無(wú)機(jī)化學(xué) 第一章 溶液

無(wú)機(jī)化學(xué)緒論一、化學(xué)是一門(mén)中心的、實(shí)用的和創(chuàng)造性科學(xué)1、什么是化學(xué)？化學(xué)是一門(mén)試圖了解物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的科學(xué)。物質(zhì)包括:自然界存在的一切物質(zhì)---地球的礦物,空氣中的氣體,海洋中的水和鹽;動(dòng)植物體內(nèi)找到的化學(xué)物質(zhì);人類創(chuàng)造的新物質(zhì)。變化包括:因閃電而著火的樹(shù)木;與生命相關(guān)的變化和由化學(xué)家發(fā)明和創(chuàng)造的新變化。2、化學(xué)家的工作研究自然界,并試圖了解它創(chuàng)造自然界不存在的新物質(zhì)完成化學(xué)變化的新途徑二、無(wú)機(jī)化學(xué)概述1、化學(xué)學(xué)科的分類化學(xué)科學(xué)是最古老和涉及范圍最廣的學(xué)科之一，積累了大量人類的知識(shí),具有廣闊的發(fā)展前景。盡管各化學(xué)學(xué)科之間的界限不是很分明,而且各學(xué)科之間彼此交叉,由于研究方法目標(biāo)和目的不同,有必要將化學(xué)進(jìn)行分類。按傳統(tǒng)分類,可將化學(xué)分為四大分支:

無(wú)機(jī)化學(xué)

有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)分析化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)的內(nèi)容為化學(xué)的基本原理,化學(xué)元素的性質(zhì)和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。迄今,化學(xué)元素已經(jīng)發(fā)展為110多種。2、無(wú)機(jī)化學(xué)3、有機(jī)化學(xué)有一個(gè)重要元素,即為碳C，構(gòu)成了化學(xué)的另外一個(gè)重要分支:有機(jī)化學(xué)。有機(jī)和無(wú)機(jī)的結(jié)合,衍生出有機(jī)元素化學(xué)或稱為金屬有機(jī)化學(xué)。主要研究有機(jī)化合物與金屬之間以C-M形成的化合物。此外,部分碳化學(xué),包括碳的氧化物,含氧離子或碳化物等,屬于無(wú)機(jī)化學(xué)研究范疇。當(dāng)然,這里不存在嚴(yán)格的界線,也無(wú)人試圖去嚴(yán)格規(guī)定這種界線。4、物理化學(xué)詳細(xì)研究化學(xué)的能量變化,反應(yīng)機(jī)理,鍵能,分子的聚合,發(fā)生的表面和界面的反應(yīng)等,可以歸屬為物理化學(xué)。同樣,物理化學(xué)和其它化學(xué)學(xué)科也沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分界線,并且許多令人振奮的研究成果往往出現(xiàn)在和其它化學(xué)學(xué)科的交叉點(diǎn)上。無(wú)機(jī)化學(xué)在與學(xué)科交錯(cuò)部位,同樣功不可沒(méi)。這些交叉學(xué)科包括:地球化學(xué),無(wú)機(jī)生物化學(xué),材料科學(xué)和冶金學(xué)(Metallurgy)。5、分析化學(xué)分析化學(xué):包括定性分析和定量測(cè)定,儀器分析等,是進(jìn)行化學(xué)研究的基礎(chǔ)。三、如何學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)1、理論課中學(xué)的學(xué)習(xí)模式:每節(jié)課的講授內(nèi)容少,講授的內(nèi)容重復(fù)較多,大量作業(yè),課堂練習(xí)和課外練習(xí),自學(xué)內(nèi)容少。大學(xué)的學(xué)習(xí)模式:每節(jié)課的講授內(nèi)容多,講授內(nèi)容重復(fù)性小,作業(yè)量少,無(wú)課堂練習(xí),強(qiáng)調(diào)自學(xué)能力的提高。針對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)特點(diǎn),提出如下要求:（1）、課堂認(rèn)真聽(tīng)講,跟上教師講授思路,有弄不懂的問(wèn)題暫且放下,待以后解決,不然,由于講授速度快,容易積累更多的疑難問(wèn)題。（2）、作好課堂筆記。留下一定的空白處,做標(biāo)記,提出問(wèn)題,寫(xiě)出結(jié)論。2、習(xí)題目的:

解決課程的疑難問(wèn)題

形式:

講解習(xí)題,作業(yè)中存在問(wèn)題,自由解答疑難問(wèn)題

本學(xué)期主要學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章溶液第二章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)第三章化學(xué)平衡第三章化學(xué)反應(yīng)速率第五章酸堿解離平衡第六章難溶強(qiáng)電解質(zhì)的沉淀-溶解平衡第七章氧化還原反應(yīng)和電極電勢(shì)第八章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第十章共價(jià)鍵與分子結(jié)構(gòu)第十一章配位化合物第一章溶液第一節(jié)混合物和溶液的常用組成標(biāo)度一、B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)式中：mB為B的質(zhì)量；m為混合物的質(zhì)量；ωB為量綱一的量，其SI單位為1。二、B的體積分?jǐn)?shù)式中：

為混合前組分B的體積；

為混合前所有組分的體積總和。

為量綱一的量，其SI單位為1。三、B的質(zhì)量濃度式中：

mB為B的質(zhì)量；

V為混合物的體積；

ρB的SI單位為kg·m-3，常用單位為g·L-1，mg·L-1。四、B的分子濃度B的分子濃度：式中：NB為B的分子數(shù)；V為混合物的體積。CB的SI單位為m-3，醫(yī)學(xué)上常用的單位是L-1和mL-1。五、B的物質(zhì)的量濃度式中：

nB為B的物質(zhì)的量；

V為混合物的體積；

cB的SI單位為mol·m-3,常用單位為mol·L-1,mmol·L-1。六、B的摩爾分?jǐn)?shù)式中：

nB為B的物質(zhì)的量；

n為混合物的物質(zhì)的量；

xB為量綱一的量，其SI單位為1。七、溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度式中：

nB為溶質(zhì)B的物質(zhì)的量；

m為溶劑A的質(zhì)量；

bB的其SI單位為mol·kg-1。第二節(jié)非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性質(zhì)依數(shù)性:稀溶液的某些性質(zhì)取決于溶液所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目而與溶質(zhì)本身的性質(zhì)無(wú)關(guān)蒸汽壓的下降沸點(diǎn)的升高凝固點(diǎn)（冰點(diǎn)）下降滲透壓一、溶液的飽和蒸氣壓下降

（一）問(wèn)題的提出（二）飽和蒸氣壓（三）拉烏爾定律(Laoult,法國(guó))（一）、問(wèn)題的提出

在密閉容器中，水能自動(dòng)轉(zhuǎn)移到糖水中去,為什么?這種轉(zhuǎn)移,只能通過(guò)蒸氣來(lái)進(jìn)行。因此，要研究蒸氣的行為，才能弄清楚問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。（二）、飽和蒸氣壓

在一定溫度下,在密閉容器中,在純?nèi)軇┑膯挝槐砻嫔?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)起,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P*

表示。

達(dá)到平衡.當(dāng)蒸氣壓小于P*

時(shí),平衡右移,繼續(xù)氣化;若蒸氣壓大于P*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)。液體氣體蒸發(fā)凝聚1.純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?P*)

于是,在溶液中,單位表面在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(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

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),如圖示:

2.溶液的飽和蒸氣壓(P)

過(guò)程開(kāi)始時(shí),H2O和糖水均以蒸發(fā)為主;當(dāng)蒸氣壓等于P時(shí),糖水與上方蒸氣達(dá)到平衡,而P0>P,即H2O并未平衡,繼續(xù)蒸發(fā),以致于蒸氣壓大于P.H2O分子開(kāi)始凝聚到糖水中,使得蒸氣壓不能達(dá)到P0.于是,H2O分子從H2O中蒸出而凝聚入糖水.出現(xiàn)了本節(jié)開(kāi)始提出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

變化的根本原因是溶液的飽和蒸氣壓下降。

3.解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（三）、拉烏爾定律(Laoult,法國(guó))

每升溶液中含溶質(zhì)的摩爾數(shù),為物質(zhì)的量濃度，簡(jiǎn)稱濃度，用c

表示。這種濃度使用方便,唯一不足,是和溫度有關(guān)。若用每Kg溶劑中含溶質(zhì)的摩爾數(shù),則稱為質(zhì)量摩爾濃度,經(jīng)常用b表示。摩爾分?jǐn)?shù):

1.溶液的濃度2.拉烏爾定律(Raoult)在一定溫度下,溶液的飽和蒸氣壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶劑摩爾分?jǐn)?shù)之積。即:用ΔP表示溶液的P與純?nèi)軇㏄A*之差,則有:故有:對(duì)于稀水的溶液:(對(duì)于不同溶劑,k值不同)稀溶液飽和蒸氣壓下降值,與稀溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。這是拉烏爾定律的另一種表述形式。二、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降（一）沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)（二）飽和蒸氣壓圖（三）公式（四）應(yīng)用（一）、沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)蒸發(fā):表面氣化現(xiàn)象稱為蒸發(fā);

沸騰:表面和內(nèi)部同時(shí)氣化的現(xiàn)象;

沸點(diǎn):液體沸騰過(guò)程中的溫度.

只有當(dāng)液體的飽和蒸氣壓和外界大氣的壓強(qiáng)相等時(shí),液體的氣化才能在表面和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生,這時(shí)的溫度即是沸點(diǎn).

凝固點(diǎn):

液體凝固成固體(嚴(yán)格說(shuō)是晶體)是在一定溫度下進(jìn)行的,這個(gè)溫度稱為凝固點(diǎn)。凝固點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是,在這個(gè)溫度下,液體和固體的飽和蒸氣壓相等.即為:

液體固體若P固>P液,則固體要融化(熔解)；

P固<P液,液體要凝固；（二）飽和蒸氣壓圖可見(jiàn),由于溶液的飽和蒸氣壓的下降,導(dǎo)致沸點(diǎn)升高。即溶液的沸點(diǎn)高于純水。373K時(shí),水的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓強(qiáng),故373K是H2O的沸點(diǎn)。如圖中A點(diǎn)。在該溫度下,溶液的飽和蒸氣壓小于,溶液未達(dá)到沸點(diǎn).只有當(dāng)溫度達(dá)到T1

時(shí)(T1>373K,A’點(diǎn)),溶液的飽和蒸氣壓才達(dá)到,才沸騰。

3）、冰點(diǎn)在此溫度時(shí),溶液飽和蒸氣壓低于冰的飽和蒸氣壓,即:P冰>P溶,當(dāng)兩種物質(zhì)共存時(shí),冰要融化(熔解),或者說(shuō),溶液此時(shí)尚未達(dá)到凝固點(diǎn).冰線和水線的交點(diǎn)(B點(diǎn))處,冰和水的飽和蒸氣壓相等.此點(diǎn)的溫度為273K,P≈611Pa,是H2O的凝固點(diǎn),即為冰點(diǎn).只有降溫,到T2

時(shí),冰線和溶液線相交(B’點(diǎn)),即:P冰=P溶液,溶液開(kāi)始結(jié)冰,達(dá)到凝固點(diǎn).T2<273K,即溶液的凝固點(diǎn)下降,比純水低.

即溶液的蒸氣壓下降,導(dǎo)致其冰點(diǎn)下降。（三）公式用ΔTb

表示沸點(diǎn)升高值,即:ΔTb=Tb-Tb*(Tb*是純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn),Tb是溶液的沸點(diǎn))。

Tb是直接受ΔP影響的,有:Tb∝ΔP,而ΔP=k·bB,故ΔTb

∝

bB.比例系數(shù)用kb

表示,則有:

ΔTb=kb·bB

kb

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=0.5121、沸點(diǎn)升高公式2.凝固點(diǎn)下降公式

用ΔTf

表示凝固點(diǎn)降低值,即:ΔTf

=Tf*-Tf

Tf*是純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn),Tf是溶液的凝固點(diǎn).

ΔTf為正值,且

ΔTf

=kf·bB,

kf:凝固點(diǎn)降低常數(shù),H2O的kf=1.86

3.以上公式的成立條件公式由ΔP=k·bB

推出,在推導(dǎo)時(shí),有條件:溶質(zhì)不揮發(fā),且nB<<nA,即為稀溶液。

bB(質(zhì)量摩爾濃度)的大小,要能與溶液表面上不揮發(fā)的質(zhì)點(diǎn)的多少有定量關(guān)系,溶質(zhì)必須是非電解質(zhì).

若是NaCl,電解產(chǎn)生Na+

和Cl-,bB=1時(shí),質(zhì)點(diǎn)數(shù)可能是2,且Na+

和Cl-

之間又有吸引,則相當(dāng)于在1－2之間,不好定量.Ba(OH)2體系就更加復(fù)雜了.因而,公式成立的條件是:不揮發(fā)的非電解質(zhì)的稀溶液。

1)揮發(fā)性溶質(zhì):在后續(xù)課程中講授。2)電解質(zhì)溶液:離解后,相當(dāng)于多少個(gè)粒子,定量關(guān)系不確切.不能用此公式計(jì)算,但同樣0.1m的Al2(SO4)3

總比0.1m的NaCl

產(chǎn)生的粒子多.可以定性的推理,即仍有蒸氣壓下降,沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低等性質(zhì).3)濃溶液:由于分子間的作用復(fù)雜,雖然也有升高和降低等現(xiàn)象,但定量關(guān)系不準(zhǔn)確。思考題1、難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液是否具有恒定的沸點(diǎn)？2、把一小塊冰放在0℃的水中，另一小塊冰放在0℃的鹽水中，各有什么現(xiàn)象發(fā)生？為什么？3、取相同質(zhì)量的果糖（C6H12O6）和蔗糖（C12H22O11）分別溶于等體積的水中形成溶液。兩種溶液的凝固點(diǎn)都在0℃以下，但果糖溶液的凝固點(diǎn)較蔗糖溶液低。這是為什么？（四）應(yīng)用因此，通過(guò)測(cè)量ΔTf或ΔTb就可以測(cè)量MB測(cè)量難揮發(fā)非電解質(zhì)B的摩爾質(zhì)量（分子量）

整理得：

凝固點(diǎn)降低法

整理得：

沸點(diǎn)升高法

例題：將1.09g葡萄糖溶于20g水中,所得溶液的沸點(diǎn)升高了0.156K,求葡萄糖的分子量。稀溶液的依數(shù)性除了如例題所示,可以用來(lái)測(cè)定分子量,還可以解釋一些現(xiàn)象和應(yīng)用于實(shí)際中。和實(shí)際分子量180相近

利用凝固點(diǎn)法,測(cè)分子量更準(zhǔn)確.因?yàn)閗f

比kb要大,溫度差要更明顯一些.就測(cè)定方法本身來(lái)講,凝固點(diǎn)的測(cè)定比沸點(diǎn)測(cè)定精確度高

解：由題目可知：將代入得解得：冰鹽混合物可用來(lái)使實(shí)驗(yàn)室局部致冷。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-55C°的低溫。用CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70C°以下。致冷劑三、滲透壓

（一）滲透現(xiàn)象

（二）滲透壓

（三）滲透壓公式

（一）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(kāi),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，稱為滲透現(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。（二）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Π，單位為Pa。（三）滲透壓公式1877年，德國(guó)植物學(xué)家弗菲爾（Pfeffer）用人工制成的半透膜測(cè)量蔗糖稀溶液的滲透壓力，發(fā)現(xiàn)如下兩個(gè)規(guī)律:

1.溫度一定時(shí),蔗糖稀溶液的滲透壓力和溶液的物質(zhì)的量濃度成正比；

2.濃度一定時(shí),蔗糖稀溶液的滲透壓力和溫度T成正比