與液體量多少和在液體上方蒸氣體積無(wú)關(guān)。同一溫度下，不同液體有不同蒸氣壓；同一個(gè)液體，溫度

7、不同時(shí)蒸氣壓也不同。因?yàn)檎舭l(fā)是吸熱過(guò)程，因此升高溫度有利于液體蒸發(fā)，即蒸氣壓隨溫度升高而變大。第23頁(yè)第23頁(yè)1. 溶液蒸氣壓下降 試驗(yàn)測(cè)得，在同一溫度下，溶液蒸汽壓比純?nèi)軇┱羝麎旱?，純?nèi)軇┱魵鈮号c溶液蒸氣壓差值叫做溶液蒸氣壓下降。 蒸氣壓下降是由于溶劑部分表面被溶質(zhì)所占據(jù)，在單位時(shí)間內(nèi)從溶液中逸出液面溶劑分子數(shù)相對(duì)減少，達(dá)平衡時(shí)，溶液蒸氣壓必定低與純?nèi)軇┱魵鈮?。?4頁(yè)第24頁(yè)純?nèi)軇┱Ｈ芤荷俚?5頁(yè)第25頁(yè)第26頁(yè)第26頁(yè)蒸汽壓下降 p溶液p純?nèi)軇┤芤赫魵鈮合陆凳疽鈭D溶劑溶液溫度 p pokpa 蒸 氣 壓pB101.3kpaAB第27頁(yè)第27頁(yè)第28頁(yè)第28頁(yè)2. 拉烏爾定律 依據(jù)試驗(yàn)結(jié)

8、果，在一定溫度下，稀溶液蒸汽壓等于純?nèi)軇┱羝麎撼艘匀軇┰谌芤褐心柗謹(jǐn)?shù)，即：第29頁(yè)第29頁(yè)第30頁(yè)第30頁(yè)p=Km ，K：蒸氣壓下降常數(shù)對(duì)于水溶劑：拉烏爾定律可表述為： 在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液蒸氣壓下降，近似地與溶液質(zhì)量摩爾濃度呈正比。第31頁(yè)第31頁(yè)例： 已知20 時(shí)水飽和蒸汽壓為2.33 kPa. 將17.1g蔗糖（C12H22O11）與3.00g尿素 CO(NH2)2分別溶于100g水。 計(jì)算形成溶液蒸汽壓。解： 兩種溶質(zhì)摩爾質(zhì)量是M1=342 g/mol ，M2=60.0 g/mol第32頁(yè)第32頁(yè) 因此，兩種溶液蒸汽壓均為： p=2.33 kPa0.991=2.31 k

9、Pa溶液質(zhì)量摩爾數(shù)相同，蒸汽壓也相同。第33頁(yè)第33頁(yè)8-2-2 溶液凝固點(diǎn)下降凝固點(diǎn)： 在原則情況下，純液體蒸氣壓和它固相蒸氣壓相等時(shí)溫度為該液體凝固點(diǎn)。 溶液蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┱魵鈮?，因此溶液凝固點(diǎn)下降。第34頁(yè)第34頁(yè)溶液凝固點(diǎn)下降p/Pa611t/CTf 0ACB純水溶液Tf = Kf b第35頁(yè)第35頁(yè)Kf：溶劑凝固點(diǎn)減少常數(shù) ；m：溶質(zhì)質(zhì)量摩爾濃度。拉烏爾證實(shí)： 難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液凝固點(diǎn)Tf(Tf=Tf*-Tf)下降，與溶液質(zhì)量摩爾濃度呈正比。第36頁(yè)第36頁(yè)一些常見(jiàn)溶劑凝固點(diǎn)下降常數(shù)溶 劑水 苯 乙酸 萘 硝基苯 苯酚凝固點(diǎn)/Kf/KkJmol-10.0 5.5 16.6 8

10、0.5 5.7 431.855 4.9 3.9 6.87 7.00 7.78 應(yīng)用凝固點(diǎn)下降試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)定溶質(zhì)摩爾質(zhì)量，是測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量典型試驗(yàn)辦法之一。第37頁(yè)第37頁(yè)例：解： 冬天，在汽車散熱器水中注入一定量乙二醇可預(yù)防水凍結(jié)。如在 200 g 水中注入6.50 g 乙二醇，求這種溶液凝固點(diǎn)。（）第38頁(yè)第38頁(yè)8-2-3 溶液沸點(diǎn)升高 當(dāng)溶液蒸汽壓下降，要使其沸騰，即蒸汽壓達(dá)到外界壓力，就必須使其溫度繼續(xù)升高 ，達(dá)到新沸點(diǎn)，才干沸騰。 這叫稀溶液沸點(diǎn)升高。溶液越濃，其 p 越大，Tb 越大，即Tb p，則：第39頁(yè)第39頁(yè)主線原因：蒸汽壓下降 p溶液p純?nèi)軇┤芤悍悬c(diǎn)上升示意圖Tb*T b

11、溶劑溶液溫度 p pokpa 蒸 氣 壓pTbB101.3kpaAB第40頁(yè)第40頁(yè) Kb為沸點(diǎn)升高常數(shù)，與溶劑摩爾質(zhì)量、沸點(diǎn)、氣化熱相關(guān)，可由理論推算，也可由試驗(yàn)測(cè)定：直接測(cè)定幾個(gè)濃度不同稀溶液Tb ，然后用Tb對(duì)m作圖，所得直線斜率即為Kb。第41頁(yè)第41頁(yè)一些常見(jiàn)溶劑沸點(diǎn)上升常數(shù)溶劑tb/ Kb/KkJmol-1溶劑tb/Kb/KkJmol-1水 乙醇丙酮苯乙酸10078.456.280.1117.90.5121.221.712.532.93氯仿萘硝基苯苯酚樟腦61.7218.9210.8181.72083.635.805.243.565.95 沸點(diǎn)上升試驗(yàn)也是測(cè)定溶質(zhì)摩爾質(zhì)量（相對(duì)分子

12、質(zhì)量）典型試驗(yàn)辦法之一，但凝固點(diǎn)下降測(cè)得數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。第42頁(yè)第42頁(yè)例： 已知純苯沸點(diǎn)是 80.2 ，取 2.67 g萘（C10H8）溶于100g苯中，測(cè)得該溶液沸點(diǎn)為 80.731 ，試求苯沸點(diǎn)升高常數(shù)。解：第43頁(yè)第43頁(yè)8-2-4 溶液滲入壓 半透膜： 能夠允許溶劑分子自由通過(guò)而不允許溶質(zhì)分子通過(guò)。 滲入：溶劑分子透過(guò)半透膜向溶液擴(kuò)散使溶液變稀現(xiàn)象。 溶劑透過(guò)半透膜進(jìn)入溶液趨向取決于溶液濃度大小，溶液濃度大，滲入趨向大。第44頁(yè)第44頁(yè)滲入現(xiàn)象：水分子蔗糖分子半透膜蔗糖溶液水溶液滲入作用產(chǎn)生條件：半透膜存在；膜兩側(cè)溶液 濃度不相等。第45頁(yè)第45頁(yè) 滲入壓：施于溶液液面制止溶劑透過(guò)半透膜

13、向溶液滲入壓強(qiáng)。第46頁(yè)第46頁(yè)（3）滲入壓測(cè)定滲入壓測(cè)定：第47頁(yè)第47頁(yè) 內(nèi)管是鍍有亞鐵氰化銅Cu2Fe(CN)6 無(wú)釉磁管，它半滲性較好。管右端與帶活塞漏斗相連，用以加水，左端連結(jié)一毛細(xì)玻璃管，管上有一水平刻度(l)。外管是普通玻璃制，上方帶口，能夠調(diào)整壓力，若外管充斥糖水溶液，內(nèi)管由漏斗加水至毛細(xì)管液面到達(dá)l處。 因內(nèi)管蒸氣壓不小于外管，水由內(nèi)向外滲入，液面l就有改變，若在外管上方口處加適當(dāng)壓力p，則可制止水滲入而維持液面l不變，按定義所加壓力p就是滲入壓。第48頁(yè)第48頁(yè) 滲入壓定律：1877年，Pfeffer 試驗(yàn)結(jié)果：在0 蔗糖溶液滲入壓溶液濃度 滲入壓c/gdm-3 /atm

14、10.03 0.68 0.06820.14 1.34 0.06740.60 2.75 0.06861.38 4.04 0.066 第49頁(yè)第49頁(yè)1%蔗糖溶液在不同溫度滲透壓 溫度 T/K 滲入壓/atm 273 0.648 2.37287 0.691 2.41295 0.721 2.44309 0.746 2.41第50頁(yè)第50頁(yè) 為一常數(shù)，并與抱負(fù)氣體常數(shù) R 值相同。因而認(rèn)為稀溶液滲入壓定律與抱負(fù)氣體定律相同，可表述為： 1885年，vant Hoff 把這些數(shù)據(jù)歸納、比較，發(fā)覺(jué)：第51頁(yè)第51頁(yè)與抱負(fù)氣體方程無(wú)本質(zhì)聯(lián)系。：滲入壓；V：溶液體積；R：氣體常數(shù)； n： 溶質(zhì)物質(zhì)量； c：體

15、積摩爾濃度； T： 溫度；R = 8.314 J mol-1 K-1第52頁(yè)第52頁(yè)反滲入： 對(duì)溶液附加壓力不小于滲入壓時(shí)，水分子將由溶液向滲入，這個(gè)過(guò)程稱為反滲入。 利用反滲入作用能夠進(jìn)行海水淡化。滲入壓平衡與生命過(guò)程密切關(guān)系： 給患者輸液濃度； 植物生長(zhǎng)； 人營(yíng)養(yǎng)循環(huán)。第53頁(yè)第53頁(yè) 測(cè)得人體血液冰點(diǎn)減少值 Tf= 0.56，求在體溫 37 時(shí)滲入壓。例：解：第54頁(yè)第54頁(yè)8-3 電解質(zhì)溶液 1887年，Arrhenius 依據(jù)電解質(zhì)溶液對(duì)非電解質(zhì)溶液依數(shù)性偏差和溶液導(dǎo)電性試驗(yàn)結(jié)果，提出了電解質(zhì)電離理論，基本要點(diǎn)是：（1）電解質(zhì)在溶液中會(huì)自發(fā)解離成帶 電粒子電離。第55頁(yè)第55頁(yè)（2）

16、正、負(fù)離子互相接觸碰撞又會(huì)結(jié) 合成份子，使電解質(zhì)只發(fā)生部分電 離，電離百分率稱為電離度。（3）溶液導(dǎo)電是由于離子遷移引起 。溶液中離子越多，導(dǎo)電性越 強(qiáng)。第56頁(yè)第56頁(yè)幾種鹽水溶液冰點(diǎn)下降情況 鹽 m T/K T/K molkg-1 (計(jì)算值) (試驗(yàn)值) KCl 0.20 0.372 0.673 1.81KNO3 0.20 0.372 0.664 1.78MgCl2 0.10 0.186 0.519 2.79Ca(NO3)2 0.10 0.186 0.461 2.48第57頁(yè)第57頁(yè)數(shù)據(jù)表明： 對(duì)于正負(fù)離子都是一價(jià)電解質(zhì)，如KNO3，NaCl，其T(實(shí))較為靠近，并且近似為計(jì)算值T2倍；

17、正負(fù)離子為二價(jià)電解質(zhì)溶液試驗(yàn)值T（實(shí)）與計(jì)算值T(計(jì))比值較一價(jià)??； 電解質(zhì)溶液越濃，試驗(yàn)值與計(jì)算值比值越小。第58頁(yè)第58頁(yè)表觀電離度: 強(qiáng)電解質(zhì)電離度應(yīng)為100%，但導(dǎo)電性試驗(yàn)測(cè)得結(jié)果小于100%，被稱為表觀電離度。電解質(zhì) KCl ZnSO4 HCl HNO3 表觀電離度 86 40 92 92電解質(zhì) H2SO4 NaOH Ba(OH)2表觀電離度 61 91 81強(qiáng)電解質(zhì)表觀電離度(298K,0.10mol.L-1)第59頁(yè)第59頁(yè)表觀解離度理論上：強(qiáng)電解質(zhì)完全解離 = 1試驗(yàn)中： 1 在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中，離子濃度較大，離子間存在互相作用，離子行動(dòng)不完全自由。第60頁(yè)第60頁(yè)電解質(zhì) KCl

18、 ZnSO4 HCl HNO3 表觀電離度 86 40 92 92電解質(zhì) H2SO4 NaOH Ba(OH)2表觀電離度 61 91 81強(qiáng)電解質(zhì)表觀電離度(298K,0.10mol.L-1)濃度不同時(shí)：KCl溶液 0.1 molL-1, = 0.862 1.0 molL-1, = 0.756 2.0 molL-1, = 0.712第61頁(yè)第61頁(yè)1. 離子氛和離子強(qiáng)度 強(qiáng)電解質(zhì)在水溶液中是完全電離，但離子并不是自由，存在著“離子氛”。第62頁(yè)第62頁(yè) 離子氛示意圖+第63頁(yè)第63頁(yè) 這種離子間互相作用使溶液中離子并不完全自由，其表現(xiàn)是： 溶液導(dǎo)電能力下降，電離度下降，依數(shù)性異常。 用I 離 子強(qiáng)度表示 離子與“離子氛”之間強(qiáng)弱，Zi表示溶液中種i離子電荷數(shù)，mi表示i種離子質(zhì)量摩爾濃度，則：I =第64頁(yè)第64頁(yè) 離子強(qiáng)度I表示了離子在溶液中產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度大小。 離子強(qiáng)度越大，正負(fù)離子間作用力越大。 第6