教案第二章溶液

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,溶液：由两种或多种组分所组成的物理、化学性质,均匀.稳定,的分散体系。,(,本章重点讨论液体溶液),分散体系,溶液,胶体,粗分散体系,r ,10,-9,10,-9,r10,-7,前 言,9/22/2024,1,溶液形成过程种总伴随着能量变化、体积变化或颜色变化等,如： H,2,SO,4,溶于水,放热,NH,4,NO,3,溶于水,吸热,50mlC,2,H,5,OH50mlH,2,O,100ml,50mlHAc50mlH,2,O,100ml,白色的无水CuSO,4,溶于水,蓝色,溶液,溶质,溶剂,通常状态发生变化(,B),溶解前后状态相同(A),通常含量大的,前 言,特殊的物理,化学过程,9/22/2024,2,第一节:溶液浓度表示法,一、质量摩尔浓度:,SI单位：,mol.kg,-1,n,B,b,B,m,A,=,特别要注意的是:指每kg溶剂中含溶质的物质的量,二、物质的量,浓度,：,n,B,C,B,V,SI单位：,mol.L,-1,=,9/22/2024,3,三、摩 尔 分 数,SI 单 位：1,第一节:溶液浓度表示法,9/22/2024,4,例1-110%氯化钠的密度p=1.07gcm,3,(283k)，该溶液的 物质的量 浓度是多少？,解：,C,NaCl,=溶质的 物质的量/溶液的体积,=10g/58.5gmol,/100g/1.07gcm,3,1000cm,3,dm,3,=1.83moldm,3,例1-2欲配制1.0moldm,3,的硫酸溶液0.50dm,3,，需取p=1.84gcm,3,，98%的浓硫酸多少立方厘米？,解：设需取用浓硫酸xcm,3,.,因为稀释前后溶液中的溶质含量不变,固有 0.50dm,3,1.0moldm,3,98gmol,1,=x1.84gcm,3,98%,解得 x=27.2cm,3,9/22/2024,5,把30.3g乙醇(C,2,H,5,OH)溶于50.0gCCl,4,所配成溶液的密度为1.28g/cm,3,。计算：(1)乙醇的质量百分数；(2)乙醇的物质的量分数；(3)乙醇的质量摩尔浓度；(4)乙醇的物质的量浓度（molL,1,）。,解：(1),w,(C,2,H,5,OH)=30.3/(30.3 + 50.0) = 0.377 = 37.7%,(2),n,(C,2,H,5,OH) = 30.3/46 = 0.6587 ；,n,(CCl,4,) = 50.0/154 = 0.3247,x,C2H5OH,= 0.6587/(0.6587+ 0.3247) = 0.670,(3) b,C2H5OH,= 0.6587/0.05 =13.2 (molkg,1,),(4),n,(C2H5OH),= 0.6587, V,溶液,=,W,/,= (30.3 +50.0)/1.28,= 62.73 (mL),c,(C2H5OH),=,n,(C2H5OH),/,V,溶液,=0.6587/62.73,=0.01050molmL,1,=10.50molL,1,9/22/2024,6,第二节:其他溶液浓度表示法, 质量分数和体积分数,质量分数 溶质与溶液质量之比用符号表示,= m,溶质,/m,溶液,（,g/g ),体积分数 溶质(液态)与溶液体积之比,B = VB / V,总,（ml / ml ),比例浓度,溶质的质量(固体)或体积(液体)与溶液的质量(固,体)或体积(液体)的比例,表示方法 1 : x,(g/g) （ml/ml）（ g /ml）,在药典中常见,国家标准,9/22/2024,7,第三节：,难挥发非电解质稀溶液的依数性 (Colligative properties),非电解质不发生离解 稀溶液,依数性,只与溶质数量有关而与其种类无关的性质,一、蒸气压降低（,p,）,蒸气压，也叫饱和蒸气压,在密闭容器中，恒温条件下，某物质的液体和其气体处于平衡（饱和）时，该气体的压力（饱和）蒸气压。,H,2,O(,l,),H,2,O(,g,),9/22/2024,8,水蒸气分子,蒸气压本质,水的蒸气压是由于水中一部分能量较高的水气分子逸出水面，并作热运动撞击容器壁所产生的“压力”,9/22/2024,9,气相,液相,蒸气,分子,水蒸发动态平衡,过程,图,动 态 平 衡,当温度恒定时，水中的水蒸气分子的蒸发与凝聚的的速度达到动态平衡，此时的蒸汽压也是恒定的。,9/22/2024,10,温度升高，水的蒸气压也升高。,蒸气压Pa,温度k,273,610.5,373,101000,不同温度下水的蒸气压曲线,9/22/2024,11,实 验：,经过一段时间,糖水,液面上升,纯水,纯水,糖水,液面下降,钟罩,9/22/2024,12,实 验：,经过一段时间,糖水,液面上升,纯水,纯水,糖水,液面下降,钟罩,9/22/2024,13,实 验：,经过一段时间,糖水,液面上升,纯水,纯水,糖水,液面下降,钟罩,9/22/2024,14,实 验：,经过一段时间,糖水,液面上升,纯水,纯水,糖水,液面下降,钟罩,证明：,9/22/2024,15,实验证明：,在相同的温度下，当把不挥发的非电解质溶入,溶剂形成溶液后，稀溶液的蒸气压比溶剂的低，,这一现象称为溶液的蒸气压下降。,纯溶剂,溶 液,9/22/2024,16,拉乌尔定律（Raoult）,1887,年法国的物理学家拉乌尔（,Raoult,F.M,）,根据实验总结,出一条规律：,“,在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶,剂摩尔分数的乘积。”,P,溶液,p x,剂,p,纯溶剂的蒸汽压,X,剂,溶剂的物质的量分数,9/22/2024,17,拉乌尔定律（Raoult）,x,质,x,剂,1 代入上式得到：,在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值，近似地与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。,9/22/2024,18,二、沸点升高,沸点：液体的蒸气压等于外界压力时的温度，,称为该液体的沸点。,由于溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，所以要使,蒸气压p,外,101.325kPa，必须溶液所需的温度（即沸点）高于纯溶剂的沸点 .,近似公式：,b,B,K,T,b,b,=,D,9/22/2024,19,蒸气压(KPa),温 度,T,f,273,纯水的蒸气压曲线,水溶液的蒸气压曲线,冰的蒸气压曲线,0.61,溶液,沸,点,升高和,凝固点下降曲线,101.3kPa,373,Tb,T,b,9/22/2024,20,溶液凝固点降低,在101.3kPa下,将,273K,的冰加入至,273K,水溶液中时,水溶液,冰,600Pa 610.5 Pa,由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化,第二节：稀溶液的依数性,例,273K101.3kPa,水,冰,610.5 Pa 610.5 Pa,溶剂凝固点,液相与固相具有相同蒸汽压而能平衡共存时温度,二、凝固点降低,9/22/2024,21,蒸气压(KPa),温 度,T,f,273,纯水的蒸气压曲线,水溶液的蒸气压曲线,冰的蒸气压曲线,0.61,溶液,沸,点,升高和,凝固点下降曲线,101.3kPa,373,Tb,T,b,9/22/2024,22,二、凝固点降低,凝固点：,液体和它的固相平衡共存时的温度称为该液体的凝固点。,b,B,K,T,f,f,=,D,同样：,K,f,溶剂的凝固点降低常数，,可查表2-2(,P,21,),如水： 1.86,C kg mol,-1,苯： 5.10,C kg mol,-1,9/22/2024,23,应用,如NaCl：低共熔温度为-21.2,C,低共熔混合物组成：,100g水中溶30g NaCl,可以作冷却剂,又如乙二醇水溶液，由于T,f,降低，可作汽车冷却水（冬天不结冰）。,9/22/2024,24,例1 溶解0.115克奎宁于1.36克樟脑中测得其凝固点为442.6k计算奎宁摩尔质量,解设奎宁摩尔质量为,M,樟脑凝固点为452.8k k,f,=39.70,T,f,=45208442.6=10.2 (k),在1000克樟脑中溶解奎宁质量为,0.115/1.361000=84.56 (g),该溶液质量摩尔浓度m=84.56/M,根,据 T,f,=K,f,m,得 M=39.784.56/10.2329 (gmol,1,),9/22/2024,25,1.溶解3.24克硫于40克苯中，苯的沸点升高0.81K，已知苯的,K,b,=2.53，问硫在此溶液中的分子是由几个硫原子组成的？,解：设“硫分子”的摩尔质量为M gmol,-1,硫在苯溶液中的摩尔质量是253 gmol,-1,，因硫的原子量是32.06,因此硫分子是由8个硫原子组成的。,9/22/2024,26,溶质,溶质分子,分子热运动图,热运动轨迹,三、渗透现象,9/22/2024,27,半透膜原理,图,大分子,小分子,多孔性薄膜,半透膜,只允许小分子物质通过而不允许大分子物质通过的多孔性薄膜,9/22/2024,28,9/22/2024,29,只允许一些物质通过，不允许另一些物质通过,水柱H产生的压力渗透压,H,2,O从蒸气压大的向蒸气压小的方向渗透。,纯水,溶液,半透膜,H,三、渗透现象,9/22/2024,30,用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为溶剂）隔开，产生渗透现象。,三、渗透与反向渗透,R,：8.314 kPa,L mol,-1,K,-1,：kPa,c,： mol,-1,K,-1,T,：绝对温度,9/22/2024,31,由于渗透现象，使高达百米的参天大树，能吸到根,部的水，得以存活。,淡水,盐水,P,(a),正常渗透系统,淡水,盐水,P,(b),反渗透系统,渗透、反渗透：海水淡化，污水处理（浓缩）,9/22/2024,32,四、测定相对分子质量（分子量）,称取一定量未知分子量 配成溶液，测量其,P,或,T,b,或,T,f,或均可测出分子量。,提示：由于,P,、,T,b,、T,f,一般数值较小，测量分子量大的物质,较为困难，此时可用方法。,9/22/2024,33,五、渗透压在生物医学中的应用,生物体的细胞膜、毛细血管壁半透膜,当遇到半透膜两边溶液浓度不等时，产生渗透现象。,红细胞,纯水,溶血,H,2,O,萎缩,浓盐水,H,2,O,生理等渗透:,5%葡萄糖 0.9%生理盐水,等渗,9/22/2024,34,课堂习题,1.测得人体血液的凝固点降低值,T,f,= 0.56K，求在体温37时,血液的渗透压。,解： 根据,T,f,=,K,f,b,B,得,b,B,=,K,f,=,T,f,/,K,f, = b,B,RT =,9/22/2024,35,课堂习题,2.与人体具有相同渗透压的葡萄糖溶液，其凝固点降低值为0.543。,求此葡萄糖溶液的质量分数和血液的渗透压？,解：由,T,f,=,K,f,b,B,得溶液的质量摩尔溶度,该葡萄糖溶液的质量分数W,b,为,根据, = b,B,RT，,且稀溶液中c,b，且血液的温度为37,o,C，,即T310K。则血液渗透压为,9/22/2024,36,某水溶液的沸点是100.278，（1）求该溶液的凝固点；（2）已知25时纯水的蒸气压为3167.73Pa ，求该温度下溶液的蒸气压；（3）求0时此溶液的渗透压力。(已知K,b,=0.518；K,f,=1.86),T,b,=(100.278+273)(100+273)=0.278K；,b,B,=T,b,/K,b,=0.278/0.518= 0.537molkg1；,Tf = Kfb,B,=1.86 0.537= 0.998K；,T,f,=T,f,T,f,=2730.998=272.002K；,由b,B,的定义可知该溶液中溶质的物质的量是0.537 mol；水的物质的量是 mol，,p,=,p,x,A,=3167.73 0.9904 = 31370（Pa）,溶液很稀，,c,在数值上与b,B,相等，,= cRT,b,B,RT = 0.537 8.314 273 = 1219kpa。,9/22/2024,37,（theory of strong electrolyte solution）,人们最先认识非电解质稀溶液的规律，然后再逐步认识电解质溶液及浓溶液的规律.,几种盐的水溶液的冰点下降情况,盐,m,/molkg,-1,T,i/K（计算值） ,T,i/K（实验值）,KCl 0.20 0.372 0.673 1.81,KNO,3,0.20 0.372 0.664 1.78,MgCl,2,0.10 0.186 0.519 2.79,Ca(NO,3,),2,0.10 0.186 0.461 2.48,强电解质溶液理论,9/22/2024,38,电解质溶液的依数性,i,称为等渗系数,i, 1,1887年，,Arrhenius,是这样在电离理论中解释这个现象的：,电解质在水溶液中是电离的.,电离“似乎”又是不完全的.,然而，我们知道，强电解质离子晶体，在水中应是完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？,9/22/2024,39,强电解质溶液理论,1923年，,Debye,和,Hckle,提出了强电解质溶液理论，初步解释了前面提到的矛盾.,（1）离子氛和离子强度,用,I, 离 子强度表示 离子与“离子氛”之间的强弱，,Z,i,表示溶液中种i离子的电荷数，,m,i,表示i种离子的质量摩尔浓度，则,强电解质在水溶液中是完全电离的，但离子并不是自由的，存在着“离子氛”。,9/22/2024,40,求下列溶液的离子强度,0.01 molkg,-1,的BaCl,2,的溶液.,9/22/2024,41,（2）活度和活度系数,指电解质溶液中离子实际发挥的浓度，称为有效浓度或活度.显然,=,rc,这里，,活度，,c,浓度，,r,活度系数,戴维斯经验式,9/22/2024,42,课件！,9/22/2024,43,课件！,9/22/2024,44,活度与活度系数,戴维斯经验式,Z,越高，,I,较大，,r,的数值越小,c,越大，,I,较大，则,与,c,的偏离越大,c,很低，,I,也很小，一般可近似认为,r =,1.0 , 可用,c,代替,9/22/2024,45,