无机化学：第四章 溶液

第四章第四章溶溶液液4.1 4.1 稀溶液的依数性稀溶液的依数性4.2 4.2 电解质溶液电解质溶液4.1稀溶液的依数性稀溶液的依数性4.1.1溶液的蒸汽压下降溶液的蒸汽压下降4.1.2溶液的沸点升高溶液的沸点升高4.1.3溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降4.1.4溶液的渗透压溶液的渗透压4.1 4.1 稀溶液的依数性稀溶液的依数性依数性，顾名思义依数性，顾名思义depengingdepenging on the collection on the collection 读题名：知道学习的内容，要解决的问题。读题名：知道学习的内容，要解决的问题。溶液有哪些性质：颜色，体积，气味溶液有哪些性质：颜色，体积，气味,压强，压强，蒸气压，沸点，凝固点等蒸气压，沸点，凝固点等怎样的稀溶液，对溶剂和溶质有何要求怎样的稀溶液，对溶剂和溶质有何要求一、蒸气压一、蒸气压(1)概念：概念：4.1.1 稀溶液的蒸气压下降稀溶液的蒸气压下降 蒸发蒸发凝结（液化）凝结（液化）气相气相(g)液相液相(l)与液相处于平衡时的蒸气所具有的压力称为与液相处于平衡时的蒸气所具有的压力称为该温度该温度下下的的饱和蒸气压饱和蒸气压(VaporPressure)-p，单位单位Pa或或kPa。a.与液体的本性有关与液体的本性有关,物质不同物质不同,蒸气压不同蒸气压不同b.与液体的量以及液面上空的体积无关与液体的量以及液面上空的体积无关c.相相同同温温度度下下，若若液液体体分分子子间间的的引引力力强强，液液体体分分子子难难以以逸逸出出液液面面，则则蒸蒸气气压压就就低低；若若液液体体分分子子间间的的引引力力弱弱，则则蒸气压就蒸气压就高高。d.对对同同一一液液体体来来说说，温温度度高高，蒸蒸气气压压就就大大；若若温温度度低低，则蒸气压则蒸气压低低。（2）饱和蒸气压的性质：）饱和蒸气压的性质：(4)物质分类物质分类(根据蒸气压根据蒸气压)：a.易挥发性物质：蒸气压大。易挥发性物质：蒸气压大。b.难挥发性物质：蒸气压小。难挥发性物质：蒸气压小。(5)界界定定1：节节讨讨论论范范围围：溶溶质质为为难难挥挥发发性性物物质质。即即研研 究溶液的蒸气压时只讨论溶剂的蒸气压。究溶液的蒸气压时只讨论溶剂的蒸气压。(3)同样，固体也可以直接蒸发为气体，升华：同样，固体也可以直接蒸发为气体，升华：因因此此，固固体体也也有有蒸蒸气气压压，但但是是除除了了冰冰、碘碘、樟樟脑和萘等，其他固体的脑和萘等，其他固体的p都很小。都很小。二、稀溶液的蒸气压二、稀溶液的蒸气压注：注：-水分子；水分子；-蔗糖分蔗糖分子子(b)蔗糖溶液蔗糖溶液(a)纯纯水水1887年年法法国国科科学学家家RaoultFM研研究究了了难难挥挥发发性性的的非非电电解质稀溶液，得出了以下定律解质稀溶液，得出了以下定律(Raoult定律定律)：p=pAp1 pAxB-在稀溶液中，在稀溶液中，nAnB,nA+nBnA：界界定定2：Raoult定定律律仅仅使使用用于于难难挥挥发发性性的的非非电电解解质稀溶液，稀溶液一般指质稀溶液，稀溶液一般指m0.2 mol/kg的溶液。的溶液。p=p0 xBp0.MAm=Km-由由式式可可知知，温温度度一一定定时时，p 只只与与溶溶质质的的m成成正比，而与溶质的本性无关。正比，而与溶质的本性无关。【例【例41】已知】已知293K时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为2.338kPa。将将6.840g蔗糖（蔗糖（C12H22O11）溶于溶于100.0g水中，蔗糖溶液的水中，蔗糖溶液的质量摩尔浓度是多少？蒸气压是多少？质量摩尔浓度是多少？蒸气压是多少？解：已知解：已知p02.338kPa，蔗糖的摩尔质量为蔗糖的摩尔质量为342.0g.mol-1则则nB=6.840g/342.0g.mol-1=0.0200mol mnB/mA=0.02mol/0.10kg=0.2000mol.kg-10.9964p=p0 xA2.338kPa0.9964=2.330kPa答：蔗糖溶液的质量摩尔浓度是答：蔗糖溶液的质量摩尔浓度是0.2000mol.kg-1，蒸气蒸气压是压是2.330kPa。（1）液体的沸点）液体的沸点Tb：液体的蒸气压液体的蒸气压=外压时的温度。外压时的温度。正常沸点：外压为正常沸点：外压为101.3kPa时的沸点。如水为时的沸点。如水为373.15k。P外外，沸点，沸点。4.1.2溶液的沸点升高溶液的沸点升高应用：减压蒸馏应用：减压蒸馏(提提取取和和精精制制对对热热不不稳稳定定的的物物质质)；热压灭菌热压灭菌(对热稳定的注射液和对热稳定的注射液和对某些医疗器械的灭菌对某些医疗器械的灭菌)。（2）Tb=Tb1TbA=Kbm-Kb为溶剂的摩尔沸点升高常数，只与溶剂的本性有为溶剂的摩尔沸点升高常数，只与溶剂的本性有关关(参考参考P75表表4-2)。由由可知，难挥发性的非电解质稀溶液的沸点升高可知，难挥发性的非电解质稀溶液的沸点升高只与溶质的只与溶质的m有关，而与溶质的本性无关。有关，而与溶质的本性无关。a.纯溶剂的沸点：恒定纯溶剂的沸点：恒定b.溶液的沸点：不恒定溶液的沸点：不恒定恒定；恒定；一般指刚沸腾时的温度。一般指刚沸腾时的温度。【例例42】(P75)葡萄糖葡萄糖1.09克溶于克溶于20.0克水中，所得溶液的沸点克水中，所得溶液的沸点升高了升高了0.156K，求葡萄糖的摩尔质量。求葡萄糖的摩尔质量。（理论值为理论值为180g.mol-1）答：葡萄糖的摩尔质量为答：葡萄糖的摩尔质量为182g.mol-1。解：查表得，水的解：查表得，水的Kb0.52K.kg.mol-1。4.1.3溶液的凝固点降低溶液的凝固点降低（1）凝固点：凝固点：Ps=Pl时的时的Tf凝固点是指同一个物质固液两相蒸气压相等而平衡共存凝固点是指同一个物质固液两相蒸气压相等而平衡共存的温度。的温度。在在273K时，水时，水(l)冰冰(S)（101325Pa时）时）0.610kPa0.610kPa（2）凝固点下降：凝固点下降：Tf=TfATf1=KfmKf：溶剂的摩尔凝固点降低常数，只与溶剂的本溶剂的摩尔凝固点降低常数，只与溶剂的本性有关。性有关。由上式可知，难挥发性的非电解质稀溶液的沸点升由上式可知，难挥发性的非电解质稀溶液的沸点升高只与溶质的高只与溶质的m有关，而与溶质的本性无关。有关，而与溶质的本性无关。【例【例43】(P77)200克水中溶解克水中溶解2.76克甘油，测得溶液克甘油，测得溶液的凝固点下降值的凝固点下降值Tf为为0.279K，求甘油的摩尔质量。求甘油的摩尔质量。解：查表得，水的解：查表得，水的Kf1.86K.kg.mol-1设甘油的摩尔质量为设甘油的摩尔质量为M（g.mol-1）由上式得：由上式得：a.测定分子的相对分子质量测定分子的相对分子质量b.制作防冻剂和制冷剂制作防冻剂和制冷剂Tf：严严寒寒北北方方的的冬冬天天，防防止止汽汽车车水水箱箱冻冻裂裂，常常在在水水箱箱中中加加入入甘甘油油或或乙乙二二醇醇，降降低低冰冰点点，可可防防止止结结冰冰时时体体积积膨大，胀裂水箱。膨大，胀裂水箱。食盐食盐+冰：冰：250.6K氯化钙氯化钙+冰：冰：218K稀溶液凝固点降低的应用：稀溶液凝固点降低的应用：4.1.4 4.1.4 溶液的渗透压力溶液的渗透压力一、渗透现象和渗透压力一、渗透现象和渗透压力纯纯水水在纯水中加入少许蔗糖在纯水中加入少许蔗糖扩散现象：在任何纯溶剂与溶液之间或两种浓度的扩散现象：在任何纯溶剂与溶液之间或两种浓度的溶液相互接触时都可发生。溶液相互接触时都可发生。多孔性薄膜：水分子可自由通过，多孔性薄膜：水分子可自由通过，而蔗糖分子不能通过。半透膜而蔗糖分子不能通过。半透膜h甲开始渗透，甲开始渗透，V左左V右右丙渗透平衡，丙渗透平衡，V左左V右右乙渗透进行，乙渗透进行，V左左V右右渗透压力：为维持只允许溶剂渗透压力：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额之间的渗透平衡而需要的超额压力。压力。()8半透膜：细胞膜、萝卜皮、肠衣、蛋衣、玻璃纸、半透膜：细胞膜、萝卜皮、肠衣、蛋衣、玻璃纸、羊皮纸、人造火棉胶膜等，不同的种类有不同的孔径，羊皮纸、人造火棉胶膜等，不同的种类有不同的孔径，即通过的分子种类不同。即通过的分子种类不同。8产生渗透现象的必要条件：产生渗透现象的必要条件：半透膜；半透膜；膜两侧单位膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等体积内溶剂分子数不相等(或浓度不相等或浓度不相等)。8渗透特点：稀溶液渗透特点：稀溶液浓溶液溶剂分子迁移浓溶液溶剂分子迁移8反渗透：使渗透作用逆向进行的过程。用于从海反渗透：使渗透作用逆向进行的过程。用于从海水中快速提取淡水和废水治理中除去有毒有害物质。水中快速提取淡水和废水治理中除去有毒有害物质。1866年年，荷荷兰兰化化学学家家VantVoff提提出出非非电电解解质质稀稀溶溶液液的的渗渗透透压压与与温温度度、浓浓度度的的关关系系同同理理想想气气体体定定律律完完全全符符合合，即即VantVoff定律：定律：V=nRT=CBRT.对于稀的水溶液：对于稀的水溶液：CBm，所以所以mRT.式中式中:kPa;VL;nmol;R8.314J.mol-1.K-1;TK;Cmol/L。VantVoff因发现化学动力学和渗透压定律而因发现化学动力学和渗透压定律而于于1901年获得世界上第年获得世界上第1个诺贝尔化学奖。个诺贝尔化学奖。二、渗透压力的计算二、渗透压力的计算【例【例44】将】将2.00g蔗糖蔗糖(C12H22O11)溶于水，配成溶于水，配成50.0ml溶液，求溶液在溶液，求溶液在37时的渗透压力。时的渗透压力。解：解：C12H22O11的摩尔质量为的摩尔质量为342g.mol-1，则则C(C12H22O11)=CBRT=0.1178.314(37+273)=302kPa三、渗透压力在医学上的意义三、渗透压力在医学上的意义2.渗渗透透浓浓度度：渗渗透透活活性性物物质质的的物物质质的的量量除除以以溶溶液液的的体体积，符号为积，符号为Cos，单位为单位为molL-1或或mmolL-1。3.配制等渗、高渗和低渗溶液配制等渗、高渗和低渗溶液医学上以血浆的渗透压力为标准：医学上以血浆的渗透压力为标准：渗透浓度渗透浓度320mmolL-1-高渗溶液高渗溶液1.测定蛋白质等高分子化合物的相对分子质量。测定蛋白质等高分子化合物的相对分子质量。活学活用海洋盐差发电活学活用海洋盐差发电活学活用海洋盐差发电活学活用海洋盐差发电2.2.海水的平均盐度为海水的平均盐度为 ，每条，每条江河入海处的海水渗透压可以相当于江河入海处的海水渗透压可以相当于米高的水位落差。米高的水位落差。3.3.位于亚洲西部的死海，渗透压可以达位于亚洲西部的死海，渗透压可以达到上百个大气压到上百个大气压 ，流入死海的约旦河，流入死海的约旦河，每注入死海立方米河水，理论上的发电每注入死海立方米河水，理论上的发电功率就可以达到万千瓦。功率就可以达到万千瓦。4.4.以色列洛布，他设计出压力延滞渗透能转换装置，效果满意。以色列洛布，他设计出压力延滞渗透能转换装置，效果满意。5.5.美国俄勒冈大学研制出一种新型的渗透压式盐差能发电系统。美国俄勒冈大学研制出一种新型的渗透压式盐差能发电系统。6.6.全世界海洋内储藏的盐差能总输出功率可以达到亿千瓦。全世界海洋内储藏的盐差能总输出功率可以达到亿千瓦。1.1.原理：利用不同浓度的海水在半原理：利用不同浓度的海水在半透膜下产生渗透压透膜下产生渗透压4.2电解质溶液电解质溶液4.2.1电解质溶液的特殊性电解质溶液的特殊性4.2.2电离度和强弱电解质电离度和强弱电解质4.2.3强电解质溶液理论强电解质溶液理论4.2.1电解质溶液的特殊性电解质溶液的特殊性强强电解质溶液的依数性的实验值与按非电解电解质溶液的依数性的实验值与按非电解质公式即浓度计算所得结果的差异非常大。质公式即浓度计算所得结果的差异非常大。表表4-1一些电解质溶液的凝固点降低值一些电解质溶液的凝固点降低值m Tf(实验值实验值)/K Tf(计算值计算值)/Kmolkg-1NaClMgSO40.010.036030.03000.018580.050.17580.12940.092900.100.34700.24200.18580.501.6921.0180.9290电解质稀溶液的沸点升高、凝固点降低和渗透压公式电解质稀溶液的沸点升高、凝固点降低和渗透压公式 Tb=iKbm Tf=iKfm =icBRT imRT i为校正因子，是一为校正因子，是一“分子分子”电解质解离出的粒子个数。电解质解离出的粒子个数。在近似处理的情况下：在近似处理的情况下：强电解质强电解质iA-B型型(如如KCl、CaSO4、NaHCO3等等)2A-B2型型(如如MgCl2、CaBr2等等)3A2-B型型(如如K2SO4、Na2SO4等等)34.2.2 4.2.2 电离度和强弱电解质电离度和强弱电解质b.弱电解质：在水溶液中只能弱电解质：在水溶液中只能部分解离部分解离成离子的化合物。成离子的化合物。例：例：HAc，NH3.H2O等。等。1.电解质溶于水中或熔融状态下能导电的化合物。电解质溶于水中或熔融状态下能导电的化合物。电解质溶液这些化合物的水溶液。电解质溶液这些化合物的水溶液。a.强电解质：在水溶液中能强电解质：在水溶液中能完全解离完全解离成离子的化合物。成离子的化合物。例：例：NaCl,CaCl2,K2SO4,HCl等。等。Na+Cl-Na+Cl（离子型化合物）离子型化合物）HClH+Cl（强极性分子）强极性分子）HAcH+Ac2.2.电离度电离度 ，物质电离就越完全，电解质就越强。物质电离就越完全，电解质就越强。由此，可根据由此，可根据的的大小，判断电解质的相对强弱大小，判断电解质的相对强弱注意：强弱是相对某种溶剂而言，通常为水。注意：强弱是相对某种溶剂而言，通常为水。如如HAc在在水水中中-弱弱酸酸在液氨中在液氨中-强酸强酸4.2.3离子相互作用理论离子相互作用理论(强电解质溶液理论强电解质溶液理论)象象KCl，NaCl等强电解质类，理论上等强电解质类，理论上=100%，但实但实际上测定却有偏差，际上测定却有偏差，WHY？1.离离 子子 氛氛：1923年，年，Debye和和Hckl提出离子氛概念。提出离子氛概念。离子浓度离子浓度,所带电荷数目所带电荷数目，离子，离子-离子氛间的作用离子氛间的作用.+2.离子强度：衡量溶液中离子间作用力的强弱。离子强度：衡量溶液中离子间作用力的强弱。Ci,Zi,I.【例【例4-1】求】求0.10mol/LNa2SO4溶液的离子强度溶液的离子强度I。=1/20.102(+1)2+0.10(-2)2=0.30mol/L解：解：溶液中存在溶液中存在Na+和和SO42-。=0.14molL-1【例【例4-5】计算】计算0.02molL-1KBr+0.03molL-1ZnSO4溶液的离子强度溶液的离子强度。解解:=1/2C(K+)Z2(K+)+C(Br-)Z2(Br-)+C(Zn2+)Z2(Zn2+)+C(SO42-)Z2(SO42-)=1/2(0.02molL-1)(+1)2+(0.02molL-1)(-1)2+(0.03molL-1)(+2)2+(0.03molL-1)(-2)23.活度和活度因子活度和活度因子 活度活度：电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度：电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度.a=fc活度活度 活度系数活度系数 浓度浓度I=1.0 104molkg1时时离子电荷对活度系数离子电荷对活度系数f 的影响的影响离子离子zi价数价数f 值值1价价2价价3价价0.990.950.904价价0.83 当溶液的当溶液的I相同相同时时,离子自身的电荷越高离子自身的电荷越高,则则f的数值越小的数值越小.同一同一离子的离子的f值随溶液的值随溶液的I 增大而减小增大而减小.I(molkg1)f 值值1.0 1031.0 1021.0 1010.960.890.78不同不同I值下一价值下一价离子的活度系数离子的活度系数f1.难挥发性非电解质难挥发性非电解质的稀溶液的依数性的稀溶液的依数性(只与粒子数即浓只与粒子数即浓度有关度有关)有四个方面：有四个方面：蒸气压下降：蒸气压下降：p pAxB=Km沸点升高：沸点升高：凝固点下降：凝固点下降：渗透压：渗透压：=CBRT或或=mRT小小 结结1.用凝固点下降测定方法计算溶质的分子量，所用的用凝固点下降测定方法计算溶质的分子量，所用的溶质含有不溶性杂质，所得分子量将（溶质含有不溶性杂质，所得分子量将（）A偏低偏低B偏高偏高C无影响无影响D难以确定难以确定稀溶液依数性稀溶液依数性 习题习题2.今有蔗糖今有蔗糖(C12H22O11)氯化钠氯化钠(NaCl)氯化钙氯化钙(CaCl2)三种溶液，它们的浓度均为三种溶液，它们的浓度均为0.10moll-1。按按沸点由低到高的排列顺序为（沸点由低到高的排列顺序为（）A.CaCl2NaClC12H22O11B.C12H22O11NaClCaCl2C.NaClC12H22O11CaCl2D.C12H22O11CaCl2NaCl3.稀溶液依数性的本质是稀溶液依数性的本质是（）A.冰点降低冰点降低B.沸点升高沸点升高C.蒸气压降低蒸气压降低D.渗透压渗透压4.有四种溶液甲有四种溶液甲:0.2moll-1KOH，乙乙:0.1moll-1C12H22O11，丙丙:0.25moll-1NaCl，丁丁:0.04moll-1BaCl2，它们的凝固点降低值由小到大的顺序是（它们的凝固点降低值由小到大的顺序是（）A.甲乙丙丁甲乙丙丁B.甲丙乙丁甲丙乙丁C.丁甲丙乙丁甲丙乙D.乙丙丁甲乙丙丁甲E.乙丁甲丙乙丁甲丙5.在在298克水中，溶解了克水中，溶解了25g某未知物。该溶液在某未知物。该溶液在-3结冰，则该未知物的分子量为结冰，则该未知物的分子量为()Kf1.86K.kg.mol-1A.52B.104C.208D.312