水化学与水污染

水化学与水污染第1页，课件共57页，创作于2023年2月了解溶液的通性明确酸碱的解离平衡,掌握同离子效应及溶液pH值的有关计算掌握溶度积和溶解度的计算教学要求第2页，课件共57页，创作于2023年2月

§3.1溶液的通性１）溶液的一般概念■分子或离子分散体系■单相■按聚集状态：气态溶液、液态溶液、固态溶液２）溶解过程与溶液的形成溶质均匀分散于溶剂中的过程——溶解（逆过程为结晶）■是个既有化学变化，又有物理变化的复杂过程■常伴随：颜色变化，体积变化，能量变化第3页，课件共57页，创作于2023年2月３）溶解度的概念单位溶剂中最多能溶解的溶质的量——溶解度溶解度与温度、压力等因素有关。４）相似相溶原理溶剂与溶质的分子结构相似，就能较好地相互溶解。第4页，课件共57页，创作于2023年2月５）溶液浓度的表示方法■物质量的浓度c(mol·L-1

或mol·dm-3)■质量摩尔浓度m(mol·kg-1)■摩尔分数x(无单位

)第5页，课件共57页，创作于2023年2月一、非电解质溶液的通性

1、什么是物质的饱和蒸气压？气化（蒸发）：液体表面能量较大的分子，克服分子间的引力，逸出液体表面进入液体上面的空间。凝结：气相中的分子，可能与液体表面发生碰撞，并被周围的液体分子所吸引，重新回到液相。饱和蒸气压：当：气化=蒸发达到平衡，此时蒸气压为一定值。称为饱和蒸气压。第6页，课件共57页，创作于2023年2月注意要点

除液体外，固体也有饱和蒸气压。如干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。

饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。蒸气压的大小，与液体分子间的吸引力有关，吸引力越大，蒸气压越小。

极性分子的吸引力强，蒸气压小。非极性分子的吸引力小，蒸气压大。分子量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。

饱和蒸气压与温度密切相关——蒸气压—温度曲线温度升高，蒸气压增大第7页，课件共57页，创作于2023年2月2、什么是溶液的饱和蒸气压？指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：3、“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？

同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”。第8页，课件共57页，创作于2023年2月4、为什么溶液的蒸气压会下降？

当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。第9页，课件共57页，创作于2023年2月三、溶液的沸点上升、凝固点下降1、什么是沸点和凝固点？

沸点：液体沸腾时的温度。此时液体的饱和蒸气压等于外界大气的压力。凝固点：物质由液态变为固态时的温度，或固态变为掖态时的温度。第10页，课件共57页，创作于2023年2月四、溶液的渗透压糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压空气中只有水分子能通过纯水糖水放置一段时间后！第11页，课件共57页，创作于2023年2月胡罗卜糖水液柱产生的静压力阻止了水继续向管中渗透阻止渗透所需要的外界静压力，叫渗透压，记作。第12页，课件共57页，创作于2023年2月渗透压大小的计算——范特荷甫方程(van’tHoffequation)1886年，荷兰物理化学家J.H.van’tHoff发现非电解质稀溶液的渗透压的大小，可以用与理想气体状态方程(pV=nRT)形式相似的方程式计算：V=nRT式中：——渗透压V——m3（

体积）R——8.314(Pam3mol-1K-1)溶液的渗透压与溶质的本性无关，只与溶质的浓度有关——依数性。*渗透压的应用电解质对生命体的重要性反渗透法制备纯净水植物水份的吸收第13页，课件共57页，创作于2023年2月3.2.1酸和碱在水溶液中的解离平衡3.2.2酸碱质子理论§3.2水溶液中的单相离子平衡第14页，课件共57页，创作于2023年2月凡是在水中电离产生H+的物质是酸。凡是在水中电离产生OH-的物质是碱。酸碱反应是H+和OH-作用生成水的反应。1酸碱电离理论1）酸碱定义酸碱的概念第15页，课件共57页，创作于2023年2月（1）对酸碱物质的范畴有局限性（2）对酸碱反应的范畴有局限性

2）局限性第16页，课件共57页，创作于2023年2月1）酸碱的定义

凡是能给出质子(H+)的物质都是酸凡是能得到质子(H+)的物质都是碱既能给出质子又能得到质子的物质是两性物质如:HClHACNH4+

Fe(H2O)63+如:Cl-AC-CO32-

NH3[Fe(H2O)5(OH)]2+如:HCO3-,H2O

2酸碱质子理论第17页，课件共57页，创作于2023年2月2）酸碱反应的术语根据酸碱定义，酸失去质子变成碱，碱得到质子变成酸——共轭关系。通式酸H++碱酸碱半反应因质子得失而相互转化的每一对酸碱—共轭酸碱对。

(conjugatedpairofacid-base)第18页，课件共57页，创作于2023年2月酸总是较碱多一个正电荷，酸碱可以是分子，阳离子，阴离子。规律H2PO4-

H++HPO42-NH4+

H++NH3

Fe(H2O)63+

H++Fe(H2O)5(OH)2+例如第19页，课件共57页，创作于2023年2月

2酸和碱溶液及其pH值1）定义水溶液的pH就是该溶液所含氢离子浓度的负对数。pOH=-lg{c(OH-)}pH=-lg{c(H+)}Kw={c(H+)}{c(OH-)}=1.0×10-14

pKw=pH+pOH=14.0025°C：令第20页，课件共57页，创作于2023年2月2）性质表示水溶液中酸碱性强弱的标度，pH越小，酸性越强。3）范围仅表示氢离子或氢氧根离子浓度1mol·L-1以下的溶液的酸碱性。4）应用第21页，课件共57页，创作于2023年2月常见液体的pH名称

pH名称

pH胃液1.02.0唾液6.47.5柠檬酸2.4牛奶6.5醋3.0纯水7.0葡萄汁3.2血液7.357.45橙汁3.5眼泪7.4尿液4.87.5氧化镁乳10.6暴露在空气中的水5.5第22页，课件共57页，创作于2023年2月

弱酸弱碱的解离平衡及计算

1）一元弱酸的解离平衡及计算

2）一元弱碱的解离平衡及计算

3）多元弱酸的解离平衡及计算4）盐溶液的解离平衡及计算(DissolutionEquilibriumandCalculationofWeakAcidandWeakBase)第23页，课件共57页，创作于2023年2月

1一元弱酸的解离平衡及计算HAc(aq)H+(aq)+Ac–(aq)1）解离平衡(DissolutionEquilibrium)Ka

：一元弱酸解离常数(DissolutionConstantofWeakAcid)简写第24页，课件共57页，创作于2023年2月2）计算公式以HAc为例

c00c-x

x

x起始浓度/(mol·L-1)平衡浓度/(mol·L-1)HAc(aq)H+(aq)+Ac–(aq)（条件：c/Ka>500)第25页，课件共57页，创作于2023年2月（2）解离度（Ka

=c2)（1）(DegreeofDissolution)第26页，课件共57页，创作于2023年2月

例：计算298K时0.10mol·dm-3HAc溶液中H+浓度及其

pH,(Ka=1.76×10-5)。HAc(aq)H+(aq)

+Ac–(aq)解：pH=-lg{c(H+)}=2.88第27页，课件共57页，创作于2023年2月2、一元弱碱的解离平衡及计算1）解离平衡

(DissolutionEquilibrium)Kb

(NH3)：一元弱碱的解离常数

(DissolutionConstantofWeakBase)NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)第28页，课件共57页，创作于2023年2月2）计算公式条件：(c/Kb>500)（1）（2）第29页，课件共57页，创作于2023年2月例：已知298K下0.200mol·L-1氨水的解离度为0.934%,计算溶液中OH-的浓度和氨的解离常数Kb。c(OH-)=c(NH3).=0.200×0.934%=1.87×10-3mol·L-1

解:=c(OH-)/c(NH3)×100%=0.934%第30页，课件共57页，创作于2023年2月3多元弱酸的解离平衡及计算1）解离平衡

(DissolutionEquilibrium)多元酸H3PO4(aq)

H2PO4-(aq)

+H+(aq)H2PO4-HPO42-+H+第31页，课件共57页，创作于2023年2月酸性强弱H3PO4H2PO4-

HPO42-Ka1>>Ka2

>>

Ka3HPO42-PO43-+H+溶液中H+主要来自第一步解离平衡，c(H+)的计算可近似按一元弱酸处理。提示第32页，课件共57页，创作于2023年2月2）计算公式以H2S为例：Ka2=7.1×10-15H2S(aq)+H2O(l)H3O+(l)

+HS-(aq)HS-(aq)+H2O(l)H3O+(l)

+S2-(aq)Ka1=1.32×10-7第33页，课件共57页，创作于2023年2月故c(H+)≈c1(H+)（1）多元弱酸中（2）纯二元弱酸中（3）混合酸中条件：c(S2-)=Ka2由于Ka1>>Ka2>>Ka3与初始浓度无关第34页，课件共57页，创作于2023年2月4缓冲溶液1同离子效应2缓冲溶液(BufferSolution)第35页，课件共57页，创作于2023年2月在弱酸或弱碱溶液中,加入与其具有相同离子的易溶强电解质,而使平衡向左移动,弱电解质的解离度降低的现象称为同离子效应。1.定义1同离子效应(CommonIonEffect)第36页，课件共57页，创作于2023年2月结果：Ac-浓度增大，平衡左移，HAc解离度减小，酸性减弱，这就是同离子效应。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq

)+Ac-(aq)加入强电解质NaAc(s)Na+(aq)

+Ac-(aq)

H2O(l)例如在平衡体系中第37页，课件共57页，创作于2023年2月结果：NH4+浓度增大,

平衡左移,NH3解离

度减小，这也是同离子效应。

NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)NH4Cl(s)NH4+(aq)+Cl-(aq)H2O(l)加入强电解质又如在平衡体系中第38页，课件共57页，创作于2023年2月1.定义能抵抗外来少量强酸或强碱或稍加稀释，而使溶液的pH基本不变的溶液。2.组成NH3

NH4+，PO43-HPO42-HAcNaAcHCO3-

CO32-H3PO4

H2PO4-弱酸共轭碱弱碱共轭酸2缓冲溶液第39页，课件共57页，创作于2023年2月

由于存在大量Ac-，对平衡产生同离子效应，平衡左移，HAc解离度减小。缓冲溶液中存在了大量的抗酸成分和大量的抗碱成分。3.原理加入强电解质在平衡体系中HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)NaAc(s)Na+(aq)

+Ac-(aq)H20(l)第40页，课件共57页，创作于2023年2月若在缓冲溶液中加入少量强酸HCl溶液中的大量的Ac-与H+反应，生成解离度很小的HAc。HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)结果：c(Ac-)略有减小，c(HAc)略有增加，比值基本不变，c(H+)基本不变，pH基本不变。移项第41页，课件共57页，创作于2023年2月HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)c(H+)略有减少,c(HAc)略有减少,c(Ac-)略有增加，比值基本不变；c(H+)基本不变，pH基本不变。结果：若在缓冲溶液中加入少量强碱NaOH第42页，课件共57页，创作于2023年2月HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)4.计算由于HAc解离度很小,加之同离子效应,使HAc解离度更小,故c(HAc),c(Ac-)可认为是其原始浓度。

提示第43页，课件共57页，创作于2023年2月

（3）缓冲溶液的选择选择依据：当ca

＝cb时：pH＝pKa

①弱酸的pKa(或弱碱的14－pKb)值尽可能接近或等于所需的pH值。选择原则：③所选择的缓冲溶液，除了参与和H+或OH–有关的反应以外，不能与反应体系中的其它物质发生副反应.②若pKa或14－pKb与所需pH不相等，依所需pH

调整ca/cb或cb/ca第44页，课件共57页，创作于2023年2月常用的缓冲溶液弱酸共轭碱pKapH范围邻苯二甲酸邻苯二甲酸氢钾2.881.9～3.9醋酸醋酸钠4.753.7～5.8磷酸二氢钠磷酸氢二钠7.206.2～8.2氯化铵氨水9.258.3～10.2磷酸氢二钠磷酸钠12.311.3～13.3第45页，课件共57页，创作于2023年2月血液中的酸碱度正常人血浆的pH值约为7.35—7.45，平均值为7.4。人体生命活动所能耐受的最大pH变化范围为6.9—7.8。血浆pH值经常维持相对恒定，之所以能维持恒定，是由于血浆是个缓冲溶液，血液中还有数对具有抗酸和抗碱作用的物质，称为缓冲对，统称为缓冲体系。血液中的缓冲对如下：血浆中主要缓冲对有：（NaHCO3）/（H2CO3）；

Na—蛋白质（Na—Pr）/H—蛋白质（H—Pr）；（Na2HPO4）/磷酸二氢钠（NaH2PO4）红细胞中的主要缓冲对有：（KHCO3）/碳酸（H2CO3）；血红蛋白钾盐/血红蛋白；氧合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白；磷酸氢二钾（K2HPO4）/磷酸二氢钾（KH2PO4）。第46页，课件共57页，创作于2023年2月血液中的缓冲对以血浆H2CO3与NaHCO3这一对缓冲对最为重要。在正常情况下NaHCO3/H2CO3比值为20：1。保持比值在20：1的范围，需要通过呼吸功能调节血浆中H2CO3浓度和通过肾脏调节血浆中的NaHCO3浓度，以及代谢等方面的配合作用，这样就可保持血浆pH的正常值。血液酸碱度的相对恒定，对生命活动有重要意义。如果血液PH值的变动超过正常范围，就会影响各种酶的活性，从而引起组织细胞的新陈代谢、兴奋性及各种生理机能的紊乱，甚至会出现酸或碱中毒现象。第47页，课件共57页，创作于2023年2月酸碱指示剂(Acid-BaseIndicators)第48页，课件共57页，创作于2023年2月组成有机弱酸或有机弱碱。作用原理HIn(aq)+H2O(l)H3O+(q)

+In-(aq)碱式色酸式色第49页，课件共57页，创作于2023年2月当溶液H+离子浓度发生变化时，平衡发生移动，导致指示剂结构发生变化，从而使指示剂颜色发生变化，这就是指示剂的变色原理。第50页，课件共57页，创作于2023年2月