第8章-水溶液

第三篇水溶液化学原理第8章水溶液Chapter8WaterSolution1.进一步掌握溶液的浓度的表示方法。2.了解稀溶液的通性。3.初步了解强电解质理论。本章教学要求8-1溶液的浓度和溶解度8-2非电解质稀溶液的依数性8-3电解质溶液本章教学内容8-1溶液的浓度和溶解度8-1-1溶液的浓度8-1-2溶解度8-1-3相似相溶原理类型符号单位物质的量浓度cmol/L质量摩尔浓度m(b)mol/kg质量分数w无单位摩尔分数x(B)无单位1.溶液浓度的几种表示方法8-1-1溶液的浓度8-1-2溶解度1.溶解度一定温度和压力下溶质在一定量溶剂中形成饱和溶液时，被溶解的溶质的量。从相平衡的角度理解溶解度即为：在一定温度和压力下，固液达到平衡时的状态。不饱和溶液饱和溶液过饱和溶液通常把某温度下100克水里某物质溶解的最大质量叫溶解度。习惯上按溶解度大小，把溶液分为：易溶10g可溶1～10g微溶0.1～1g难溶0.1g2.溶解度的影响因素(1)温度的影响：(2)压力压力的变化对固体溶质和液体溶质的溶解度一般影响不大，但对气体溶质的溶解度却有很大的影响。表8-2气体溶解度与气体压力的关系压力/Pa373K时CO2的溶解度/mol·dm-3压力/Pa298K时N2的溶解度/mol·dm-380.1×1050.38625.3×1050.0155106.5×1050.47750.7×1050.0301120.0×1050.544101.3×1050.061160.1×1050.707202.6×1050.100200.1×1050.8873.享利定律---气体溶解定律享利定律：在一定温度下，一定体积的液体中所溶解的气体质量与该气体的分压成正比。数学表达式：p=Kx(K——享利常数)因为当气体的压强增加n倍，那么气体进入液体的机会也增加n倍，所以气体溶解的质量也增加n倍。故亨利定律与其它气体的分压无关。亨利定律只适用于溶解度小，不与溶剂相互作用的气体。所以HCl、NH3等气体都不适用。。标压标压水中氧气的浓度为：衡当水与空气达到平因个标准压力是氧，空气度为的时，氧气个标准压力的分压为1413211221-3-0105.211023.12.0.时,,此,0.2气的分压中molL101.23溶解在水中(101325Pa)1氧气,时C25LmolLmolxpxpxxkp8-1-3相似相溶原理“相似相溶”原理主要表现在：(1)溶质分子与溶剂分子的结构越相似，相互溶解越容易；(2)溶质分子的分子间作用力与溶剂分子间作用力越相似，越易互溶。如非极性物质可以溶解在非极性溶剂中(碘溶于四氯化碳中)，极性物质和离子型晶体易溶于极性溶剂(如水)中。8-2非电解质稀溶液通性8-2-1溶液的蒸气压下降——拉乌尔定律8-2-2溶液的凝固点下降8-2-3溶液的沸点升高8-2-4溶液的渗透压溶质的溶解是一个物理化学过程，溶解的结果，溶质和溶剂的某些性质发生了变化。但有几种性质是一般稀溶液所共有的。这类性质与浓度有关，或者说与溶液中的“粒子数”有关，而与溶质的本性无关。称其为“依数性”。这里要特别注意的是“难挥发的”，“非电解质的”，“稀”溶液。溶液的几种性质与水的比较物质Tb/℃Tf/℃20℃/(g·cm-3)纯水100.000.000.99820.5mol·kg-1糖水100.27-0.931.06870.5mol·kg-1100.24-0.941.0012尿素溶液液体的蒸气压：一定温度下液体与其蒸气处于动态平衡时的这种气体称为饱和蒸气，它的压力称饱和蒸气压，简称蒸气压。它与液体的本性和温度有关，同一温度下，不同液体有不同的蒸气压；同一种液体，温度不同时蒸气压也不同。8-2-1溶液的蒸气压下降——拉乌尔定律1.溶液的蒸气压下降实验测得，在同一温度下，溶液的蒸汽压比纯溶剂的蒸汽压低，纯溶剂的蒸气压与溶液蒸气压的差值叫做溶液的蒸气压下降。纯溶剂正常溶液少蒸汽压下降p溶液p纯溶剂溶液的蒸气压下降示意图溶剂溶液温度ppokpa蒸气压△pB101.3kpaAB’2.拉乌尔定律根据实验结果，在一定温度下，稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶剂在溶液中的摩尔分数，即：为纯溶剂的蒸气压。其中BBABBBB,pnnnxxppABBABABA11xppppxppxxx或）（所以为溶质的摩尔分数）（，由于）为溶液的质量摩尔浓度（时（稀溶液），当mnmnnnnnxnnBBABAAAAB1000∆p=K·m，K：蒸气压下降常数对于水溶剂：则：令：即56.5556.5556.551000/181000/1000BBABBBApKmpxppmmnmnmx拉乌尔定律可表述为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度呈正比。例：已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPa.将17.1g蔗糖（C12H22O11）与3.00g尿素[CO(NH2)2]分别溶于100g水。计算形成溶液的蒸汽压。解：两种溶质的摩尔质量是M1=342g/mol，M2=60.0g/mol所以，两种溶液的蒸汽压均为：p=2.33kPa×0.991=2.31kPa溶液的质量摩尔数相同，蒸汽压也相同。991.05.05.555.55kgmol500.0OgH100OgH1000molg0.60g00.3kgmol500.0OgH100OgH1000molg342g1.170H12212122112xmm数相同：两种溶液中水的摩尔分8-2-2溶液的凝固点下降凝固点：在标准状况下，纯液体蒸气压和它的固相蒸气压相等时的温度为该液体的凝固点。溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，所以溶液凝固点下降。溶液的凝固点下降p/Pa611t/ºCTf0ACBΔTf=Kf·mKf：溶剂凝固点降低常数；m：溶质的质量摩尔浓度。mKTff拉乌尔证明：难挥发非电解质稀溶液凝固点∆Tf(∆Tf=Tf*-Tf)下降，与溶液的质量摩尔浓度呈正比。一些常见溶剂的凝固点下降常数溶剂水苯乙酸萘硝基苯苯酚凝固点/℃Kf/K·kJ·mol-10.05.516.680.55.7431.8554.93.96.877.007.78应用凝固点下降实验可以测定溶质的摩尔质量Ｍ，是测定相对分子质量的经典实验方法之一。例：解：冬天，在汽车散热器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的冻结。如在200g的水中注入6.50g的乙二醇，求这种溶液的凝固点。（℃）mKTff℃122kgmol525.0OHg200OHg1000g50.6乙二醇乙二醇此时水中：Mm98.0525.086.1ffmKT98.0即此种溶液的凝固点为8-2-3溶液的沸点升高（Tb=Kbm)当溶液的蒸汽压下降，要使其沸腾，即蒸汽压达到外界压力，就必须使其温度继续升高，达到新的沸点，才能沸腾。这叫稀溶液的沸点升高。溶液越浓，其p越大，Tb越大，即Tbp，则：mKMmkpnnkpxkppkTbB0BA0A0b/1000bT根本原因：蒸汽压下降p溶液p纯溶剂溶液的沸点上升示意图Tb*Tb溶剂溶液温度ppokpa蒸气压△p△TbB101.3kpaAB’bTKb为沸点升高常数，与溶剂的摩尔质量、沸点、气化热有关，可由理论推算，也可由实验测定：直接测定几种浓度不同的稀溶液的Tb，然后用Tb对m作图，所得直线斜率即为Kb。一些常见溶剂的沸点上升常数溶剂tb/℃Kb/K·kJ·mol-1溶剂tb/℃Kb/K·kJ·mol-1水乙醇丙酮苯乙酸10078.456.280.1117.90.5121.221.712.532.93氯仿萘硝基苯苯酚樟脑61.7218.9210.8181.72083.635.805.243.565.95沸点上升实验也是测定溶质的摩尔质量（相对分子质量）的经典实验方法之一，但凝固点下降测得的数据更准确。例：已知纯苯的沸点是80.2℃，取2.67g萘（C10H8）溶于100g苯中，测得该溶液的沸点为80.731℃，试求苯的沸点升高常数。解：1b11bbbb1molkg545.2kg1001000molg128g67.2531.0531.0molg128KKKKmKTKT得，，萘的摩尔质量8-2-4溶液的渗透压半透膜：可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。渗透：溶剂分子透过半透膜向溶液扩散使溶液变稀的现象。溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度大，渗透趋向大。渗透现象：水分子蔗糖分子半透膜蔗糖溶液水溶液渗透作用产生的条件：①半透膜存在；②膜两侧溶液的浓度不相等。渗透压：施于溶液液面阻止溶剂透过半透膜向溶液渗透的压强。（3）渗透压的测定渗透压的测定：渗透压定律：1877年，Pfeffer的实验结果：在0℃蔗糖溶液的渗透压溶液浓度渗透压c/g·dm-3/atm10.030.680.06820.141.340.06740.602.750.06861.384.040.06613gdmatm/c1%蔗糖溶液在不同温度的渗透压温度T/K渗透压/atm)Katm/(1013T2730.6482.372870.6912.412950.7212.443090.7462.41为一常数，并与理想气体常数R值相似。因而认为稀溶液的渗透压定律与理想气体定律相似，可表述为：1885年，van’tHoff把这些数据归纳、比较，发现：nTVmRTcRTRTVnnRTV或与理想气体方程无本质联系。：渗透压；V：溶液体积；R：气体常数；n：溶质物质的量；c：体积摩尔浓度；T：温度；R=8.314J·mol-1·K-1反渗透：对溶液附加的压力大于渗透压时，水分子将由溶液向渗透，这个过程称为反渗透。利用反渗透作用可以进行海水的淡化。渗透压平衡与生命过程的密切关系：①给患者输液的浓度；②植物的生长；③人的营养循环。测得人体血液的冰点降低值Tf=0.56，求在体温37℃时的渗透压。例：解：)(60.775)37273(31.886.156.0,kPaRTKTmRTKTmmKTffffff又8-3电解质溶液1887年，Arrhenius根据电解质溶液对非电解质溶液的依数性的偏差和溶液的导电性实验结果，提出了电解质的电离理论，基本要点是：（1）电解质在溶液中会自发解离成带电粒子——电离。（2）正、负离子相互接触碰撞又会结合成分子，使电解质只发生部分电离，电离的百分率称为电离度。（3）溶液导电是由于离子迁移引起的。溶液中的离子越多，导电性越强。几种盐的水溶液的冰点下降情况盐mT/KT/Kmol·kg-1(计算值)(实验值)计算值实验值iKCl0.200.3720.6731.81KNO30.200.3720.6641.78MgCl20.100.1860.5192.79Ca(NO3)20.100.1860.4612.48计算值实验值i数据表明：①对于正负离子都是一价的电解质，如KNO3，NaCl，其ΔT(实)较为接近，而且近似为计算值ΔT的2倍；②正负离子为二价的电解质溶液的实验值ΔT（实）与计算值ΔT(计)比值较一价的小；③电解质溶液越浓，实验值与计算值比值越小。表观电离度:强电解质的电离度应为100%，但导电性实验测得的结果小于100%，被称为表观电离度。电解质KClZnSO4HClHNO3表观电离度86409292电解质H2SO4NaOHBa(OH)2表观电离度619181强电解质的表观电离度(298K,0.10mol.L-1)表观解离度理论上：强电解质完全解离α=1实验中：α1在强电解质溶液中，离子浓度较大，离子间存在相互作用，离子的行动不完全自由。电解质KClZnSO4HClHNO3表观电离度86409292电解质H2SO4NaOHBa(OH)2表观电离度619181强电解质的表