无机化学 第一章 溶液

无机化学绪论一、化学是一门中心的、实用的和创造性科学1、什么是化学？化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学。物质包括:自然界存在的一切物质---地球的矿物,空气中的气体,海洋中的水和盐;动植物体内找到的化学物质;人类创造的新物质。变化包括:因闪电而着火的树木;与生命相关的变化和由化学家发明和创造的新变化。2、化学家的工作研究自然界,并试图了解它创造自然界不存在的新物质完成化学变化的新途径二、无机化学概述1、化学学科的分类化学科学是最古老和涉及范围最广的学科之一，积累了大量人类的知识,具有广阔的发展前景。尽管各化学学科之间的界限不是很分明,而且各学科之间彼此交叉,由于研究方法目标和目的不同,有必要将化学进行分类。按传统分类,可将化学分为四大分支:

无机化学

有机化学物理化学分析化学无机化学的内容为化学的基本原理,化学元素的性质和相关的化学反应。迄今,化学元素已经发展为110多种。2、无机化学3、有机化学有一个重要元素,即为碳C，构成了化学的另外一个重要分支:有机化学。有机和无机的结合,衍生出有机元素化学或称为金属有机化学。主要研究有机化合物与金属之间以C-M形成的化合物。此外,部分碳化学,包括碳的氧化物,含氧离子或碳化物等,属于无机化学研究范畴。当然,这里不存在严格的界线,也无人试图去严格规定这种界线。4、物理化学详细研究化学的能量变化,反应机理,键能,分子的聚合,发生的表面和界面的反应等,可以归属为物理化学。同样,物理化学和其它化学学科也没有严格的区分界线,并且许多令人振奋的研究成果往往出现在和其它化学学科的交叉点上。无机化学在与学科交错部位,同样功不可没。这些交叉学科包括:地球化学,无机生物化学,材料科学和冶金学(Metallurgy)。5、分析化学分析化学:包括定性分析和定量测定,仪器分析等,是进行化学研究的基础。三、如何学习无机化学1、理论课中学的学习模式:每节课的讲授内容少,讲授的内容重复较多,大量作业,课堂练习和课外练习,自学内容少。大学的学习模式:每节课的讲授内容多,讲授内容重复性小,作业量少,无课堂练习,强调自学能力的提高。针对大学学习特点,提出如下要求:（1）、课堂认真听讲,跟上教师讲授思路,有弄不懂的问题暂且放下,待以后解决,不然,由于讲授速度快,容易积累更多的疑难问题。（2）、作好课堂笔记。留下一定的空白处,做标记,提出问题,写出结论。2、习题目的:

解决课程的疑难问题

形式:

讲解习题,作业中存在问题,自由解答疑难问题

本学期主要学习内容第一章溶液第二章化学热力学基础第三章化学平衡第三章化学反应速率第五章酸碱解离平衡第六章难溶强电解质的沉淀-溶解平衡第七章氧化还原反应和电极电势第八章原子结构和元素周期律第十章共价键与分子结构第十一章配位化合物第一章溶液第一节混合物和溶液的常用组成标度一、B的质量分数式中：mB为B的质量；m为混合物的质量；ωB为量纲一的量，其SI单位为1。二、B的体积分数式中：

为混合前组分B的体积；

为混合前所有组分的体积总和。

为量纲一的量，其SI单位为1。三、B的质量浓度式中：

mB为B的质量；

V为混合物的体积；

ρB的SI单位为kg·m-3，常用单位为g·L-1，mg·L-1。四、B的分子浓度B的分子浓度：式中：NB为B的分子数；V为混合物的体积。CB的SI单位为m-3，医学上常用的单位是L-1和mL-1。五、B的物质的量浓度式中：

nB为B的物质的量；

V为混合物的体积；

cB的SI单位为mol·m-3,常用单位为mol·L-1,mmol·L-1。六、B的摩尔分数式中：

nB为B的物质的量；

n为混合物的物质的量；

xB为量纲一的量，其SI单位为1。七、溶质B的质量摩尔浓度式中：

nB为溶质B的物质的量；

m为溶剂A的质量；

bB的其SI单位为mol·kg-1。第二节非电解质稀溶液的依数性质依数性:稀溶液的某些性质取决于溶液所含溶质粒子的数目而与溶质本身的性质无关蒸汽压的下降沸点的升高凝固点（冰点）下降渗透压一、溶液的饱和蒸气压下降

（一）问题的提出（二）饱和蒸气压（三）拉乌尔定律(Laoult,法国)（一）、问题的提出

在密闭容器中，水能自动转移到糖水中去,为什么?这种转移,只能通过蒸气来进行。因此，要研究蒸气的行为，才能弄清楚问题的实质。（二）、饱和蒸气压

在一定温度下,在密闭容器中,在纯溶剂的单位表面上,单位时间里,有N0

个分子蒸发到上方空间中。随着上方空间里溶剂分子个数的增加,密度的增加,分子凝聚,回到液相的机会增加。当密度达到一定数值时,凝聚的分子的个数也达到N0

个。这时起,上方空间的蒸气密度不再改变,保持恒定。

此时,蒸气的压强也不再改变,称为该温度下的饱和蒸汽压,用P*

表示。

达到平衡.当蒸气压小于P*

时,平衡右移,继续气化;若蒸气压大于P*时,平衡左移,气体液化。譬如,改变上方的空间体积,即可使平衡发生移动。液体气体蒸发凝聚1.纯溶剂的饱和蒸气压(P*)

于是,在溶液中,单位表面在单位时间内蒸发的溶剂分子的数目N要小于N0

。凝聚分子的个数当然与蒸气密度有关.当凝聚的分子数目达到N,实现平衡时,蒸气压已不会改变.这时,平衡状态下的饱和蒸气压为:P<P0

当溶液中溶有难挥发的溶质时,则有部分溶液表面被这种溶质分子所占据,如图示:

2.溶液的饱和蒸气压(P)

过程开始时,H2O和糖水均以蒸发为主;当蒸气压等于P时,糖水与上方蒸气达到平衡,而P0>P,即H2O并未平衡,继续蒸发,以致于蒸气压大于P.H2O分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到P0.于是,H2O分子从H2O中蒸出而凝聚入糖水.出现了本节开始提出的实验现象.

变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。

3.解释实验现象（三）、拉乌尔定律(Laoult,法国)

每升溶液中含溶质的摩尔数,为物质的量浓度，简称浓度，用c

表示。这种浓度使用方便,唯一不足,是和温度有关。若用每Kg溶剂中含溶质的摩尔数,则称为质量摩尔浓度,经常用b表示。摩尔分数:

1.溶液的浓度2.拉乌尔定律(Raoult)在一定温度下,溶液的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂摩尔分数之积。即:用ΔP表示溶液的P与纯溶剂PA*之差,则有:故有:对于稀水的溶液:(对于不同溶剂,k值不同)稀溶液饱和蒸气压下降值,与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。这是拉乌尔定律的另一种表述形式。二、沸点升高和凝固点下降（一）沸点和凝固点（二）饱和蒸气压图（三）公式（四）应用（一）、沸点和凝固点蒸发:表面气化现象称为蒸发;

沸腾:表面和内部同时气化的现象;

沸点:液体沸腾过程中的温度.

只有当液体的饱和蒸气压和外界大气的压强相等时,液体的气化才能在表面和内部同时发生,这时的温度即是沸点.

凝固点:

液体凝固成固体(严格说是晶体)是在一定温度下进行的,这个温度称为凝固点。凝固点的实质是,在这个温度下,液体和固体的饱和蒸气压相等.即为:

液体固体若P固>P液,则固体要融化(熔解)；

P固<P液,液体要凝固；（二）饱和蒸气压图可见,由于溶液的饱和蒸气压的下降,导致沸点升高。即溶液的沸点高于纯水。373K时,水的饱和蒸气压等于外界大气压强,故373K是H2O的沸点。如图中A点。在该温度下,溶液的饱和蒸气压小于,溶液未达到沸点.只有当温度达到T1

时(T1>373K,A’点),溶液的饱和蒸气压才达到,才沸腾。

3）、冰点在此温度时,溶液饱和蒸气压低于冰的饱和蒸气压,即:P冰>P溶,当两种物质共存时,冰要融化(熔解),或者说,溶液此时尚未达到凝固点.冰线和水线的交点(B点)处,冰和水的饱和蒸气压相等.此点的温度为273K,P≈611Pa,是H2O的凝固点,即为冰点.只有降温,到T2

时,冰线和溶液线相交(B’点),即:P冰=P溶液,溶液开始结冰,达到凝固点.T2<273K,即溶液的凝固点下降,比纯水低.

即溶液的蒸气压下降,导致其冰点下降。（三）公式用ΔTb

表示沸点升高值,即:ΔTb=Tb-Tb*(Tb*是纯溶剂的沸点,Tb是溶液的沸点)。

Tb是直接受ΔP影响的,有:Tb∝ΔP,而ΔP=k·bB,故ΔTb

∝

bB.比例系数用kb

表示,则有:

ΔTb=kb·bB

kb

为沸点升高常数,不同的溶剂,kb

值不同,最常见的溶剂是H2O,其kb=0.5121、沸点升高公式2.凝固点下降公式

用ΔTf

表示凝固点降低值,即:ΔTf

=Tf*-Tf

Tf*是纯溶剂的凝固点,Tf是溶液的凝固点.

ΔTf为正值,且

ΔTf

=kf·bB,

kf:凝固点降低常数,H2O的kf=1.86

3.以上公式的成立条件公式由ΔP=k·bB

推出,在推导时,有条件:溶质不挥发,且nB<<nA,即为稀溶液。

bB(质量摩尔浓度)的大小,要能与溶液表面上不挥发的质点的多少有定量关系,溶质必须是非电解质.

若是NaCl,电解产生Na+

和Cl-,bB=1时,质点数可能是2,且Na+

和Cl-

之间又有吸引,则相当于在1－2之间,不好定量.Ba(OH)2体系就更加复杂了.因而,公式成立的条件是:不挥发的非电解质的稀溶液。

1)挥发性溶质:在后续课程中讲授。2)电解质溶液:离解后,相当于多少个粒子,定量关系不确切.不能用此公式计算,但同样0.1m的Al2(SO4)3

总比0.1m的NaCl

产生的粒子多.可以定性的推理,即仍有蒸气压下降,沸点升高和凝固点降低等性质.3)浓溶液:由于分子间的作用复杂,虽然也有升高和降低等现象,但定量关系不准确。思考题1、难挥发非电解质稀溶液是否具有恒定的沸点？2、把一小块冰放在0℃的水中，另一小块冰放在0℃的盐水中，各有什么现象发生？为什么？3、取相同质量的果糖（C6H12O6）和蔗糖（C12H22O11）分别溶于等体积的水中形成溶液。两种溶液的凝固点都在0℃以下，但果糖溶液的凝固点较蔗糖溶液低。这是为什么？（四）应用因此，通过测量ΔTf或ΔTb就可以测量MB测量难挥发非电解质B的摩尔质量（分子量）

整理得：

凝固点降低法

整理得：

沸点升高法

例题：将1.09g葡萄糖溶于20g水中,所得溶液的沸点升高了0.156K,求葡萄糖的分子量。稀溶液的依数性除了如例题所示,可以用来测定分子量,还可以解释一些现象和应用于实际中。和实际分子量180相近

利用凝固点法,测分子量更准确.因为kf

比kb要大,温度差要更明显一些.就测定方法本身来讲,凝固点的测定比沸点测定精确度高

解：由题目可知：将代入得解得：冰盐混合物可用来使实验室局部致冷。理论上可达到低共熔点的温度,-22C°。用CaCl2和冰的混合物,可以获得-55C°的低温。用CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70C°以下。致冷剂三、渗透压

（一）渗透现象

（二）渗透压

（三）渗透压公式

（一）渗透现象在U形管中,用半透膜将等体积的H2O和糖水分开,放置一段时间,会发生什么现象?一段时间后,糖水的液面升高；而H2O的液面降低。这种溶剂透过半透膜，进入溶液的现象，称为渗透现象。产生的原因:

在两侧静水压相同的前提下,由于半透膜两侧透过的H2O分子的数目不等,在单位时间里,进入糖水的H2O分子多些。（二）渗透压

渗透现象发生以后,

1.H2O柱的高度降低，静压减小，使右行的H2O分子数目减少；

2.糖水柱升高，使左行的H2O分子数目增加；

3.糖水变稀，膜右侧的H2O分子的分数增加，亦使左行的H2O分子数目增加。当过程进行到一定程度时，右行和左行的H2O分子数目相等，这时，达到平衡，即H2O柱不再下降；同时，糖水柱不再升高。液面高度差造成的静压，称为溶液的渗透压，用表示Π，单位为Pa。（三）渗透压公式1877年，德国植物学家弗菲尔（Pfeffer）用人工制成的半透膜测量蔗糖稀溶液的渗透压力，发现如下两个规律:

1.温度一定时,蔗糖稀溶液的渗透压力和溶液的物质的量浓度成正比；

2.浓度一定时,蔗糖稀溶液的渗透压力和温度T成正比