工程化学第四章液态

1、第四章 物质的聚集状态4. 2 液体4. 2. 1 液体的溶解性 液体分子之间有作用力，其他分子如果要溶解到溶液中，必须和溶液中分子能相互“结合”。 相似相溶相似相溶，和溶剂分子极性相似的溶质分子可以溶解到溶剂中去形成溶液。例如水是极性分子，氯化氢也是极性分子，氯化氢可以溶解到水中。水分子中有个-OH，乙醇分子中也有个-OH，乙醇和水可以以任何比例混合。通常油脂是非极性分子，油就不能溶解在水中。 油水分离第四章 物质的聚集状态4. 2 液体4. 2. 2 液体的表面张力溶液表面的分子有进入溶液内部的趋势，这种趋势促使溶液的表面积变小，这种使溶液表面积缩小的作用力被称作为表面张力。通常我们用表面

2、能表示表面张力的大小，用符号表示，单位是Jm-2(或Nm-1)。 表面张力使雨滴、水滴趋向于球形，表面张力也使得一些生物（如某些昆虫）能在水面上行走或在水面上产卵。 第四章 物质的聚集状态4. 2 液体4. 2. 3 液体的毛细现象 把玻璃毛细管垂直插到水中，水与玻璃润湿，使得水进入毛细管，水在毛细管中上升，直至与水的重力平衡。玻璃毛细管插入汞溶液中，由于玻璃与汞不润湿造成毛细下降。酒精灯就是利用毛细现象把酒精输送到着火点的。 第四章 物质的聚集状态4. 2 液体4. 2. 3 液体的毛细现象 图1 液体的虹吸现象 图2 用毛细管吸手指上的血去化验第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液溶液是由溶

3、质和溶剂组成，即溶质溶解在溶剂中形成溶液。溶质的粒子直径1nm（10-9m），溶质是分子或离子，可以是固体，也可以是液体或气体，如果两种液体互相溶解，一般把量多的一种叫做溶剂，量少的一种叫做溶质。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液溶液可分成饱和溶液，不饱和溶液和过饱和溶液：1 饱和溶液：在一定温度、一定量的溶剂中，溶质不能继续溶解的溶液，再增加溶质只能产生沉淀，即沉淀和溶解达到平衡的溶液是饱和溶液。2 不饱和溶液：在一定温度、一定量的溶剂中，溶质可以继续溶解的溶液。3 过饱和溶液：在一定温度、一定量的溶剂中，溶质的浓度超过了饱和溶液。例如降低饱和溶液的温度，溶液中的溶质还没来得及析出，这时

4、的溶液是过饱和溶液，过饱和溶液是一种不稳定态，久置能使溶质析出，过滤后得到饱和溶液。另一种方法是通过搅拌等的方法，使得过饱和溶液产生沉淀，过滤后得到饱和溶液。还有一些方法是升温、稀释等使过饱和溶液转变成饱和溶液或不饱和溶液。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 1 溶液的浓度及其计算SI制中体积的单位是立方米(m)，在化学中容许保留的单位是升(L)，一升等于一立方分米（dm3），即：1L = 1dm3。浓度的表示法有很多种，我们这里仅讨论以下几种：1物质的量浓度(c)：一升溶液中某溶质的摩尔数，单位是moldm-32 质量摩尔浓度(m)：一千克溶剂中某溶质的物质的量，单位是molk

5、g3 摩尔分数(x)：溶液中某物质的物质的量除以溶液的总物质的量。4 质量的百分比：溶液中某一物质的质量占溶液总质量的百分数。第四章 物质的聚集状态例题：36%的盐酸溶液其密度为1.18gcm3，求此溶液物质的量浓度c，质量摩尔浓度m和溶质摩尔分数x。解： 查得HCl的摩尔质量是36.46gmol-1；H2O的摩尔质量是18.01gmol-11 dm-3此溶液中溶质的质量是： 36% 1.18 103 = 424.8g1 dm-3此溶液中溶剂的质量是： (100%-36%) 1.18 103 = 755.2g溶液的物质的量浓度：331dmmol65.11dm000. 1molg46.36g8

6、.424c溶液的质量摩尔浓度： kgmol43.151000g2 .755molg46.36g8 .424m1溶质摩尔分数： 2174. 0molg01.18g2 .755molg46.36g8 .424molg46.36g8 .424x111第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 2溶液的溶解度及其影响因素 1. 溶液的溶解度 （1） 一升溶液中达到平衡时可溶解物质的物质的量，即溶液饱和时溶质的浓度，单位是moldm-3。（2） 100g溶剂能溶解溶质的最大克数。 例：在20，100g水中BaS的溶解度是7.86g，求BaS的摩尔浓度(s)。解： BaS的摩尔质量是137.33+32

7、.07=169.40gmol-1，溶液密度看作水的密度1kgdm-3 331464. 0100010040.16986. 7dmmoldmggmolggS=溶液的密度升溶液的质量升溶液溶质物质的量11第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 2溶液的溶解度及其影响因素 2. 影响溶解度的因素 固体在溶液中产生平衡： 固体中粒子进入溶液，需要吸收能量，然后再与溶剂分子形成水合离子(水溶液中的水合过程)，会放出能量，溶解过程是吸热还是放热取决于这两个过程的能量差。例如氯化铵溶解在水中的会吸热，而氢氧化钾溶解在水中会放热。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 2溶液的溶解度及其影响

8、因素 2. 影响溶解度的因素 (A)内在原因，即溶质分子或离子容易不容易与溶剂分子结合，这涉及到相似相容规则(见4.2.1 节)。(B)另一个是外在原因，例如温度对物质的溶解度有很大的影响。第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 2溶液的溶解度及其影响因素 2. 影响溶解度的因素 利用在不同温度下溶解度的不同和变化，可以分离不同的物质。例如在室温KNO3和NaCl的溶解度比较接近，在高温下KNO3的溶解度明显增大，高温下加温浓缩KNO3和NaCl的混合溶液，就能使NaCl结晶析出，从而达到分离的目的。另外同离子效应、盐效应以及酸碱反应、配合反应都能影响溶液的溶解度， 第四章 物质的聚集

9、状态4. 3 溶液4. 3. 3 溶液的蒸气压水的饱和蒸汽压即气液平衡时的蒸气压： 液体蒸汽表 4.5不同温度下水的蒸气压温度()蒸气压(kPa)温度()蒸气压(kPa)温度()蒸气压(kPa)0101520250.6101.232.062.333.1727304050603.554.247.3812.319.970809010012031.247.370.1101.3198.5(A)溶液分子会挥发(B) 气液平衡第四章 物质的聚集状态例5：1g锌在25和100kPa压力下与过量的酸反应，如果用排水集气法在水面上收集，收集到的气体体积是多少升？已知MZn=65.39g/mol；25水的饱和蒸汽

10、压为3.17kPa 解： Zn + 2H+ = H2 + Zn2+锌物质的量 n=1/65.39=0.01529mol 等于氢物质的量无水时 VH2=nRT/p=0.015298.314298.15/100103 =3.7910-4m3=0.379L含水体积 V=VH2P总/PH2=0.379105(105-3.17103)=0.391L或 V=nRT/(p总-pH2O) = 0.015298.314298.15/(100-3.17)103 =3.9110-4m3=0.391L第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性溶质的存在使溶液表面溶剂的分子数减少，平衡后溶液的蒸

11、气压低于纯溶剂的蒸气压。第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性1溶液的蒸气压降低 当一种难挥发的溶质溶解于溶剂后，溶液表面的溶剂分子数目由于溶质质点的存在而减少，使相同温度下溶液蒸发出的溶剂分子数目比纯溶剂要少，即溶液的蒸气压(如图所示)比纯溶剂的蒸气压(如图中的aa线所示)低。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性1溶液的蒸气压降低 蒸气压下降的定量关系实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值等于该稀溶液中难挥发，难电离溶质的物质的量分数与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性质无关： *AB*AB pxpnnp 该式也称拉乌尔定律(法

12、国物理学家) 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性2. 溶液的凝固点下降 图中aa，ac，bb线分别表示水、冰和溶液的蒸气压与温度的关系。可见：a 点(0.01，0.611 kPa)纯水和冰的蒸气压相等，此时达到冰、水和水蒸气三相平衡，0.01 即为水的凝固点； 水溶液中由于加入了溶质而蒸气压降低，溶液蒸气压曲线与冰的蒸气压曲线相交于b点，这是溶液的凝固点。显然，溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点下降了。难挥发物质溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性2. 溶液的凝固点下降 在稀溶液中，凝固点下降值(Tf

13、)为 Bff*ffbKTTT式中Tf 表示难挥发非电解质稀溶液的凝固点下降值，Tf*、Tf 分别表示纯溶剂和溶液的凝固点，bB是质量摩尔浓度写单位为molkg1，例如：lkg水中溶解了62g乙二醇C2H4(OH)2，其质量摩尔浓度是1molkg1；Kf 为凝固点下降常数，它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。溶剂的凝固点下降常数可以查表得到。溶剂凝固点()Kf (Kkgmol1)醋酸苯氯仿水16.65. 5 63. 50. 03. 904. 904. 701. 86例如1kg水中溶解了31g乙二醇，求凝固点下降值Tf。解：Tf = Kf bB =1.8631/62=0.94第四章 物质的聚集状

14、态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性2. 溶液的凝固点下降 溶质的存在阻碍了溶剂的凝固，导致凝固点下降。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性2. 溶液的凝固点下降 例如汽车发动机用水作冷却液，在冬天往往因水结冰而把水箱冻裂，而在水中加入乙二醇，制成防冻液，能使溶液在 -40不结冰，防止水箱冻裂。 如果水中加入的是电解质如NaCl，它电离成正负离子，使凝固点下降得更多，实验室常用冰、水和NaCl组成溶液得到零度以下的低温。第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性3. 溶液的沸点升高 在稀溶液中，升高值(Tb)为 Bbb*bbbK

15、TTT式中Tb 表示难挥发非电解质稀溶液的沸点升高值，Tb*、Tb 分别表示纯溶剂和溶液的沸点，bB是质量摩尔浓度，单位为molkg1，溶剂沸点()Kb (Kkgmol1)醋酸苯氯仿水117.980. 1 61. 7100. 03. 072. 533. 630. 512第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性4. 溶液的渗透压 把溶液与水用半透膜分割开(见图A)，水会通过半透膜进入溶液，导致溶液的压力升高(见图B)，平衡时溶液与水之间的压力差称之为渗透压，渗透压是为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性4. 溶液的渗透压 实验发现，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的体积摩尔浓度及热力学温度成正比。1887年，荷兰物理学化学家范特霍夫(J. H. van t Hoff)，提出了稀溶液的渗透压与温度和溶质浓度的关系式： RTVncRT其中c为溶液的浓度，R为理想气体常数，T为绝对温度，n为物质的量，V为溶液体积。 第四章 物质的聚集状态4. 3 溶液4. 3. 4 稀溶液的依数性4. 溶液的渗透压 如果在溶液的一侧施加一个大于渗透压