大学化学第四章1

,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,*,第四章 溶液及溶液中的离子平衡,4.1,溶液及其浓度表示方法,4.1.1,溶液概述,1,、溶液：由溶质和溶剂组成的均一的混合物,。,溶剂：溶解时状态不变的组分。溶液中含量较多的部分。,溶质：溶解时状态改变的组分。溶液中含量较少的部分。,溶质和溶剂是两个相对的概念。两种物质组成同一溶液时，溶质和溶剂可互换。,2,、溶液的共同特性：,溶质溶于溶剂的过程既不完全是化学过程也不单纯是物理过程，而是一个复杂的物理化学过程。,3,、溶液的种类：,气态溶液；固态溶液；液态溶液,.,均匀性；无沉淀；组分均以分子或离子状态存在。,4.1.2,溶液浓度的表示方法,1,、摩尔分数（,x,）：用溶质物质的量占全部溶液物质的量的分数表示的溶液浓度称为摩尔分数。,x,A,+x,B,=1,2,、质量摩尔浓度（,b,B,）：用每千克质量溶剂中所含溶质的物质的量表示的溶液浓度称为质量摩尔浓度。,m,为溶剂的质量，单位：,kg,。,所以质量摩尔浓度的单位是,mol,kg,-1,。,温度对此浓度大小无影响。,3,、物质的量浓度（,c,）：用一升溶液中所含某溶质的物质的量表示的溶液浓度称为该溶质的物质的量浓度。,此浓度表示的溶液浓度与温度有关。,4,、各种浓度的相互换算：,物质的量的浓度的单位是,mol,L,-1,。,例,1,将,2.50g,NaCl,溶于,497.5g,水中配制成溶液，此溶液的密度为,1.002g,L,-1,，求溶液的质量摩尔浓度,(b),、物质的量浓度,(c),和物质的量分数,(x),。,解,:,(,1),n(NaCl,) =,b(NaCl,) =,(,2) V(,溶液,) =,c (,NaCl,) =,x (,NaCl,) =,(,3) n(H,2,O) =,4-2,溶解度及相似相溶原理,1,、定义 在一定的温度和压力下，一定量饱和溶液中溶质的含量称为溶解度。,2,、表示方法,习惯上用,100,克溶剂中所能溶解溶质的最大克数来表示溶解度。,也可用溶解后溶液的浓度来表示。,4.2.1,溶解度,4.2.2,气体、液体和固体在液体中的溶解,1,、气体在液体中的溶解,亨利定律：在中等压力下，气体在液体中的溶解度与液体上方气相中该气体的分压成正比。,影响因素：与气体和溶剂的本性有关外，还与温度和压力有关。,气体在液体中的溶解过程为放热过程。,2,、固体和液体在液体中的溶解,一般固体溶于水多为吸热过程，所以升高温度，固体的溶解度增大。,4.2.3,相似相溶原理,1,、相似是指溶质与溶剂在结构上相似,；,对于结构相似的一类固体溶质，其熔点愈低，则其分子间作用力愈小，也就愈接近于液体，因此在液体中的溶解度也愈大。,见课本表格,2,、相溶是指溶质与溶剂彼此互溶。,表示某溶质在两个互不相溶的溶剂中溶解量之间的关系。,4.3,分配定律和萃取分离,1,、内容：在一定的温度与压力下，某物质在互不相溶的两相中达到溶解平衡时，该物质在两相中浓度的比值是一个常数。,2,、分配系数：,4.3.1,分配定律,萃取的含义：利用物质在互不相溶的两种溶剂中的溶解度的不同，即利用分配定律来实现的分离及纯化操作称为液液萃取（常称萃取）。,浸取：若用溶剂将固体物质萃取分离。,萃取的计算方法,萃取时采用少量多次方法进行。,4.3.2,萃取分离,多次萃取,若,A,相为体积为,V,（,L,）的溶液，含有某溶质,m,0,（,g),用互不相溶的萃取溶剂,B,相，每次,V,（,L,）来萃取该溶质，,进行一次萃取后，求,A,相中残留的溶质为,m,1,(g),。,m,1,=m,o,KV,KV+V,经过,n,次萃取后，,m,n,=m,0,( ),n,KV,KV+V,4-4,非电解质稀溶液的依数性,依数性：溶液的某些性质仅取决于所含溶质的浓度，而与溶质自身性质无关，溶液的这种性质为依数性。,液体溶液：电解质,-,非电解质溶液；,稀溶液,-,浓溶液,一,.,溶液的蒸气压下降,蒸汽压,(vapor pressure),：,4.4.1,非电解质稀溶液的通性,蒸发,(,evaporation,),液相,气相,气相,液相,凝结,(,condensation,),当凝聚的速率和蒸发的速率达到相等时，液体和它的蒸汽就处于平衡状态，此时蒸汽所具有的压力即为该温度下液体的,饱和蒸汽压,，简称为,蒸汽压。,1.,蒸汽压与液体的本性有关，在一定温度下,纯净物质具有一定的蒸汽压，不同的物质有不同,的蒸汽压。,2.,蒸汽压与温度有关。温度升高，蒸汽压增大。,(,见 课本）,3.,固体也具有一定的蒸汽压 ，温度升高，固体的蒸汽压增大。,4.,无论是固体还是液体，蒸汽压大的称为易挥发性物质，蒸汽压小的称为难挥发性物质。,说明：,表,1,不同温度下水的蒸汽压,T,/,K,p,/kPa,T,/,K,p,/kPa,273,278,283,293,303,313,323,0.610 6,0.871 9,1.227 9,2.338 5,4.242 3,7.375 4,12.333 6,333,343,353,363,373,423,19.918 3,35.157 4,47.342 6,70.100 1,101.324 7,476.026 2,实验测定,25,C,时，,水的饱和蒸气压,:,p,(H,2,O) = 3167.7 Pa,；,30,C,p,(H,2,O) = 4247.4 Pa,0.5 mol kg,-1,糖水的蒸气压则为,:,p,(H,2,O) = 3135.7 Pa,；,1.0 mol kg,-1,糖水的蒸气压为,:,p,(H,2,O) = 3107.7 Pa,。,结论：,溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。,蒸汽压下降原因：,纯溶剂 溶液,溶剂,+,溶质,=,溶液，溶剂表面多少被溶质微粒占据，从而使单位时间内从溶液中蒸发出来的溶剂分子比纯溶剂少，使纯溶液蒸发速率下降，但不影响凝结成液体的速率，其结果是系统在较低的浓度和压力下重建平衡，蒸汽压下降。,拉乌尔定律：,(1887,年，法国物理学家,),在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于,纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数,p,： 溶液的蒸气压；,p,A,*,纯溶剂的蒸气压；,x,A,溶剂的摩尔分数，设溶质的摩尔分数为,x,B,p,:,纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差。,对于稀溶液，溶剂物质的量,n,A,远远大于溶质物质的量,n,B,，即,n,A,n,B,结论：,难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值只取决于溶剂的本性,(,K,),及溶液的质量摩尔浓度,b.,设溶液的浓度以,1000g,溶剂,(,水,),中含的溶质物质的量,n,B,为单位,则溶液的质量摩尔浓度为,b =,n,B,(,mol, kg,-1,),n,A,= 1000/18 = 55.5 mol,x,B,=,n,B,/,n,A,= b,/55.5,液体的沸点,注意：,液体的沸点必须指明外压。没有专门注明压力条件的沸点通常都是指正常沸点。,液体的沸点,(,boiling point,),是液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。,液体的正常沸点,(,normal,boiling point,),是指外压为,101.3KPa,时的沸点。,液体的沸点随着外界压力的改变而改变。,P,外,沸点,?,二、溶液的沸点升高,溶液的沸点升高,难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压。,溶液的沸点升高,(T,b,),=,溶液的沸点,(T,b,),纯溶剂的沸点,(T,b,0,),实验表明,，难挥发非电解质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。这一现象称为溶液的,沸点升高,(,boiling point elevation,),即,:,T,b,=,T,b,T,b,0,因此由,Raoult,定律，可以得到溶液的沸点上升也只与溶液中所含溶质的颗粒数有关，而于溶质的本性无关。,它们之间的定量关系为：,T,b,=,T,b,T,b,0,=,K,b,b,B,式中，,T,b,为溶液的沸点升高，,T,b,为,溶液的沸点，,T,b,0,为纯溶剂沸点，,K,b,为溶剂的沸点升高常数，它只与溶剂的本性有关。,1.,溶液的沸点是指溶液刚开始沸腾时的温度。,2.,纯溶剂的沸点恒定,溶液的沸点不恒定。,3.,溶剂的沸点升高常数,K,b,只与溶剂的本性有关，其值可通过实验确定。,上式的意义在于：溶有难挥发的非电解质的稀溶液的沸点升高与溶液的质量摩尔浓度成正比。溶液浓度越大，其蒸汽压下降越多，则沸点升高值越大。,注意：,三、溶液的凝固点降低,凝固点,(,freezing point,),是物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。,溶液的凝固点降低,溶液的凝固点,是指刚有溶剂固体析出时的温度。,注意：,溶液的凝固,开始析出的是溶剂的固体,(,不含溶质，水为溶剂时析出的是冰,),。,纯液体的凝固点,纯水的凝固点（,273K,）,又称为冰点，即在此温度水和冰的蒸汽压相等。,T,f,=,T,f,0,-,T,f,=,K,f,b,B,和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解质溶液，凝固点降低亦正比于溶液的质量摩尔浓度，而与溶质的本性无关。,式中,T,f,为,溶液的凝固点降低值，,T,f,0,为溶剂的凝固点，,T,f,为,溶液的凝固点，,K,f,为,溶剂的凝固点降低常数，它只与溶剂本性有关。,上,式的意义：难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低与溶液的质量摩尔浓度成正比。,4,.,溶液的渗透压与反渗透技术,半透膜,：,只能允许溶剂的分子通过，而不能允许溶质的分子通过的膜。,渗透：,是溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩散过程。,渗透现象,纯,溶,剂,溶,液,纯,溶,剂,溶,液,纯,溶,剂,溶,液,半透膜,半透膜,半透膜,产生渗透现象的条件：,（,1,）必须有半透膜存在,;,（,2,）半透膜两侧相同体积的液体中水分子数目不相等。,渗透压：,为维持被半透膜隔开的溶液和纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。,渗透压力与浓度、温度的关系,1886,年，荷兰理论化学家,Vant,Hoff,归纳出非电解质稀溶液渗透压力与浓度、温度之间的关系。,：稀溶液的渗透压,(osmotic pressure),；,n,：,非电解质的物质的量,V,：,溶液的总体积；,T,：,绝对温度,R,：,8.314 J,K,-1,mol,-1,或者,:,=CRT C,摩尔浓度,渗透压的测量：,通过测定溶液的渗透压力，可以计算溶质的摩尔质量。,定义意义：,一定温度下，稀溶液的渗透压力的大小只取决于单位体积溶液中所含溶质的微粒数，与溶质的本性无关。,溶液的依数性,对于稀溶液来说,c =,b,B,=,b,B,RT,反,向,渗透：,在溶液一侧,若是施加的外压大于渗透压力，则溶液中会有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧，这种使渗透作用逆向进行的过程称为,反向渗透,。,渗 透,P,反,向,渗透,渗透压力,依此可实现溶液的浓缩,、,海水的淡化,和污水处理,。,稀溶液定律：,难挥发的非电解质溶液的性质（溶液的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和溶液渗透压）与一定量溶剂中所溶解溶质的物质的量成正比。,适用范围：难挥发非电解质的稀溶液。,若不符合上述条件，则稀溶液的通性将有所改变。,B,、如果溶质是电解质，则不仅由于溶质分子电离产生复更多粒子，增大了对溶液通性的影响，而且不同电解其电离的粒子数不同，对溶液的通性的影响也不同。,A,、如果溶质不是难挥发的，则不同的溶质产生不同的蒸气压，但对溶液的凝固点下降通常可不考虑溶质的挥发性。,其他溶液：,其强电解质影响较大；分子中含离子较多的电解质影响较大。,例,4-2,：,已知,20C,时水的蒸气压为,2333,Pa,，将,17.1,g,某易溶难挥发非电解质溶于,100,g,水中，溶液的蒸气压为,2312,Pa,，试计算该物质摩尔质量。,解：,设该物质的摩尔质量为,M,，,则溶质的质量摩尔浓度为：,例,4-3:,谷氨酸分子式为,COOHCHNH,2,(CH,2,),2,COOH,取0.749,g,谷氨酸溶于50,.0g,水中，测的凝固点为,-0.188 ,C,试求水溶剂的凝固点下降常数,k,f,.,解,7:,例,4-4,：,有一蛋白质，摩尔质量在,12000,左右，试比较沸点上升法及渗透压法测定它的分子量之误差。,解：,沸点上升法：,设取,1.00g,蛋白质样品，溶于100,g,水中，并在,20,C,下测定,T,b,则,渗透压法：,取,1.00g,蛋白质样品，溶于100,g,水中，并在,20,C,下测定,T,b,则,小 结,1, 蒸气压下降,2,沸点上升,3, 凝固点下降,4,渗透压,