大学化学第3章 水化学与水污染

1、首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1 第第3章章 水化学与水污染水化学与水污染首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页2本章学习要求本章学习要求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。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页33.1 溶液的通性3.2 水溶液中的单相离子平衡3.3 难溶电解质的多相离子平衡3.4 胶体与界面化学3.5 水污染及其危害首首

2、页页末末 页页下一页下一页上一页上一页4引言引言溶液（solution） 广义地说，两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。 溶液以物态可分为固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。 本章主要讨论液态的非电解质溶液。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页5引言引言溶剂（solvent）和溶质（solute） 如果组成溶液的物质有不同的状态，通常将液态物质称为溶剂，气态或固态物质称为溶质。 如果都是液态，则把含量多的一种称为溶剂，含量少的称为溶质。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页6引言引言混合物（mixture）

3、多组分均匀体系中，溶剂和溶质不加区分，各组分均可选用相同的标准态，使用相同的经验定律，这种体系称为混合物，也可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页73.1 溶液的通性溶液的通性溶液有两大类性质：1）与溶液中溶质的本性有关与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、密度、酸碱性和导电性等；2）与溶液中溶质的独立质点数有关与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶质的本身性质无关溶液的依数性，如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。l难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性共同性和规律性规律性。该类性质称为稀溶液的通性通性，或称为依数性依数性。l

4、包括：稀溶液蒸气压的下降稀溶液蒸气压的下降、沸点上升沸点上升、凝固点下降凝固点下降和稀溶液的渗透压。稀溶液的渗透压。（与纯溶剂比较） 。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页83.1 溶液的通性溶液的通性 在液态的非电解质溶液中，溶质B的浓度表示法主要有如下四种：1.物质的量分数2.质量摩尔浓度3.物质的量浓度4.质量分数首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页93.1 溶液的通性溶液的通性1.物质的量分数 (mole fraction)BxBB def (nxn总） 溶质B的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B的物质的量分数，又称为摩尔分数，单位为1。首首 页页末末 页页下一

5、页下一页上一页上一页103.1 溶液的通性溶液的通性2.质量摩尔浓度mB（molality）BBA def nmm 溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为溶质B的质量摩尔浓度，单位是 。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液，不受温度影响，电化学中用的很多。-1kgmol首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页113.1 溶液的通性溶液的通性3.物质的量浓度cB（molarity）B def BncV 溶质B的物质的量与溶液体积V的比值称为溶质B的物质的量浓度，或称为溶质B的浓度，单位是 ，但常用单位是 。3mmol3dmmol首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页123.

6、1 溶液的通性溶液的通性4.质量分数wB（mass fraction）)(BB总mmw 溶质B的质量与溶液总质量之比称为溶质B的质量分数，单位为1。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页133.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性1. 蒸气压下降蒸气压下降在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压饱和蒸气压，简称蒸气压蒸气压。思考思考：蒸气压与温度有什么关系？答：不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气压增大。例如：p(H2O, l , 298K)=3167 Pap(H2O, l, 373K)=101.325kPa首首 页页末末 页页下

7、一页下一页上一页上一页143.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性1. 蒸气压下降蒸气压下降 溶液比纯溶剂蒸气压下降p = p - p首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页153.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性1. 蒸气压下降蒸气压下降首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页16溶液中溶剂的蒸气压下降溶液中溶剂的蒸气压下降拉乌尔：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸拉乌尔：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降气压下降p与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。即：无关。即： p = pAxB其中其中xB是溶

8、质是溶质B在溶液中的摩尔分数，在溶液中的摩尔分数， pA是纯溶剂的蒸是纯溶剂的蒸汽压。若溶液的质量摩尔浓度为汽压。若溶液的质量摩尔浓度为mB，则，则 式中，k为只与溶剂性质有关的常数。BABAAAABAABABABABA)(mkwnMpMwnpnnpnnnpxpp首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页17溶液中溶剂的蒸气压下降溶液中溶剂的蒸气压下降01Ax注意：注意：1. 该定律只适用于稀溶液，只能计算溶剂的蒸汽压 2.若溶剂分子有缔合现象,其摩尔质量仍用其气态分子的摩尔质量.3.该定律适用于不挥发的非电解质溶液4.理想液态混合物：任一组分在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律。*AAApp

9、x*BBBpp x即（A + BA + B）:10Ax首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页18蒸气压下降的应用蒸气压下降的应用测定溶质分子的相对摩尔质量测定溶质分子的相对摩尔质量设质量为WB的溶质溶于质量为WA的溶剂中，则有： BBAABBA/MWMWMWpp干燥剂工作原理干燥剂工作原理CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页192. 2. 溶液的沸点上升溶液的沸点上升沸点沸点：液

10、体蒸气压达到101.325kPa(1atm)时的温度。沸腾温度沸腾温度：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。固体表面的分子也能蒸发，具有一定的蒸气压。固体与其蒸气在密闭容器中可达到平衡。Tbp = Tbp Tb = kbpm Kbp: 溶剂的摩尔沸点上升常数，单位为Kkgmol-1。 pT溶剂溶液101.325kPaTbpTb pAB强电解质强电解质AB弱电解质弱电解质非电解质非电解质思考思考：你还能举例说明电离理论的其他应用吗？首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页323.23.2 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的解水溶液中的单相离子平

11、衡一般分为酸、碱的解离平衡及配离子的解离平衡两类。离平衡及配离子的解离平衡两类。 根据解离度的大小，将电解质分为强电解质和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页333.2.13.2.1 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. 酸碱的概念酸碱的概念按先后次序，酸碱理论主要有以下几种：v 酸碱电离理论（阿氏水离子论）酸碱电离理论（阿氏水离子论）在水溶液中解离时所生成的正离子全部是H+的化合物是酸酸；所生成的负离子全部是OH的化合物是碱碱。酸碱中和反应

12、的实质是H+ + OH = H2O。酸碱电离理论的缺陷：酸碱电离理论的缺陷： 把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。无法解释NH3、Na2CO3均不含OH，也具有碱性。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页34溶剂理论溶剂理论 在任何溶剂中，凡能增加和在任何溶剂中，凡能增加和溶剂相同阳离子溶剂相同阳离子的物的物质就是该溶剂中的质就是该溶剂中的酸酸；凡能增加和；凡能增加和溶剂相同阴离溶剂相同阴离子子的物质就是该溶剂中的的物质就是该溶剂中的碱碱。 纯水中的氢离子和氢氧根离子是由于水的自电离作用产生的：2H2O(l) H3O+ + OH HCl可以增加水中氢离子的浓度，所以是酸；NaOH可以增

13、加水中的氢氧根离子的浓度，所以是碱。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页35酸碱质子理论酸碱质子理论凡能给出质子给出质子的物质都是酸酸；凡能结合质子结合质子的物质都是碱碱。酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后可以再结合质子，因此酸给出质子后就变为碱：可以再结合质子，因此酸给出质子后就变为碱：酸酸 质子质子 + 碱碱 (质子给予体）质子给予体） (质子接受体）质子接受体）如在水溶液中 HCl(aq） H+(aq) +Cl-(aq) HAc(aq) H+(aq) +Ac(aq) NH4+(aq) H+(aq) +NH3(aq) HCO3

14、-(aq) H+(aq) + CO32-(aq) Al(H2O)63+ H+(aq)+ Al(H2O)5(OH-)2+ 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页36共轭酸碱概念共轭酸碱概念酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系。酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱；共轭碱；碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。共轭酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共共轭酸碱对。轭酸碱对。例如: HAc + H2O H3O+ +Ac- (电离) HAc/Ac-, H3O+/ H2OH3O+ +NH3 H2O+ NH4 (中和) NH4 /NH3, H3O+/ H2OH2O+ CN- OH

15、- + HCN (水解) HCN/CN-, H2O/OH-H2O+ CO3 HCO3 + OH(水解) HCO 3/CO3, H2O/OH-2-+2-首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页37酸碱质子理论酸碱质子理论首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页38酸碱质子理论扩大了酸碱的范围，可以解释NH3、Na2CO3以及NH4Cl等的酸碱性。两性物质: H2O, HCO3 (所有酸式根)无盐的概念: NH4Cl (酸碱复合物)酸碱质子理论是概念的一场革新：酸碱质子理论是概念的一场革新：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页39酸碱电子理论酸碱电子理论凡能凡能接受电子对接受电子对

16、的物质是的物质是酸酸，凡能，凡能给出电子对给出电子对的的物质是物质是碱碱,也称为路易斯酸碱理论。也称为路易斯酸碱理论。 H + ?OH = H2O 酸 + 碱 = 酸碱加合物 (1) H3BO3 H+ + H2BO3? (错误) H3BO3 + H2O B(OH)4 + H+ （硼酸是路易斯酸）(2) Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+ 深蓝色 酸 碱 加合物酸碱电子理论摆脱了酸必须含有酸碱电子理论摆脱了酸必须含有H的限制，包括的范的限制，包括的范围更广。围更广。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页40酸碱电子理论酸碱电子理论v路易斯酸碱反应可用轨道表示为： 电子对空轨道路易

17、斯碱路易斯酸首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页41酸碱电子理论酸碱电子理论v优点：以电子对的接受和给予来说明酸碱的属性和酸碱反应，摆脱了体系必须有H+和OH-原子。v缺点：过于笼统，酸碱性的强弱不易掌握，相对强度没有统一的标度。另外，将Ag+、Cu2+等视为酸，不容易接收。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页422.2. 酸碱离子平衡及酸碱离子平衡及pH计算计算v对于一元强酸HBHB，若原始浓度为c c，则：v对于一元强碱B，若原始浓度为c，则： cpHlgcpOHpKpHwlg14 强酸或强碱的浓度不是太稀（Ca10-6mol.dm-3或Cb 10-6mol.dm-3）时，

18、水的离解不予考虑，可忽略。此时：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页43酸碱离子平衡及酸碱离子平衡及pH计算计算除少数强酸、强碱外，大多数酸和碱溶液都存在解离平衡，其平衡常数称为解离常数解离常数Ka或Kb，其值可由热力学数据求算，也可由实验测定。同类型弱酸同类型弱酸(碱碱)的相对强弱可由解离常数值的大小得出，的相对强弱可由解离常数值的大小得出，如如HF(3.5310-4)和和HAc(1.7610-5)均为一元弱酸，但均为一元弱酸，但HF的酸性比的酸性比HAc强。强。 HF,H2SO3,HNO2,H3PO4 一般称为中强酸。一般称为中强酸。v 一元弱酸和一元弱碱一元弱酸和一元弱碱HAc(

19、aq) = H+(aq) + Ac(aq)ccccccK/ )HAc(/ )Ac(/ )H()HAc(a首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页44一元弱酸和一元弱酸和一元弱碱的电离一元弱碱的电离设一元弱酸设一元弱酸HA的浓度为的浓度为c, 解离度为解离度为 HA = H+ + A-起始浓度起始浓度c 0 0平衡浓度平衡浓度 c(1-) ca ca222)/()1 (/ )1 ()/(acccacccccKaccKaa/ccKcaca)H(因此同理，对于一元弱碱： ccKcb)OH(溶液的酸度溶液的酸度(H+离子浓度离子浓度)常用常用pH表示，表示， pH = lgc(H+/c ), 溶液

20、的碱度溶液的碱度(OH离子浓度离子浓度)可用可用pOH表示表示。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页45酸性和碱性常数酸性和碱性常数vKa越大，酸性愈强； Kb愈大，碱性愈强这三种碱的强弱顺序为: 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页46酸性和碱性常数酸性和碱性常数v由此可见：对于任何一种酸，若其本身的酸性越强，其Ka越大；则其共轭碱的碱性就越弱，Kb就越小。 对于HCl强酸， HCl=H+Cl- ，它的共轭碱Cl-是一种极弱的碱，Kb小到测不出。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页47酸性和碱性常数酸性和碱性常数首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页48v判断对

21、错：判断对错： 向HAc溶液中加水，将使平衡向正方向移动，导致溶液中的+升高。 相同体积，同一浓度的一元强酸和弱酸溶液，完全中和需要等量的碱。这一事实说明两种溶液中的+是相同的。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页49例题例题附例附例3.1 已知HAc的Ka =1.7610-5，计算3.0%米醋(含HAc浓度为0.50 moldm-3)的pH。 解解：设米醋溶液中H+的平衡浓度为x moldm-3, 则HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq) 平衡浓度/moldm-3 0.50 xxxKa = 1.7610-5Ka / c10-4 0.50 x 0.5 52a1076.

22、15 . 0)(xK351097. 25 . 01076. 1x-33-3dmmol1097. 2dmmol)H(xcpH = lg c( H+)/c = lg(2.9710-3) = 3 0.47 = 2.53首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页50例题例题例例3.2 计算0.100 moldm-3 NH4Cl溶液中H+浓度及其pH。 解解： NH4Cl(aq) = NH4+(aq) + Cl(aq) NH4+(aq) + H2O(l) = NH3(aq) + H3O+ (aq) Ka =5.6510-10)dm(mol1052. 71 . 01065. 5)H(3-610accKc

23、pH = lg c( H+)/c = lg(7.5210-6) = 5.12 例：在氨水溶液中分别加入少量NH4Cl、NaOH、H2O时，NH3H2O的和溶液的pH值如何变化? 引起这种变化的主要原因是什么?首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页513 多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱多元弱酸多元弱酸(碱碱)的解离是分级进行的，每一级解离都的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数有一个解离常数,以磷酸为例：以磷酸为例：343421 ,1052. 7)POH()POH()H(ccccKa(aq)POH(aq)H(aq)POH4243一级解离：一级解离： 8412412, a102

24、5. 6)POH()POH()H(ccccK(aq)HPO(aq)H(aq)POH2442二级解离：二级解离： 1324343 ,102 . 2)HPO()PO()H(ccccKa(aq)PO(aq)H(aq)HPO3424三级解离：三级解离： 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页52说明说明式中，式中，Ka,3 K a,2 K a,1，每级解离常数差，每级解离常数差36个数量级。因此，个数量级。因此， H+浓度的计算以一级解离为主。浓度的计算以一级解离为主。 计算计算H+浓度时，当浓度时，当Ka,2 / K a,1103时，可忽略二、三级时，可忽略二、三级解离平衡。解离平衡。 比较多

25、元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离常数值即可。常数值即可。 思考思考：根据反应式 H2S(aq) = 2H+(aq) + S2 ，H+浓度是S2 离子浓度的两倍，此结论是否正确？是错误的，是错误的， H2S(aq)以一级电离为主，因此，因此H2S溶液中溶液中c(H+) c(HS)。 -首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页53例题例题思考思考：当Ka,1Ka,2时，二价酸根的浓度是否都等于Ka,2。附例附例3.3 已知已知 H2CO3的的 Ka,1= 4.3010-7，K a,2 = 5.6110-11, 计算计算0.0200 mold

26、m-3 H2CO3溶液中溶液中H+和和 的浓度及的浓度及pH。 -23CO解解：Ka,2Ka,1，求c(H+)只需考虑一级电离)dmmol(1027. 90200. 01030. 4)H(3571 ,ccKca pH = lg 9. 2710 5 = 4 .03H2CO3 H+ + HCO3HCO3 H+ + CO32 第一步解离生成的H+抑制了第二步解离，因此 c(H+) c (HCO3) 9.2710-5 moldm-3 ccccccK/ )CO()HCO()CO()H(23323a,2c (CO32) = Ka,2c = 5.6110-11 moldm-3首首 页页末末 页页下一页下一页

27、上一页上一页54例题例题求求 300mL 0.50molL-1 H3PO4和和500mL 0.50molL-1 NaOH的混合溶液的的混合溶液的pH值。值。解：先反应再计算molNaOH25. 0 POmolH15. 043反应继续反应4242PO0.05molNaHHPO0.10molNa 余下生成H0.10molNaO 余下42PO0.15molNaH 生成缓冲溶液得到 HPO POH 2442首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页55(aq)OH(aq)HPO O(l)H(aq) POH3242428a2102 . 6 K Lmol800. 00500. 0)POH(1 -42c1

28、 -24Lmol800. 0100. 0)HPO(c)HPO()PO(Hlg ppH2442a2ccK100. 00500. 0lg102 . 6lg87.51 30. 021. 7首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页56共轭酸碱解离常数之间关系共轭酸碱解离常数之间关系根据已知弱酸根据已知弱酸(碱碱)的解离常数的解离常数Ka(Kb)，可计算得其，可计算得其共轭离子碱共轭离子碱(酸酸)的的Kb(Ka)。以。以Ac为例为例Ac(aq) + H2O(l) = HAc(aq) + OH(aq) 常温时，Kw = 1.0 10 14即 K a K b = Kw , Kw称为水的离子积常数离子积常

29、数ccccK)Ac()OH()HAc(bAc的共轭酸是HAc：HAc(aq) = H+(aq) + Ac(aq) ccccK)HAc()Ac()H(aw2ba)/()H()OH()HAc()Ac()H()Ac()OH()HAc(KcccccccccccKK首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页57思考思考1：对于共轭酸碱的概念，若其共轭酸越强，则其共轭碱越弱。此结论正确吗？Ka、Kb互成反比，体现了共轭酸碱之间的强互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对立统一的辨证关系。度对立统一的辨证关系。思考思考2：设有一个二元酸，其一 级和二级解离常数分别为Ka,1和Ka,2，共轭碱的一 级和二级解离

30、常数分别为Kb,1和Kb,2，它们之间有何关系？已知已知Ka或或Kb，可求共轭酸碱对中另一个碱或酸的，可求共轭酸碱对中另一个碱或酸的Kb或或Ka的值。在本题中，的值。在本题中， Ka,1 Kb,2 = Kw，Ka,2 Kb,1 =Kw。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页58酸碱反应进行的程度酸碱反应进行的程度v设一酸设一酸HAHA和一碱和一碱B B 起反应，生成碱起反应，生成碱A A和酸和酸HBHB HA+B A+HBv同时，碱同时，碱A和酸和酸HB也可以反应生成碱也可以反应生成碱B 和酸和酸HA。 平衡时：平衡时：v若若K1， 则平衡朝着生成则平衡朝着生成A + HB的方向移动，这

31、的方向移动，这时时Ka(HA)Ka(HB)。v说明一个酸只能与其共轭酸比该酸还弱的碱反应。说明一个酸只能与其共轭酸比该酸还弱的碱反应。33H O A A HB(HA)HAH O B HAB (HB)HBaaKKK首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页59共轭酸碱解离常数之间关系共轭酸碱解离常数之间关系酸越强，其共轭碱越弱；酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。碱越强，其共轭酸越弱。OHNHCOHHAcPOHSOHHClO 243243424酸性：OHNHHCOAcPOH HSO ClO 334244碱性：酸的相对强弱和碱的相对强弱：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页60水

32、解水解v盐电离出来的离子，与水电离出的H+或OH-结合成弱电解质的过程叫做盐类的水解水解。 v水解过程中，溶液的PH值经常发生变化。例如：由于弱电解质HAc的生成和存在，溶液中H+OH-，溶液显碱性。 HAc首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页61水解水解v又如：由于弱电解质NH3H2O的生成和存在，溶液中 OH- Ks，设c(OH) = xc(Cr3+) c(OH)3 = 0.010 x3 6.310-31 ，得 x 4.010-10 moldm-32) 7.710-5x3 6.310-31, 解得 x 2.010-9 moldm-3pOH = lg c(OH) Ks，例如在AgCl

33、饱和液中加入NaCl时，由于Cl离子的大量存在，使AgCl的溶解度下降。AgCl(s) = Ag+ + ClNaCl = Na+ + Clc(Cl)上升，使得Qc Ks(AgCl)，此时c(Ag+)下降即AgCl的溶解度下降。思考思考:AgCl(s)在0.01mol.dm-3下列溶液中的溶解度比在水中大的是 ( )(1)KCN (2)AgNO3 (3)NH3 (4)NaCl3首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页115附例附例3.8：计算BaSO4在0.100 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度，并与其在水中的溶解度比较。Ks (BaSO4) =1.0810-10解：解：设s m

34、oldm-3为BaSO4在0.1 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度BaSO4(s) = Ba2+ + SO42-平衡浓度/moldm-3 s s + 0.1Ks = s (s + 0.1) 0.1s = 1.0810-10解得：s =1.0810-9BaSO4在纯水中的溶解度为somoldm-3so = =1.0410-5溶解度降低了约104 (一万) 倍。sK首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页116同离子效应的应用同离子效应的应用 工业上生产工业上生产Al2O3 的过程的过程Al3+ + OH Al(OH)3 Al2O3 加入适当过量的沉淀剂Ca(OH)2，可以使溶液中A

35、l3+沉淀完全。思考思考： 过量沉淀剂改为NaOH行吗？ 铅用作阳极材料铅用作阳极材料又如，在硫酸或硫酸盐介质中进行电镀或其他电化学处理时，常可以用廉价的铅电极取代昂贵的铂电极用作阳极材料。就是由于存在大量的硫酸根离子，因同离子效应使得铅电极表面的硫酸铅极难溶解。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页117盐效应盐效应AgCl在KNO3溶液中的溶解度 (25 ) )L(mol /10 溶解度AgCl )L /(mol )KNO(1513c 0.00 0.00100 0.00500 0.0100 1.278 1.325 1.385 1.427 盐效应：在难溶电解质溶液中，加入易溶强电解质而

36、使难溶电解质的溶解度增大的作用。 产生原因：由于离子浓度增大，离子间作用力增强，离子间接触机会反而减少，使沉淀难以产生。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页118同离子效应与盐效应同离子效应与盐效应 当 时， 增大，S(PbSO4)显著减小，同离子效应占导；124oL0.04mol)(SOc)(SO24c 当 时， 增大，S(PbSO4)缓慢增大，盐效应占主导。124oL0.04mol)(SOc)(SO24c 一般盐效应比同离子效应的影响小很多，如果浓度不大，可以不考虑盐效应 。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页119酸效应酸效应溶液的酸度对沉淀溶解度的影响称为酸效应酸效应

37、。对Na2SO4、AgCl等强酸盐沉淀，酸效应影响最小；对CaCO3，CaC2O4等弱酸盐沉淀，盐的溶解度会显著增加。例如，在CaC2O4饱和溶液中加入酸，由于CaC2O4存在下列多相平衡：242242)(OCCasOCaC若使溶液中 浓度增加， 可与溶液中 结合，HH242OC42242OHCHOC42242OCHHOHC242OC不断减少，促使 不断溶解。42OCaC首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页120配合效应配合效应v在沉淀平衡体系中若加入适当的配合剂，被沉淀的离子与配合剂发生配合反应，也会使沉淀平衡朝着溶解方向移动。使难溶电解质溶解度增大。这种因加入配合剂使沉淀溶解度改变

38、的作用称为配合效应配合效应。)()()(aqClaqAgsAgCl当加入配合剂氨水时，发生了如下配合反应：233)(22NHAgNHAg使溶液中Ag离子浓度降低，促使AgCl逐渐被溶解。 现以AgCl沉淀平衡为例：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1214、沉淀的生成、沉淀的生成（1 1）沉淀产生的条件）沉淀产生的条件n在难溶电解质溶液中，若QKsp，将会有沉淀生成，这是产生沉淀的必要条件。n完全沉淀：没有绝对不溶的物质，当析出沉淀后，总有一部分残留在溶液中，当溶液中这种物质的离子浓度小于10-5mol/l时，认为已经沉淀完全。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页122（2

39、）完全沉淀方法）完全沉淀方法n选择适当沉淀剂，使沉淀物的溶解度尽可能小。如：沉淀Ag+，可用NaCl作沉淀剂，因为它的溶度积小。542101020.1)(1077.1)(SOAgKAgClKspspn加入适当过量沉淀剂，利用同离子效应，使沉淀完全，一般过量10%-20%。n控制溶液PH值。对于生成难溶氢氧化物或硫化物的反应，必须控制溶液的PH值。)()()(2)()()()(2222gSHaqZnaqHsZnSSZnSaqSaqZn首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页123例例 题题例:n在5ml浓度为0.002mol/lNa2SO4溶液中，加入5ml浓度为0.02mol/lBaCl2

40、溶液，计算硫酸根离子是否沉淀完全。 解：混合后由于稀释，124.001. 0)(lmolSOC12.01. 0)(lmolBaC)(100 . 1001. 001. 0)()(45224BaSOKBacSOcQsp所以有沉淀生成。 1:10001. 0:01. 0)(: )(242SOcBacn由于所以钡离子过量， 设硫酸根离子在溶液中残留浓度为Xmol/l,)()()(4242sBaSOaqSOaqBa0.009+x x )()009. 0(4BaSOKXXspn所以 58009. 01008. 1009. 010102 . 110mollXXKSPn可以认为硫酸根离子完全沉淀 。 首首 页

41、页末末 页页下一页下一页上一页上一页124例例 题题122110 mL0.10 mol L(Mg)3.3 10 mol L10 mL20 mLc121320 mL0.10 mol L(NH )6.7 10 mol L10 mL20 mLc解：混合后，g2+、NH3、OH 的浓度分别为：25时，在10 mL 0.10 molL1 MgSO4 溶液中加入 20 mL 0.10 molL1 NH3 溶液，问有无 Mg(OH)2沉淀生成？已知 = Mg(OH)2=5.1 1012, =(NH3)= 1.8105。3b3253(OH )/(NH )(NH )/6.7 101.8 101.1 10cccK

42、c首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页125例例 题题Mg(OH)2沉淀-溶解反应的反应商为：823222100 . 4)101 . 1 (103 . 3)()(OHcMgcQ)(2OHMgKQsp因此两种溶液混合后有 Mg(OH)2 沉淀生成。由于首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页126分步沉淀分步沉淀如果溶液中含有两种或两种以上离子，都能与某种沉淀剂生成难溶强电解质沉淀，当加入该沉淀剂时就会先后生成几种沉淀，这种先后沉淀的现象称为分步沉淀。 实现分步沉淀的最简单方法是控制沉淀剂的浓度控制沉淀剂的浓度。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页127分步沉淀分步沉淀首首

43、 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页128分步沉淀分步沉淀首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1295、沉淀的溶解、沉淀的溶解)()()(aqmBaqnAsBAnmmnmnnmBcAcQ)()(n（1）利用酸碱反应n（2）利用配合反应n（3）利用氧化还原反应根据溶度积规则，在含有沉淀的难溶强电解质的饱和溶液中，如果能降低难溶强电解质的阳离子浓度或阴离子的浓度，使 ，则沉淀就会溶解。spKQ首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页130（1）利用酸碱反应）利用酸碱反应n通过酸碱反应，使反应产物生成水、弱酸、弱碱或气体。OHgCOaqCaaqHSCaCO2223)()()(2)()

44、()()(2323aqCOaqCasCaCO)()(2)(2223gCOOHaqHaqCO)()()(2)(22gSHaqFeaqHsFeS首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页131（2）利用配合反应）利用配合反应n通过配合反应，加入配合剂，形成配离子，降低离子浓度。)()()()(2)(3232232aqBraqOSAgaqOSsAgBr首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页132（3）利用氧化还原反应）利用氧化还原反应n利用氧化还原反应，加入氧化剂，与溶液中某一离子发生氧化还原反应，以降低其离子浓度。OHgNOsSaqNOCuaqHNOsCuS22334)(2)(3)()(3

45、)(8)(3首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1336. 沉淀的转化沉淀的转化一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程称为沉淀的转化沉淀的转化，如： PbCl2 + 2I = PbI2+ 2Cl 白 黄Ks(PbCl2) = 1.610-5 Ks(PbI2) = 1.3910-8沉淀转化应用：沉淀转化应用：锅炉中的锅垢的主要成分为CaSO4(Ks =7.1010-5 ),由于 CaSO4不溶于酸，难以除去。若用Na2CO3溶液处理，可转化为更难溶但质地疏松、易溶于酸的物质CaCO3 (K s =4.9610-9 ) ，从而可以容易地用醋酸等弱酸清除。在实际应用中用盐酸来代替醋酸。首首

46、页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1346. 沉淀的转化沉淀的转化首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页135沉淀的转化的应用沉淀的转化的应用废水处理废水处理含Hg2+废水可以用硫化物进行处理，但若用易溶硫化物如Na2S等进行处理时，处理后的水中存在大量的硫离子，造成新的污染。利用沉淀转化的方法，如用FeS处理含Hg2+废水，则可以解决这个问题。FeS(s) + Hg2+(aq) = HgS(s) + Fe2+(aq), K =7.9 1033因过量的FeS不溶于水，可以过滤除去。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1363.4 胶体与界面化学胶体与界面化学一种或几种物质分散

47、在另一种物质中所形成的系统称为分散系统分散系统，简称分散系分散系。分散系中被分散的物质称为分散相分散相。分散相所处的介质称为分散介质分散介质。思考思考：用淀粉和水制成的淀粉糊是一种分散系统。请指出该分散系统中的分散相和分散介质。在淀粉糊中，分散相是淀粉颗粒，分散介质是水。在淀粉糊中，分散相是淀粉颗粒，分散介质是水。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1373.4.1 分散系分类分散系分类v 按分散相粒子的大小分类：按分散相粒子的大小分类： 分子分散体系：分散相粒子的直径小于10-9m，属于真溶液。例如氯化钠、葡萄糖等水溶液。 胶体分散体系：分散相粒子的直径在10-9m 10-7m之间，

48、属于胶体。例如蛋白质、核酸等水溶液。 粗分散体系：分散相粒子的直径大于10-7m，易聚沉。例如牛奶，豆浆，泥浆等。v 按胶体与水的亲合力分类：按胶体与水的亲合力分类：憎液溶胶分散相粒子与水的亲合力较弱，如AgI胶体等。亲液溶胶分散相粒子与水的亲合力较强，如蛋白质、淀粉等。 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1381. 胶体的结构胶体的结构以碘化银胶体为例：AgNO3 + KI(过量) KNO3 + AgI 过量的 KI 用作稳定剂 胶团的结构表达式 ：(AgI)mI-K+(AgI)m 胶核(AgI)mnI (n-x) K+x- 胶粒(AgI)mnI (n-x) K+x-xK+ 胶团同

49、一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。胶体的核心部分是不溶于水的粒子，称为胶核胶核。胶核是电中性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为胶粒胶粒。由于吸附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子(自然也有其它离子)。胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元胶团胶团。附图3.4 胶体结构示意图 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1392. 胶体的稳定性胶体的稳定性胶体是热力学不稳定系统胶体是热力学不稳定系统。但胶体能够长时间不发生沉降而稳定存在，原因主要有： 胶体粒子的布朗运动。思考思考：胶体的稳定性如何？胶体粒子带有电荷的原因胶体粒子带有

50、电荷的原因：胶体是一高度分散的系统，胶体粒子的总表面积非常大，因而具有高度的吸附能力，并能选择性地吸附某种离子。 胶体粒子带有电荷，胶粒之间有很强的相互排斥。思考思考：在上例碘化银胶体的制备中，为何吸附I而不是K+？答：在碘化银胶核的表面，碘化银优先吸附和组成有关的答：在碘化银胶核的表面，碘化银优先吸附和组成有关的I。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1403.4.23.4.2 胶体的聚沉与保护胶体的聚沉与保护v 胶体的聚沉胶体的聚沉使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程称为胶体的聚沉胶体的聚沉。促使胶体聚沉的因素有： 加入电解质加入电解质：电解质中带有与胶粒异号电荷的离子导致了溶胶的聚

51、沉。使溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度称为聚沉值聚沉值，单位mmoldm-3。电解质与胶粒异号电荷的离子的价数越高，聚沉效率越大，聚沉值越小。 将两种带异号电荷的溶胶混合将两种带异号电荷的溶胶混合 加热加热v 胶体的保护胶体的保护加入某些高分子化合物，如动物胶、蛋白质、淀粉等加入某些高分子化合物，如动物胶、蛋白质、淀粉等首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1413.4.3 表面活性剂表面活性剂凡能显著降低两相之间表面张力的物质称表面活性剂。表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点：表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油基团（疏水基团）。水相油相 双亲分子结构表

52、面活性剂在两相界面作定向排列。使得两相之间的表面张力大大降低。图3.5 表面活性剂在两相界面的排列首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1421. 表面活性剂分类表面活性剂分类表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲水基团是离子结构的称为离子型离子型，亲水基团是共价结构的称为非离子型非离子型。离子型表面活性剂又可分为阳离子型阳离子型(亲水基团是阳离子)、阴离子型阴离子型(亲水基团是阴离子)和两性型两性型(亲水基团既有阳离子又有阴离子)表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1432. 表面

53、活性剂举例表面活性剂举例阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐RCOONa羧酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO- 甜菜碱型 | CH3阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂ArCH2N(CH3)3Br 季胺盐类非离子型非离子型 R-O-(CH2 -CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚类 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1443. 表面活性剂的应用表面活性剂的应用 洗涤作用洗涤作用 洗涤剂是一种使用面很广的表面活性剂。肥皂是最普通的一种。肥皂是包含17个碳原子

54、的硬脂酸钠盐。当洗涤剂用来洗涤衣服或织物上的油污时，由于亲油基与油脂类分子之间有较强的相互作用力而进入油污中。另一端的亲水基与水分子之间存在较强的作用力而溶于水，这样通过洗涤剂分子使水分子包围了油污，降低了油污与织物之间的表面(界面)张力，再经搓洗，振动便可除去织物上的油污。织物污渍洗涤剂污渍亲水基疏水基附图3.6 洗涤剂的去污作用首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页145 乳化作用乳化作用两种互不相溶的液体，若将其中一种均匀地分散成极细的液滴于另一液体中，便形成乳状液。加入表面活性物质使形成稳定的乳状液的作用叫做乳化作用。若水为分散介质而油为分散相，即油分散在水中，称为水包油型乳状液

55、，以符号O/W表示。例如，牛奶就是奶油分散在水中形成的O/W型乳状液。（a）O/W 型乳状液图3.6 表面活性物质稳定乳状液示意图首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页146若水分散在油中，则称为油包水型乳状液，以符号W/O表示。例如，新开采出来的含水原油就是细小水珠分散在石油中形成的W/O型乳状液。（b）W/O型乳状液图3.6 表面活性物质稳定乳状液示意图首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页147乳化作用的应用乳化作用的应用v切削油切削油 机械工业在高速切削时用乳化油作为冷却剂，具有导热性能好，润滑效果高且不沾工具等特点。v 乳化燃油乳化燃油内燃机应用含10%水的乳化燃油，燃烧

56、效果不降低但能节省燃料。v 农用杀虫剂农用杀虫剂农业上用的杀虫剂一般都配制成O/W型乳状液,便于喷雾，可使少量农药均匀地分散在大面积的农作物上。同时由于表面活性剂对虫体的润湿和渗透作用也提高了杀虫效果。v 其他其他人体对油脂的消化作用就是因为胆汁(胆酸盐)可以使油形成O/W型乳状液面而加速消化。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页148乳化作用的破坏乳化作用的破坏在工业生产中也会遇到一些有害的乳状液。例如含水原油不仅可以促使石油设备腐蚀，而且不利于石油的蒸馏。因此必须设法破坏这种乳状液。思考思考：什么时候人们需要消除乳化现象？为要破坏有害的乳状液，可加入破乳剂为要破坏有害的乳状液，可加

57、入破乳剂。破乳剂也是一种表面活性物质，其特点是有高的表面活性，但弱的成膜能力。能强烈地吸附于油水界面上，以取代原来在乳状液中形成保护膜的乳化剂，而生成一种新膜。这种新膜的强度低，较易被破坏。异戊醇、辛醇、乙醚等是优良的破乳剂。此外，还可用升高温度、加入电解质以及高速离心等方法来破乳。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页149 起泡作用起泡作用泡沫是不溶性气体分散于液体或熔融固体中所形成的分散系统。如肥皂泡沫(气体分散在液体中)、泡沫塑料、泡沫玻璃(气体分散在固体中)等。机械搅拌液态水，这时进入水中的空气被水膜包围形成了气泡，但这些气泡不稳定。若对溶解了表面活性剂的水溶液进行搅拌使其产生

58、气泡，就可以形成坚固的液膜，使泡沫能保持较长时间稳定地存在。这种能稳定泡沫作用的表面活性剂叫做起泡剂。常见的起泡剂有肥皂、十二烷基苯磺酸钠等。空气图3.7 气泡的形成示意图首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页150起泡作用的应用起泡作用的应用v 灭火剂灭火剂起泡剂常用于制造灭火器，由于大量的泡沫覆盖燃烧物的表面，使其与空气中的氧气隔绝，这样便可达到灭火的效果。v 泡沫选矿泡沫选矿起泡剂也用于泡沫浮选法以提高矿石的品位。将矿石粉碎成粉末，加水、起泡剂，搅拌并吹入空气使产生气泡，用捕集剂使矿物变成憎水性。矿物由于疏水性而粘附气泡浮起，这样便可分离收集有效成分。v 其它其它啤酒、汽水、洗发和

59、护发用品等都需用起泡剂，使产生大量的泡沫。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页151消泡作用消泡作用在另外一些情况下，则必须消除泡沫，例如，洗涤、蒸馏、萃取等过程中，大量的泡沫会带来不利。必须适当抑制发泡，往往加入一些短碳链(如C5C8)的醇或醚，它们能将泡沫中的起泡剂分子替代出来；又由于碳链短，不能在气泡外围形成牢固的保护膜，从而降低气泡的强度而消除泡沫。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1523.4.4 膜化学膜化学膜是二维结构的伸展体，是两亲分子组成的有序排列的集合体。它的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质 (分子、离子、电子和光子等)。 膜是一种重要的基

60、础功能材料，它具有分离功能、生物功能和能量转换功能等。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页153分离膜分离膜具有分离功能的膜称为分离膜，是一种能有效分离提取所需物质的功能膜。根据分离膜中微孔的大小及其疏密性的不同，通常可以将膜分为致密膜、多孔膜和纤维质膜。 致密膜中聚合物的填充方式是分子状，孔径为01.5nm，适用于反渗透，渗析，电渗析等操作使用。 多孔膜孔径5nm1m，孔的大小与胶体粒子的大小一般，适用于超过滤，膜过滤等操作使用； 纤维质膜孔径2m以上，用于对更大分散质的过滤操作。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页154分离膜的应用分离膜的应用膜应用气体透过膜富氧制取，富集