第3章水化学与水污染Chapter3Hydroche

第第33章章水化学与水污染水化学与水污染 Chapter 3 Hydrochemistry and Water Pollution本章学习要求v了解溶液的通性。v明确酸碱的近代概念，酸碱的解离平衡和缓冲溶液的概念，掌握有关pH的计算;了解配离子的解离平衡及其移动；v掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有关计算；v了解胶体的聚沉、保护及表面活性剂的结构和应用；v了解水体的主要污染物的来源及其危害。主要内容：主要内容：3.13.1溶液的通性溶液的通性 General Characteristic of Solutions General Characteristic of Solutions 3.23.2水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 Ionic Equilibrium of Homomgeneous Ionic Equilibrium of Homomgeneous Phase in Aqueous Solution Phase in Aqueous Solution 3.33.3难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡 Hard Hard­ ­dissolved electrolytical dissolved electrolytical Heterogeneous equilibrium of ions Heterogeneous equilibrium of ions *3.4*3.4胶体与界面化学胶体与界面化学(Coloid & Surface Chemistry) (Coloid & Surface Chemistry) *3.5*3.5水污染及其危害水污染及其危害 Water Pollution and It Water Pollution and It’ ’s Endanger s Endanger稀溶液的依数性 Colligative properties of dilute  solution 3.1溶液的通性 General Characteristic of Solutions 3.1.1难挥发非电解质溶液3.1.2难挥发电解质溶液3.1.1难挥发非电解质溶液的依数性一、溶液的蒸汽压溶液的蒸汽压实验 —下降实验结果：溶液的蒸汽压p B 比纯溶剂的蒸汽压p A 低解释： p A - p B = Δp p A p B Δp—溶液的蒸汽压下降显然，溶液中c B 越大， Δp就越大 Δp =(nB/n)× p A = x B p A x B –溶质B的摩尔分数 x B =n B /(n B +n A ) 拉乌尔定律（Raoult’s law）Example1已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPa，将 17.1g蔗糖（C 12 H 22 O 11 ）与3.00g尿素 [CO(NH 2 ) 2 ]分别溶于100g 水.计算形成溶液的蒸汽压. Solution 两种溶质的M 1 =342 g/mol和M 2 =60.0 g/mol， 00892 . 0 050 . 0 556 . 5 050 . 0 2 1 =+== x x ∴两种溶液的蒸汽压下降均为： Δp=2.33 kPa×0.00892=0.021 kPa mol 556 . 5 mol 8g 1 00g 1 mol 050 . 0 mol g 0 . 60 g 00 . 3 mol 050 . 0 mol g 342 g 1 . 17 1 2 1 2 1 1 =×==×==×=--- O H n n n ∴两溶液的蒸汽压均为：p=2.33­0.021=2.309 kPa蒸气压下降引起的直接后果之一二、溶液的沸点--上升 T A bp ­T B bp =ΔT bp T A bp T B bp ΔT bp = k bp m k bp –摩尔沸点上升常数 m—质量摩尔浓度 mol·kg -1 m≈c (mol·L -1 )已知纯苯的沸点是 80.2 ℃，取 2.67 g萘（C 10 H 8 ）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k bp.Example2 Solution K T 531 . 0 2 . 80 731 . 80 mol g 128 bp 1 =-=×=- Δ，已知萘的摩尔质量1 bp 1 1 bp mol kg 545 . 2 kg 100 1000 mol g 128 g 67 . 2 531 . 0 ---××=´×´=\ K k k K得m k T bp bp = Δ据：蒸气压下降引起的直接后果之二三、溶液的凝固点--下降 T A fp ­T B fp =ΔT fp T A fp T B fp ΔT fp = k fp m k fp –摩尔凝固点下降常数 m—质量摩尔浓度 mol·kg -1 m≈c (mol·L -1 )Example3 Solution 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 200 g 的水中注入6.50 g 的乙二醇，求这种溶液的凝固点.1 kg mol O H g O H g g -×=´= 525 . 0 200 1000 M 50 . 6 m 2 2 乙二醇乙二醇 98 . 0 525 . 0 86 . 1 fp fp =´==\ m K T Δ 98 . 0 -即此种溶液的凝固点为（℃） m K T fp fp = Δ ℃溶液的几种性质与水的比较物质 T b / ℃ T f / ℃r/ (g∙cm ­3 ) 纯水 100.00      0.00        0.9982 0.5mol∙kg ­1 糖水100.27 ­0.93        1.0687 0.5mol∙kg ­1 尿素 100.24 ­0.94        1.0012四、渗透压（osmotic pressure）渗透蒸气压下降引起的直接后果之三渗透压渗透压∏渗透压∏∝c .T ∏=cRT=(n/V)RT ∏ V = nRT ∏:Pa，T:K，V:m 3， n/V是摩尔浓度， R = 8.314  Pa∙m 3 ∙mol -1 ∙K -1反渗透：溶液外压 P∏时，溶液中的溶剂分子向纯溶剂方向流动，使纯溶剂的体积增加的过程。等渗溶液测得人体血液的冰点降低值DT fp = 0.56，已知k fp =1.86。求在体温 37℃时的渗透压. , m k T fp fp = Δ：据Example4 Solution RT c =Õ又) kg (mol 30 . 0 86 . 1 56 . 0 1 ­ ×=== fp fp k T m Δ kPa 202 . 773 ) Pa ( 773202 ) 273 37 ( 10 314 . 8 30 . 0 3 ==+´´´= ≈mRT电解质溶液3.1.2难挥发电解质溶液的依数性电离微粒数增多与溶液浓度的定量关系复杂依数性但有基本规律：依数性数值比同浓度非电解质大如：同为0.1mol∙kg -1的如下水溶液其蒸汽压大小顺序： H 2 SO 4 HCl CaCl 2 HAc 糖水其凝固点大小顺序     H 2 SO 4 HCl CaCl 2 HAc 糖水其沸点大小顺序：     H 2 SO 4 HCl CaCl 2 HAc 糖水   3.23.2水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 Ionic Equilibrium of Ionic Equilibrium of Homomgeneous Homomgeneous Phase in Aqueous Solution Phase in Aqueous Solution 3.2.13.2.1酸、碱在水溶液中的解离平衡酸、碱在水溶液中的解离平衡3.2.23.2.2配离子的解离平衡配离子的解离平衡3.2.13.2.1酸、碱在水溶液中的解离平衡酸、碱在水溶液中的解离平衡1.1.酸：能给出质子的物质酸：能给出质子的物质— —质子给体质子给体一、一、酸、碱的相关概念酸、碱的相关概念18871887年，年，Arrhenius Arrhenius电离理论：电离理论：19231923年，年，BrBrönsted & Lowry önsted & Lowry的质子的质子理论：理论：19231923年，年，Lewis Lewis的电子的电子理论：理论：2.2.碱：能与质子结合的物质碱：能与质子结合的物质— —质子受体质子受体 HAc (aq) = Ac - (aq) + H + (aq) Ac - (aq) + H + (aq) =HAc (aq) OH - (aq) + H + (aq) =H 2 O (aq)此时c（H + ） ≈10 -130 mol ∙ L -1 ，若要在 l mol ∙ L -1 H + 的水溶液中找到一个未水合的 H + ，则体积要大到可容纳10 70 个地球. H + + H 2 O＝H 3 O + DHq=-761.5 kJ . mol ­1 事实上，H + 在 H 2 O中不是独立存在的，而是与H 2 O 结合成H 3 O + , 其反应如下：酸酸质子质子++碱碱共轭关系共轭关系共轭酸共轭酸 H H ++++共轭碱共轭碱共轭酸碱对共轭酸碱对 (conjugate acid­base pair)质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱，如NH 4 Cl中的 NH 4 +是离子酸， Cl －是离子碱. HCO 3 - CO 3 2- + H + HCO 3 - + H + H 2 CO 3 H 2 PO 4 - + H + H 3 PO 4 3.酸碱两性物质： H 3 O + + OH - H 2 O + H 2 O H 2 PO 4 - HPO 4 2- + H +既能给出质子，又能接受质子的物质实质：两对共轭酸碱对之间的质子传递●酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱●反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱的方向进行●对于某些物种而言，是酸是碱取决于参与的具体反应 3. 酸碱反应:（1）酸碱反应的类型●酸和碱的离解反应①酸碱解离反应是质子转移反应②水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应。 H + 酸(1) 碱(2) 酸(2) 碱(1) HF(aq)        H + + F － (aq) H + + H 2 O(l)        H 3 O + (aq) HF(aq) + H 2 O(l)          H 3 O + (aq) + F － (aq) H 2 O(l)+H 2 O(l)       H 3 O + (aq) +OH － (aq) 简写： HF             H + + F －简写： H 2 O         H + + OH －③盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：酸(1) 碱(2) 酸(2) 碱(1) H + NH 4 Cl水解：酸(1) 碱(2) 酸(2) 碱(1) H + Ac － +H 2 O      OH － + HAc + H 2 O        H 3 O + + NH 3+ 4 NH④非水溶液中的酸碱反应，也是离子酸碱的质子转移反应。例如NH 4 Cl的生成： H + 液氨中的酸碱中和反应： H +-+++ Cl NH NH HCl 4 3 NaCl 2NH NaNH Cl NH 3 2 4++ (1) (2) (2) ) 1 ( 碱酸碱酸 (1) (2) (2) ) 1 ( 碱酸碱酸二、酸和碱在水溶液中的离子平衡及pH的计算1.水的解离平衡： H 3 O + (aq) +OH - (aq) H 2 O(l) + H 2 O(l) H + + OH - H 2 O 简写： K Ɵ =(c eq (H + )/c Ɵ)∙ (c eq (OH -)/c Ɵ) K W =c eq (H + )∙ c eq (OH - ) K W ­­称为水的离子积 =1.0×10 -14(25℃)2.一元