南农无机化学第2章溶液和胶体

第二章溶液和胶体第一节分散系分散系：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的体系。分散系由分散质和分散剂两部分组成。若根据分散质粒子直径的大小区分，分散系又可分为三类，如表2-1所示：按分散质粒子直径的大小分类的液态分散系分散系类型粗分散系胶体分散系分子分散系颗粒直径大小＞100nm1～100nm＜1nm高分子溶液溶胶分散质存在形式分子的大聚集体大分子小分子的聚集体小分子、离子或原子主要性质不稳定很稳定稳定最稳定多相单相多相单相普通显微镜可见超显微镜可见电子显微镜也不可见不能透过滤纸能透过滤纸，但不能透过半透膜能透过半透膜实例泥浆胶水Fe(OH)3溶胶NaCl溶液、葡萄糖溶液第二章第二节溶液物质以分子、原子或离子状态分散在另一种物质中所形成的均匀稳定的分子分散系称为溶液。气态溶液（如纯净的空气）固态溶液（如金属合金）液态溶液（如NaCl水溶液）。溶液中，分散质一般称为溶质，分散剂一般称为溶剂。本节主要讨论液态溶液中的有关性质。溶质+溶剂=溶液，这一过程称为溶解。NaOH溶于水时会放出热量；NaCl溶于水时需从环境中吸收热量；乙醇与水混合后体积变小；白色的CuSO4固体溶于氨水后会产生深蓝色的溶液。第二章由此可见，溶解并不是一种简单的物理过程，往往也伴随着化学变化。BBmwm一、溶液的浓度表示1、质量分数溶质B的质量与溶液的质量之比，称为质量分数。用wB表示：第二章第二节、物质的量浓度BBncVBBAnbm3、质量摩尔浓度物质的量浓度是指每升溶液中所含溶质B的物质的量。物质的量浓度用符号cB或c(B)表示：1kg溶剂A中所含溶质B的物质的量，称为溶质的质量摩尔浓度。溶质B的质量摩尔浓度用bB表示：第二章第二节对于稀溶液，且要求不严格时，可用物质的量浓度近似地代替质量摩尔浓度。4、摩尔分数BBnxn若对于一个两组分的溶液来说，溶质的物质的量分数xB与溶剂的物质的量分数xA分别为：溶质B的物质的量占溶液中各物质的量之和的比值，称为溶质B的摩尔分数，又称为溶质B的物质的量分数。溶质B的摩尔分数用xB表示：第二章第二节所以：xA+xB=1，若将这个关系推广到任何一个多组分系统中，则有：ii1x。【例2-1】在500g溶液中含有50gNaCl，此溶液的密度为1.071g·mL-1，求该溶液的物质的量浓度，质量摩尔浓度和摩尔分数各是多少？第二章第二节(NaCl)500.86(NaCl)58.44mM3(NaCl)0.861.84466.910nV32(NaCl)0.861.91(HO)45010nm22(HO)45024.97(HO)18.02mM2(NaCl)0.860.033(NaCl)(HO)0.8624.97nnn解：（1）V=n(NaCl)=molｃ(NaCl)=mol·L－1（2）b(NaCl)=mol·kg－1（3）n(H2O)=molx(NaCl)=第二章第二节二、稀溶液的依数性溶液的性质有两类：第一类：如颜色、导电性、酸碱性等，这些性质由溶质的本性决定，溶质不同则性质各异；第二类：如溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等则与溶质的本性无关，取决于溶液中溶质的自由粒子（可以是分子、离子、原子等微粒）数目，即浓度。后一类性质常称为溶液的依数性，也称为溶液的通性。在难挥发非电解质的稀溶液中，这些性质就表现得更有规律。第二章、稀溶液蒸气压下降图2-1纯溶剂（a）和溶液（b）蒸发示意图○代表溶剂分子●代表溶质分子在一定温度下，溶液的蒸气压比相同温度下纯溶剂的饱和蒸气压低(如图２-１)，而且降低的程度与溶质的摩尔分数有关。第二章第二节拉乌尔（F.M.Raoult）定律：在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积。数学表达式为：Δp＝-p＝·xBA*Appxp为溶液的蒸气压，A*p为纯溶剂的饱和蒸气压，单位均为Pa；xA为溶剂的摩尔分数。对于一个两组分的系统来说，设xB为溶质的摩尔分数，由于xA+xB＝1，即xA=1-xB，所以：****AAABAAB=(1-)=-ppxpxppx*Ap*Ap第二章第二节拉乌尔定律另一种表述是：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值Δp与溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律只适用于非电解质稀溶液。在稀溶液中，溶剂的物质的量nA远大于溶质的物质的量nB，即有nAnB，nA+nBnA，则Δp＝·xB===·bB·MA=K·bBA***BBABAABAnnppxppnnnA*p*BAAnpn*BAAA/npmMA*p第二章第二节据此，拉乌尔定律又可表述为：一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。若组成溶液的两组分间不产生相互作用，即在任何比例下都能遵守拉乌尔定律，这种溶液称为理想溶液，如苯和甲苯混合溶液可视为理想溶液。对于这样的溶液，即使溶质和溶剂均有挥发性，拉乌尔定律仍可适用。此时溶液的蒸气压等于两组分蒸气压之和：ABAB**AB++ppppxpx第二章第二节、溶液沸点升高图2-2显示了纯溶剂的蒸气压（AB线）与溶液的蒸气压（AB线）与绝对温度的关系。图2-2沸点升高和凝固点降低示意图第二章第二节△Tb=Kb·bBKb为溶剂沸点升高常数，单位为K·kg·mol-1。沸点升高常数Kb只与溶剂有关，而与溶质无关，不同的溶剂有不同的Kb值。图2-2显示了纯溶剂的蒸气压（AB线）与溶液的蒸气压（AB线）与绝对温度的关系。图中，代表纯溶剂的沸点，代表溶液的沸点，二者的差值称为溶液的沸点升高。bTbT第二章第二节·kg·mol-1水373.150.512乙醇350.541.22苯353.352.53第二章第二节因为溶液沸腾后，随溶剂不断蒸发，溶液的浓度不断增大，所以与纯液体不同，溶液在沸腾时沸点不能保持恒定而是不断升高。由，可得：=BBbbBbbAABnmTKbKKmmMBBbAbmMKmT因此，可以通过对溶液沸点升高的测定来估算溶质的摩尔质量。第二章第二节【例2-3】取2.69g的某有机物溶于100g苯中，测得该溶液的沸点上升了0.531K，求该有机物的分子量。解：苯的Kb=2.53K·kg·mol-1，则由可得：g·mol-1BBbAbmMKmT2.692.531280.1000.531BM第二章第二节凝固点是指在一定的外压下，该物质的液相和固相达到平衡共存时的温度。从蒸气压的角度而言，某物质的凝固点就是固相蒸气压和液相蒸气压相等时的温度。△Tf=Kf·b(B)Tf是溶液的凝固点下降值，Tf=-Tf，为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点；Kf是溶剂的凝固点降低常数，单位为K·kg·mol–1，它与溶剂的性质有关，与溶质的性质无关。3、凝固点下降fTfT第二章第二节·kg·mol-1水273.151.86乙醇350.541.22苯278.665.12同利用溶液的沸点升高测定计算溶质的摩尔质量一样，也可以通过对溶液凝固点降低的测定来计算溶质的摩尔质量。由于凝固点降低常数比沸点升高常数大，实验误差相对较小，而且在达到凝固点时，溶液中有冰析出，现象明显更容易观察。第二章第二节【例2-4】某一wB＝1.00%的水溶液，测得其凝固点为273.05K。计算该溶液中溶质的摩尔质量。解：根据公式：，则有：ffBTKbBffABmTKmMfBBAfKmMmT由于该溶液浓度较小，所以mA+mB≈mA，即mB/mA≈1.0%故：11B1.86Kkgmol1.00%0.186kgmol273.15K273.05KM--鬃?==?-所以：第二章第二节、溶液的渗透压渗透性是指分子或离子透过半透膜的性质。半透膜是一种选择性透过膜，它只允许溶剂分子或小分子透过，而不允许溶质分子或大分子透过。具有这种性质的膜有猪的膀胱、肠衣、植物的细胞壁以及人工制造的无机陶瓷膜等。图2-3渗透现象第二章第二节如果半透膜两边溶液浓度相等，渗透压相等，这种溶液称为等渗溶液。如果半透膜两边溶液浓度不等，其渗透压不等，渗透压高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。Π＝cBRTΠ表示渗透压（单位为kPa），R单位为kPa∙L∙mol－1∙K－1；T单位为K，cB单位为molL-1。利用渗透压的公式也可以测定溶质的摩尔质量。但由于渗透压的测定较困难，所以一般只用来测定高聚物的相对分子质量。第二章第二节其原因是：一方面高聚物溶液溶质分子和溶剂分子大小相差悬殊，较易选得合适的半透膜；另一方面，高聚物溶液的浓度小，产生的温度变化（T）亦小，不适于用沸点升高或冰点下降方法测定高聚物的相对分子质量，否则会引起的测量误差较大。【例2-5】有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18g。已知在293.15K时，溶液的渗透压为0.413kPa。求算此蛋白质的摩尔质量。解：根据公式Π＝cBRT第二章第二节得：以上讨论的是难挥发、非电解质稀溶液的依数性。其实，浓溶液、电解质溶液也有蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压，但其依数性存在着不同程度的偏差。第二章第二节·kg－1实验值计算值实验值/K/K计算值实验值计算值实验值/K/K计算值0.00500.01800.00931.940.00980.00931.060.01000.03590.01861.930.01950.01861.050.05000.1760.09301.890.09490.09301.020.10000.3480.1861.870.1880.1861.01第二章第二节三、电解质溶液简介在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物称为电解质，不能导电的化合物称为非电解质。根据其水溶液中导电能力的强弱又可分为强电解质和弱电解质。1、解离度解离度是指溶液中已解离的电解质的物质的量占溶液中初始电解质物质的量的百分数，用α表示。α＝100初始物质的量已解离的物质的量％第二章．强电解质溶液（1）表观解离度强电解质在水溶液中是全部解离的，其解离度应是100%，但在实际测定时，强电解质的“解离度”都小于100%，如下表所示