教案第二章溶液

1、溶液：由两种或多种组分所组成的物理、化学性质均匀.稳定的分散体系。(本章重点讨论液体溶液)分散体系溶液胶体粗分散体系r 10-910-9r10-7前 言9/7/20221溶液形成过程种总伴随着能量变化、体积变化或颜色变化等如： H2SO4溶于水 放热NH4NO3溶于水 吸热50mlC2H5OH50mlH2O 100ml50mlHAc50mlH2O 100ml白色的无水CuSO4溶于水 蓝色溶液溶质溶剂 通常状态发生变化(B)溶解前后状态相同(A) 通常含量大的前 言特殊的物理化学过程9/7/20222第一节:溶液浓度表示法 一、质量摩尔浓度:SI单位：mol.kg-1nBbB mA=特别要注意

2、的是:指每kg溶剂中含溶质的物质的量二、物质的量浓度：nBCB VSI单位：mol.L-1=9/7/20223三、摩 尔 分 数SI 单 位：1第一节:溶液浓度表示法 9/7/20224例1-110%氯化钠的密度p=1.07gcm 3 (283k)，该溶液的 物质的量 浓度是多少？解： CNaCl=溶质的 物质的量/溶液的体积 =10g/58.5gmol /100g/1.07gcm31000cm3dm 3 =1.83moldm 3例1-2欲配制1.0moldm 3 的硫酸溶液0.50dm3，需取p=1.84gcm 3 ，98%的浓硫酸多少立方厘米？解：设需取用浓硫酸xcm3.因为稀释前后溶液中

3、的溶质含量不变固有 0.50dm31.0moldm 3 98gmol 1 =x1.84gcm 3 98%解得 x=27.2cm39/7/20225 把30.3g乙醇(C2H5OH)溶于50.0gCCl4所配成溶液的密度为1.28g/cm3。计算：(1)乙醇的质量百分数；(2)乙醇的物质的量分数；(3)乙醇的质量摩尔浓度；(4)乙醇的物质的量浓度（molL1）。 解：(1)w(C2H5OH)=30.3/(30.3 + 50.0) = 0.377 = 37.7%(2) n(C2H5OH) = 30.3/46 = 0.6587 ； n(CCl4) = 50.0/154 = 0.3247 x C2H5

4、OH = 0.6587/(0.6587+ 0.3247) = 0.670 (3) bC2H5OH = 0.6587/0.05 =13.2 (molkg1)(4) n(C2H5OH) = 0.6587, V溶液 = W/ = (30.3 +50.0)/1.28 = 62.73 (mL)c(C2H5OH) =n(C2H5OH) / V溶液 =0.6587/62.73 =0.01050molmL1 =10.50molL19/7/20226第二节:其他溶液浓度表示法 质量分数和体积分数质量分数 溶质与溶液质量之比用符号表示 = m溶质/m溶液 （ g/g )体积分数 溶质(液态)与溶液体积之比 B =

5、 VB / V总 （ml / ml )比例浓度溶质的质量(固体)或体积(液体)与溶液的质量(固体)或体积(液体)的比例表示方法 1 : x(g/g) （ml/ml）（ g /ml） 在药典中常见国家标准9/7/20227第三节：难挥发非电解质稀溶液的依数性 (Colligative properties) 非电解质不发生离解 稀溶液依数性只与溶质数量有关而与其种类无关的性质 一、蒸气压降低（p）蒸气压，也叫饱和蒸气压在密闭容器中，恒温条件下，某物质的液体和其气体处于平衡（饱和）时，该气体的压力（饱和）蒸气压。 H2O(l)H2O(g)9/7/20228水蒸气分子蒸气压本质 水的蒸气压是由于水中

6、一部分能量较高的水气分子逸出水面，并作热运动撞击容器壁所产生的“压力” 9/7/20229气相液相蒸气分子水蒸发动态平衡过程图动 态 平 衡当温度恒定时，水中的水蒸气分子的蒸发与凝聚的的速度达到动态平衡，此时的蒸汽压也是恒定的。9/7/202210 温度升高，水的蒸气压也升高。蒸气压Pa温度k273610.5373101000不同温度下水的蒸气压曲线9/7/202211实 验：经过一段时间糖水液面上升纯水纯水糖水液面下降钟罩9/7/202212实 验：经过一段时间糖水液面上升纯水纯水糖水液面下降钟罩9/7/202213实 验：经过一段时间糖水液面上升纯水纯水糖水液面下降钟罩9/7/202214

7、实 验：经过一段时间糖水液面上升纯水纯水糖水液面下降钟罩证明：9/7/202215实验证明： 在相同的温度下，当把不挥发的非电解质溶入 溶剂形成溶液后，稀溶液的蒸气压比溶剂的低， 这一现象称为溶液的蒸气压下降。纯溶剂溶 液9/7/202216拉乌尔定律（Raoult）1887年法国的物理学家拉乌尔（ Raoult F.M）根据实验总结出一条规律：“在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积。” P溶液 p x剂p 纯溶剂的蒸汽压X剂溶剂的物质的量分数9/7/202217拉乌尔定律（Raoult）x质x剂1 代入上式得到：在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下

8、降值，近似地与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。9/7/202218二、沸点升高沸点：液体的蒸气压等于外界压力时的温度， 称为该液体的沸点。 由于溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，所以要使蒸气压p外101.325kPa，必须溶液所需的温度（即沸点）高于纯溶剂的沸点 .近似公式： bBKTbb=D9/7/202219蒸气压(KPa) 温 度Tf273纯水的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线冰的蒸气压曲线0.61溶液沸点升高和凝固点下降曲线101.3kPa373TbTb9/7/202220溶液凝固点降低在101.3kPa下将273K的冰加入至273K水溶液中时水溶液 冰 600Pa 610.5 P

9、a 由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化第二节：稀溶液的依数性 例 273K101.3kPa 水 冰 610.5 Pa 610.5 Pa 溶剂凝固点 液相与固相具有相同蒸汽压而能平衡共存时温度二、凝固点降低 9/7/202221蒸气压(KPa) 温 度Tf273纯水的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线冰的蒸气压曲线0.61溶液沸点升高和凝固点下降曲线101.3kPa373TbTb9/7/202222二、凝固点降低 凝固点：液体和它的固相平衡共存时的温度称为该液体的凝固点。bBKTff=D同样：Kf溶剂的凝固点降低常数，可查表2-2(P21)如水： 1.86C kg mol-1 苯： 5.10C k

10、g mol-19/7/202223应用如NaCl：低共熔温度为-21.2C低共熔混合物组成：100g水中溶30g NaCl可以作冷却剂又如乙二醇水溶液，由于Tf降低，可作汽车冷却水（冬天不结冰）。9/7/202224例1 溶解0.115克奎宁于1.36克樟脑中测得其凝固点为442.6k计算奎宁摩尔质量解设奎宁摩尔质量为M樟脑凝固点为452.8k kf=39.70Tf=45208442.6=10.2 (k)在1000克樟脑中溶解奎宁质量为0.115/1.361000=84.56 (g)该溶液质量摩尔浓度m=84.56/M根据 Tf=Kfm得 M=39.784.56/10.2329 (gmol 1

11、)9/7/202225 1.溶解3.24克硫于40克苯中，苯的沸点升高0.81K，已知苯的Kb =2.53，问硫在此溶液中的分子是由几个硫原子组成的？ 解：设“硫分子”的摩尔质量为M gmol-1硫在苯溶液中的摩尔质量是253 gmol-1，因硫的原子量是32.06,因此硫分子是由8个硫原子组成的。9/7/202226溶质溶质分子分子热运动图热运动轨迹三、渗透现象9/7/202227半透膜原理图大分子小分子多孔性薄膜半透膜只允许小分子物质通过而不允许大分子物质通过的多孔性薄膜9/7/2022289/7/202229 只允许一些物质通过，不允许另一些物质通过 水柱H产生的压力渗透压 H2O从蒸气

12、压大的向蒸气压小的方向渗透。纯水溶液半透膜H三、渗透现象9/7/202230 用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为溶剂）隔开，产生渗透现象。三、渗透与反向渗透 R：8.314 kPa L mol-1 K-1：kPac： mol-1 K-1T：绝对温度9/7/202231由于渗透现象，使高达百米的参天大树，能吸到根部的水，得以存活。淡水盐水P(a)正常渗透系统淡水盐水P(b)反渗透系统 渗透、反渗透：海水淡化，污水处理（浓缩）9/7/202232四、测定相对分子质量（分子量）称取一定量未知分子量 配成溶液，测量其P 或Tb或Tf或均可测出分子量。提示：由于P、Tb、Tf一般数值较小，测量分子量

13、大的物质 较为困难，此时可用方法。9/7/202233五、渗透压在生物医学中的应用生物体的细胞膜、毛细血管壁半透膜当遇到半透膜两边溶液浓度不等时，产生渗透现象。红细胞纯水溶血H2O萎缩浓盐水H2O生理等渗透: 5%葡萄糖 0.9%生理盐水等渗9/7/202234课堂习题1.测得人体血液的凝固点降低值Tf = 0.56K，求在体温37时血液的渗透压。 解： 根据 T f = Kf bB 得 bB = Kf =T f / Kf = bBRT =9/7/202235课堂习题2.与人体具有相同渗透压的葡萄糖溶液，其凝固点降低值为0.543。求此葡萄糖溶液的质量分数和血液的渗透压？ 解：由T f = K

14、f bB 得溶液的质量摩尔溶度该葡萄糖溶液的质量分数Wb为根据 = bBRT，且稀溶液中cb，且血液的温度为37oC，即T310K。则血液渗透压为9/7/202236 某水溶液的沸点是100.278，（1）求该溶液的凝固点；（2）已知25时纯水的蒸气压为3167.73Pa ，求该温度下溶液的蒸气压；（3）求0时此溶液的渗透压力。(已知Kb=0.518；Kf=1.86)Tb=(100.278+273)(100+273)=0.278K；bB=Tb/Kb=0.278/0.518= 0.537molkg1；Tf = KfbB =1.86 0.537= 0.998K； Tf =TfTf =2730.99

15、8=272.002K；由bB的定义可知该溶液中溶质的物质的量是0.537 mol；水的物质的量是 mol，p = pxA =3167.73 0.9904 = 31370（Pa）溶液很稀，c在数值上与bB相等， = cRT bBRT = 0.537 8.314 273 = 1219kpa。9/7/202237（theory of strong electrolyte solution） 人们最先认识非电解质稀溶液的规律，然后再逐步认识电解质溶液及浓溶液的规律.几种盐的水溶液的冰点下降情况盐 m/molkg-1 Ti/K（计算值） Ti/K（实验值） KCl 0.20 0.372 0.673 1.

16、81KNO3 0.20 0.372 0.664 1.78MgCl2 0.10 0.186 0.519 2.79Ca(NO3)2 0.10 0.186 0.461 2.48强电解质溶液理论9/7/202238电解质溶液的依数性i 称为等渗系数 i 1 1887年，Arrhenius 是这样在电离理论中解释这个现象的：电解质在水溶液中是电离的.电离“似乎”又是不完全的. 然而，我们知道，强电解质离子晶体，在水中应是完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？9/7/202239强电解质溶液理论 1923年，Debye和Hckle 提出了强电解质溶液理论，初步解释了前面提到的矛盾.（1）离子氛和离子强度 用I 离 子强度表示 离子与“离子氛”之间的强弱，Zi表示溶液中种i离子的电荷数，mi表示i种离子的质量摩尔浓度，则 强电解质在水溶液中是完全电离的，但离子并不是自由的，存在着“离子氛”。9/7