（中职）物理化学（第二版）5 溶液电子课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,化学工业出版社,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,*,*,（中职）物理化学（第二版）5 溶液电子课件,5 溶 液,由两种或两种以上的物质混合在一起,每一种物质都以分子、原子或离子的状态分散到其它物质中所组成的均相体系，称为溶液。,按物质的聚集状态分有三类溶液。,一是气态溶液，不同种类的气体以分子分散程度完全均匀的混合在一起构成气体混合物即为气态溶液,二是固态溶液，某些固体混合物在加热熔化后，冷却凝固可得到以原子、离子或分子分散状态的均匀晶体即为固态溶液（或称为固溶体）,三是液态溶液，它分为气体溶于液体；固体溶于液体；液体溶于液体,溶液是由溶质和溶剂两部分组成，通常把被溶解的物质叫溶质（用符号B表示），能够溶解其他物质的物质叫溶剂（用符号A表示）。,51 溶液及溶液的浓度511 溶液的概念,512 溶液组成的表示方法及其换算,溶液的表示方法常用的有以下四种：,1.摩尔分数,x,B,（又称物质的量分数）,溶质B物质的量（n,B,）与溶液总物质的量,n,之比，用公式表示为：,2.物质B的质量百分数,W,B,%,溶质B的质量（,W,B,）与溶液总质量之比，用公式表示为：,W,B,%=,3.质量摩尔浓度,m,B,。,溶质B的物质的量（,n,B,）除以溶剂的质量（,W,A,），,m,B,的单位为molkg,-1,，用公式表示为:,m,B,=,4.物质的量浓度,溶质B的物质的量（,n,B,）除以溶液的体积（,V,），,C,B,的单位为molm,-3,。,用公式表示为:,习惯用单位为moll,-1,（1moll,-1,=10,3,molm,-3,）,各种浓度表示方法之间可以相互换算，其中涉及体积(,V,)与质量(,W,)之间的关系时，需使用密度（,）这一物理量。其关系为：,=,密度的单位为kgm,-3,，习惯用单位为gml,-3,。,例5-1 由2310,-3,kg的,C,2,H,5,OH,溶于0.5 kg水中组成的溶液，其密度为,kgm,-3,，试用：（1）质量百分数；（2）摩尔分数；（3）质量摩尔浓度；（4）物质的量浓度来表示该溶液的组成（乙醇的摩尔质量为 kgmol,-1,）。,解：（1）质量百分数,=,或,(2)摩尔分数,=或,（3）质量摩尔浓度,molkg,-1,(4)物质的量浓度,=,=molm,-3,例5-2 1kg质量百分数为0.12的,AgNO,3,水溶液,在293.15K及标准压力,P,o,(100kPa)时的密度为1.108010,3,kgm,-3,求：（1）该溶液的摩尔分数（2）物质的量浓度（3）质量摩尔浓度,已知：=kgmol,-1,，=kgmol,-1,解：（1）,（2）,（3）,52 理想溶液521 理想溶液的定义和通性 1.理想溶液的微观通性,溶液各组分的分子结构非常相似，它们之间的相互作用力（AB,AA,BB）十分相近，分子大小也几乎相同。见图5-1。,A-B A-A B-B,2.理想溶液的宏观通性：,（1）形成溶液的各组分可以任意比例相互混溶。且混合前后体积不变,（2）形成溶液时不发生吸热或放热现象，即混合前后焓不变,（3）溶液中任一组分的蒸汽压与摩尔分数成下列线性关系,图5-1 理想溶液组分分子微观示意图,522 拉乌尔定律,在某温度下，当溶剂中加入少量非挥发性溶质后，将使溶剂的蒸气压降低,纯溶剂分子 非挥发性溶质分子,P,A,某温度下纯溶剂的饱和蒸气压 P,A,同温度时溶液中溶剂的蒸气压,拉乌尔定律实验示意图,拉乌尔（F.M.Raoult）根据多次实验的结果，得出如下关系式,式中 溶液中溶剂A的摩尔分数,拉乌尔定律的数学表达式，它表示在一定温度下，溶入非挥发性溶质的稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。,若溶液中仅有,A,B,两个组分，则 ，上式可改写为,或,即稀溶液中溶剂蒸气压降低值与纯溶剂的饱和蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。拉乌尔定律是溶液的最基本定律之一，它适用于稀溶液的溶剂。,更重要的是，对于由性质极相似的组分所形成的理想溶液，在全部浓度范围内，均可符合拉乌尔定律。,例5-3 20时纯乙醇(,A,)的饱和蒸气压为5.93kPa，在该温度下460g乙醇中溶解0.5mol某种非挥发性有机化合物(,B,)，求该溶液上的蒸气压？已知,解：根据题意有,因为,B,为非挥发性的有机化合物，则,P,B,=0,所以,523 理想溶液的气、液平衡组成计算,甲苯(,A,)与苯(,B,)组成的溶液为理想溶液，则在一定温度下，它们的蒸气分压与液相组成的关系遵守拉乌尔定律。,设溶液上方的蒸气是理想气体，根据道尔顿分压定律，溶液的蒸气总压等于二个组分蒸气分压之和，即,若视蒸气为理想气体，则又有：,=,例5-4 计算100，,C,6,H,6,CH,3,(,A,)和,C,6,H,6,(,B,)摩尔分数为0.5时溶液的总压力和气相组成。已知100时,解 (1)根据公式,P,=76.080.5+179.10.5=127.6kPa,(2)气相组成根据公式,524 理想溶液的相图,有双组分A、B组成的理想溶液，若无化学反应，无浓度限制条件：,根据相律,f,=,C,P,2=4,P,用平面图形表示压力与各相组成的关系，称蒸气压组成相图，或在恒压条件下，用平面图形表示温度与各相组成的关系，称沸点组成相图。,5241 蒸气压组成相图（,P,-,x,图）,图5-3 蒸气压-组成相图,在一定温度下，以蒸气压对组成作图可得三条直线，它们分别表示,P,A,、,P,B,和,P,与溶液组成X,A,的关系，称为蒸气压-组成相图。,计算出平衡的气相组成 ，将P-关系点绘后，即得到,C,6,H,5,CH,3,(,A,)-,C,6,H,6,(,B,)溶液蒸气总压与液相组成和气相组成的相图,图5-4,C,6,H,5,CH,3,(,A,)-,C,6,H,6,(,B,)溶液的蒸气压-组成相图（,P,-,x,图）,图中：,液相线,P,-,x,B,线，一定温度下蒸气压随液相组成的变化。,气相线,P,-,y,B,线，一定温度下蒸气压随气相组成的变化。,液相区 液相线以上的区域，用符号L表示。当体系的组成与压力处于液相面上时，其压力大于蒸气压，应全部凝结成液体。,气相区 气相线以下的区域，用符号V表示。当体系的组成与压力处于气相面上时，其压力小于饱和蒸气压，应全部气化。,气液共存区 液相线与气相线之间的区域，用符号L+V。当体系处于这个区域内，如图示O点，即分裂为气、液两相，O点称为体系点。通过O点作水平线（恒压下）交于气相线与液相线的两点y与x，y与x称为相点，即表示相互平衡的气液两相的状态。利用杠杆规则可计算气，液相的量。,根据图5-4可以看出，对于甲苯(,A,)和苯(,B,)体系，B组分更容易挥发，即 ，称该组分为溶液中的易挥发组分。其次，还可看出，理想溶液的蒸气总压是介于两纯溶液的饱和蒸气压之间，,即 ,1,在双组分的理想溶液中，易挥发的组分（,B,）,在平衡时气相组成(,y,B,)大于它在液相中的组成（,x,B,）。这一结论称为柯诺华洛夫(KOHOBATOB)第一定律。,5242 沸点-组成相图（,T,-,x,图）,一般在恒外压条件下，通过实验求得溶液与气、液两相平衡组成的数据，即可绘制出沸点-组成相图。,现绘制甲苯(,A,)和苯(,B,)溶液在101.3kPa下的沸点-组成相图。首先配制一系列不同组成的甲苯-苯溶液，然后依次倒入如图5-5所示的沸点仪内进行蒸馏，准确测定溶液的沸点和气、液两相组成。可得到一系列,x,y,和,t,的数据。以沸点,t,为纵坐标，以组成,x,和,y,为横坐标，即得甲苯苯溶液的沸点组成图。,图5-5 沸点仪示意图,图5-6甲苯-苯溶液的（,T,-,x,）图,液相线,T,-,x,B,线，一定压力下沸点随液相组成的变化。又称泡点线，一定组成的溶液加热达到线上温度可沸腾起泡。,气相线,T,-,y,B,线，一定压力下饱和蒸气组成随温度的变化。又称露点线，一定组成的气体冷却到线上温度即开始凝结，好像产生露水一样。气相线和液相线在左右两纵坐标上的交点，分别为相应纯组分的沸点。,液相区 液相线以下的区域，符号为L。,气相区 气相线以上的区域，符号为V。,气液共存区 液相线与气相线之间的区域，符号为L+V。当体系处于这个面内，如图所示O点，即分裂为气液两相，O点为体系点。通过O点作水平线（恒温下）交于气相线与液相线的两点,y,与,x,，y与,x,称为相点，即表示相互平衡的气液两相的状态。利用杠杆规则可计算气相和液相的量。,比较甲苯-苯的,P,-,x,图（图5-4）和,T,-,x,图（图5-6）可以发现，在,P,-,x,上的最高点（纯苯的饱和蒸气压最高）,在,T,-,x,图上为最低点（纯苯的沸点最低）。反之，纯甲苯的蒸气压最低，沸点最高。如果已知,P,-,x,图（或,T,-,x,图）可以很容易的绘出,T,-,x,图（示意图）,例5-6利用图5-6。将组成为x,苯,=0.50，n=1000mol的甲苯苯溶液加热到95.3，求互成平衡时气，液两相的数量(mol)。,解：设 分别为气，液相的物质的量。,由图5-6可以看出，在95.3时，液相组成x,苯,=0.40气相组成,y,苯,=0.62。利用杠杆规则，以y点为支点时，有：,（液相）,（气相）,53 稀溶液,稀溶液是指那些和纯溶液比较，性质差别不大的非理想溶液，这种溶液是经过极大程度冲淡后的溶液。,531 稀溶液的依数性,稀溶液的蒸气压下降；凝固点降低，和沸点升高的数值，仅仅取决于溶质的浓度（即溶质分子数目）而与溶质的本性无关，这种性质称为稀溶液的依数性。,5311 蒸气压下降,在稀溶液中溶剂的蒸气压下降与溶液中溶质的摩尔分数的关系可用拉乌尔定律表示,例5-7 50时纯水（A）的蒸气压为7.94kPa。现有一含甘油(B)10%的水溶液。求：（1）50时溶液的蒸气压下降值（2）溶液的蒸气压。,解：以1克溶液为计算基准：,已知,根据拉乌尔定律,1）,2）,5312 沸点升高,图中两支曲线分别为纯溶剂和稀溶液的饱和蒸气压与温度的关系曲线。当外压为101325Pa时，纯溶剂的沸点为 （图中a点），而溶液的沸点为 ，（图中b点），所以溶液沸点升高，实验证实，含有非挥发性溶质的稀溶液，其沸点升高与溶液中溶质,B,的质量摩尔浓度成正比。,图 5-7 稀溶液的沸点升高,例5-8 将某物质B 溶于 水中，测得该溶液的沸点为373.31K,求溶质（B）的摩尔质量。已知,解：根据题意,5313 凝固点下降,根据拉乌尔定律，含有非挥发性溶质的溶液蒸气压比同温度时纯溶剂的蒸汽压低，因此稀溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点。,图5-8稀溶液的凝固点下降,图中二支曲线ab、cd线分别为纯溶剂和稀溶液的饱和蒸气压与温度的关系曲线。ac线为固相纯溶剂的饱和蒸气压与温度的关系曲线（亦即升华压线）。二支曲线ab、cd线与ac线相交于a、c两点，对应的温度为凝固点，为稀溶液的凝固点，为纯溶剂的凝固点，即溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点。实验证实，含有非挥发性溶质的稀溶液，其凝固点的下降与溶液中溶质B的质量摩尔浓度成正比。即,例5-9 已知水在0时结冰，水的凝固点下降常数为1.86。求150g水中溶有3.5g蔗糖（B）时溶液的凝固点（即冰点）。,解：,因此，蔗糖溶液的冰点为,=-0.127,532 亨利定律,稀溶液的另一条重要经验定律亨利定律：“在一定温度下，气体（或挥发性溶质）在液体中的溶解度与该气体的平衡分压成正比”。,式中 溶质的平衡分压；,溶质的摩尔分数；,亨利常数，其数值取决于温度、溶质和溶剂的性质。,是以溶解度用摩尔分数表示的亨利常数。在实际应用中，溶液的组成也常用质量摩尔浓度，物质的量浓度等表示。,由于溶液组成表示方法不同，亨利常数 ，和 的数值就不相同，但它们之间可以相互换算。,结论：其一，亨利常数的值随着温度的变化而变化。二，亨利常数与溶质和溶剂的性质有关。三