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文档简介

1、第8章水溶液,8.1溶液的浓度和溶解度,8.2难挥发非电解质稀溶液 的依数性,8.3电解质溶液,8.1溶液的浓度和溶解度,8.1.1基本概念,8.1.2溶液浓度,8.1.3溶解度,8.1.1基本概念(自学),溶液 两种或两种以上的物质所形成的混合物 分散程度: 分子层次上均匀分散 均相系统 各部分的组成和性质都相同 溶液分类 气态溶液、液态溶液和固态溶液(固溶体) 溶液习惯上指液态溶液,以后所说溶液都是指液态 溶液 溶液的形成 气体溶于液体,固体溶于液体或液体溶于液体,8.1.1基本概念,溶剂 液体组分(气体或固体溶于液体) 或含量较多的液体(液体溶于液体) 若两种液体含量相当,溶剂和溶质没有

2、明显区别 溶质 溶解在液体中的气体或固体或含量较少的液体 非电解质 在水溶液中或熔融状态不能导电的物质 电解质 在水溶液中或熔融状态能导电的物质 强电解质溶液:在溶液中完全电离 弱电解质溶液:在溶液中部分电离,8.1.2溶液浓度,在一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量 物质的量浓度 溶质的物质的量除以溶液的体积 质量摩尔浓度 溶质的物质的量除以溶剂的质量 摩尔分数 某种组分物质的量与总物质的量之比 质量分数 某组分的质量与总质量之比 摩尔比 溶质的物质的量与溶剂的物质的量之比 质量浓度 溶质的质量除以溶液的体积 溶解度 100g溶剂中所能溶解溶质的溶质的最大质量(g),8.1.2溶液浓度,物质的量

3、浓度 溶质的物质的量除以溶液的体积,8.1.2溶液浓度,质量摩尔浓度 溶质的物质的量除以溶剂的质量,8.1.2溶液浓度,摩尔分数 某种组分物质的量与总物质的量之比,8.1.2溶液浓度,质量分数 某组分的质量与总质量之比,8.1.2溶液浓度,摩尔比 溶质的物质的量与溶剂的物质的量之比,8.1.2溶液浓度,质量浓度 溶质的质量除以溶液的体积 溶解度(s) 100g溶剂中所能溶解溶质的溶质的最大质量(g),8.1.3难挥发非电解质稀溶液 的依数性(colligative properties dilute nonelectroiyte solution),稀溶液:溶液中溶质分子数不超过溶液分子总数2

4、%的溶液。 溶液性质变化分为两类: 一类取决于溶质的本性、溶液颜色、导电性、密度、表面张力; 另一类取决于溶液的组成,即溶质微粒数和溶液微粒的比值,而与溶质本性无关。,各种溶液各有其特性,但但该类性质是一般稀溶液所共有的. 这类性质与浓度有关,或者是与溶液中的“粒子数”有关,而与溶质的性质无关. Ostwald 称其为“依数性” . 这里是非常强调溶液是“难挥发的”,“非电解质的”和“稀的”这几个定语的.,溶液的几种性质与水的比较 物质 Tb / Tf / 20 / (gcm-3) 纯水 100.00 0.00 0.9982 0.5molkg -1糖水 100.27 -0.93 1.0687

5、0.5molkg -1尿素水溶液 100.24 -0.94 1.0012,8.1.3难挥发非电解质稀溶液 的依数性,稀溶液的依数性: 这种只取决于溶质微粒数而与溶质本性无关的一类性质,且该性质只适用于稀溶液,称为稀溶液的依数性。 依数性包括 蒸气压降低 沸点升高 凝固点降低 渗透压,溶液的蒸气压降低(lowering of the vapor pressure of the solvent),蒸气压 在给定温度下,气液平衡状态下的蒸气压称为该温度下的饱和蒸气压,简称蒸气压,溶液蒸汽压下降实验,在液体中加入任何一种难挥发的物质时,液体的蒸汽压便下降,在同一温度下,纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之差,称

6、为溶液的蒸汽压下降(p). 同一温度下,由于溶质的加入,使溶液中单位体积溶剂蒸发的分子数目降低,逸出液面的溶剂分子数目相应减小, 因此在较低的蒸汽压下建立平衡,即溶液的蒸汽压比溶剂的蒸汽压低.,实验:,解释:,拉乌尔定律 在室温下,稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数,实验测定25C时,水的饱和蒸气压: p (H2O) = 3167.7 Pa; 0.5 mol kg-1 糖水的蒸气压则为: p (H2O) = 3135.7 Pa; 1.0 mol kg-1 糖水的蒸气压为: p (H2O) = 3107.7 Pa。,结论: 溶液的蒸气压比纯溶剂低,溶液浓度越大,蒸气压下降越多。,

7、Example,已知20 时水的饱和蒸汽压为2.33 kPa. 将17.1g蔗糖(C12H22O11)与3.00g尿素 CO(NH2)2分别溶于100g 水. 计算形成溶液的蒸汽压.,Solution,两种溶质的摩尔质量是M1=342 g/mol和M2=60.0 g/mol,则,所以,两种溶液的蒸汽压均为:p=2.33 kPa0.991=2.31 kPa,只要溶液的质量摩尔数相同,其蒸汽压也相同.,沸点升高,沸点 液体的蒸气压等于外界压力时的温度 正常沸点 外压101.3kPa的沸点,Tb = Kb mB,沸点升高常数,溶质的摩尔质量浓度,沸点升高值,蒸气压下降引起的直接后果之一,沸点升高,当

8、溶液的蒸汽压下降,要使其沸腾,即蒸汽压达到外界压力,就必须使其温度继续升高 ,达到新的沸点,才能沸腾. 这叫稀溶液的沸点升高. 溶液越浓,其 p 越大,Tb 越大,即Tb p,则,蒸气压下降引起的直接后果之一,Kb为沸点升高常数,与溶剂的摩尔质量、沸点、气化热有关,可由理论推算,也可由实验测定:直接测定几种浓度不同的稀溶液的Tb ,然后用Tb对m作图,所得直线斜率即为Kb.,Example,已知纯苯的沸点是 80.2 ,取 2.67 g萘(C10H8)溶于100g苯中,测得该溶液的沸点为 80.731 ,试求苯的沸点升高常数.,Solution,已知烟草中的有害成分尼古丁的实验式是C3H7N,

9、将496mg尼古丁溶于10.0g水中,所得溶液在105Pa下沸点100.17C,求尼古丁的分子式。,尼古丁摩尔质量为M,则,分子式为 C10H14N2,Example,Solution,凝固点降低,凝固点(冰点) 固液平衡时的温度 溶液的凝固点 固态纯溶剂和液态溶液平衡时的温度,Tf = Kf mB,凝固点降低常数,溶质的质量摩尔浓度,溶液的凝固点降低值,蒸气压下降引起的直接后果之二,蒸气压下降引起的直接后果之二,凝固点下降,必须注意到,溶质加到溶剂(如水)中,只影响到溶剂(如水)的蒸气压下降,而对固相(如冰)的蒸气压没有影响. 显然,只有当温度低于纯溶剂的凝固点时(对水而言为 0 ),这一温

10、度就是溶液的凝固点,所以溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点,其降低值为Tf.,同理可得,Tf=Kfm,Example,Solution,冬天,在汽车散热器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的冻结. 如在 200 g 的水中注入6.50 g 的乙二醇,求这种溶液的凝固点.,(),谷氨酸分子式为COOHCHNH2(CH2)2COOH, 取0.749g谷氨酸溶于50.0g水中,测的凝固点为 -0.188 C,试求水溶剂的凝固点下降常数kf.,Example,Solution,渗透压,平衡时,半透膜两边的水位差所产生的静压或者说为了阻止溶剂分子渗透而必须在溶液上方所需要施加的最小额外压力,渗透压(osm

11、otic pressure),(1)渗透,(2)渗透压,蒸气压下降引起的直接后果之三,(3)渗透压的测定,内管是镀有亚铁氰化铜 Cu2Fe(CN)6 的无釉磁管,它的半渗性很好. 管的右端与带活塞的漏斗相连,用以加水,左端连结一毛细玻璃管,管上有一水平刻度(l). 外管是一般玻璃制的,上方带口,可以调节压力. 若外管充满糖水溶液,内管由漏斗加水至毛细管液面到达 l 处. 因内管蒸气压大于外管,水由内向外渗透,液面l就有变化,若在外管上方口处加适当压力 p,则可阻止水的渗透而维持液面l不变,按定义所加压力 p 就是渗透压.,(4) 渗透压定律,1877年,Pfeffer 的实验结果,,在0 蔗糖

12、溶液的渗透压,溶液浓度c/gdm-3 渗透压/atm,10.03 0.68 0.068 20.14 1.34 0.067 40.60 2.75 0.068 61.38 4.04 0.066,1%蔗糖溶液在不同温度的渗透压,温度 T/K 渗透压/atm,273 0.648 2.37 287 0.691 2.41 295 0.721 2.44 309 0.746 2.41, n 为一常数,并与理想气体常数 R 值相似. 因而认为稀溶液的渗透压定律与理想气体定律相似,可表述为:,式中 是 kPa ,T用K, V是摩尔体积,n/V是摩尔浓度, R 用 8.31 kdm-3mol-1K-1,1885年,

13、vant Hoff 把这些数据归纳、比较,发现,测得人体血液的冰点降低值 Tf= 0.56,求在体温 37 时的渗透压.,Example,Solution,Example,有一种蛋白质,估计它的摩尔质量在12000 gmol-1左右,请用渗透压法测定其摩尔质量是多少?,,因为溶液很稀,可设它的密度和水的1 g mol-1相同.,由于蛋白质摩尔质量很大,1%溶液的质量摩尔浓度或溶质摩尔分数都很小,p 与 Tb 值很小( ),若用沸点上升法,不易精确测量, Tf 也相当小( ),用冰点下降法也难以测准,所以用渗透压法最好.,Solution,(1) 小结稀溶液依数性的应用. (2) 为什么测定普通

14、物质分子量常用冰点下降法而 不用沸点上升法,而测定生物大分子的分子量 却又常用渗透压法.,Question,小 结,1 蒸气压下降,2 沸点上升,3 凝固点下降,4 渗透压,8-3电解质溶液 强电解质 - 理论上电离 实验数据表明: 对于正负离子都是一价的电解质,如KNO3,NaCl,其Tf(实)较为接近,而且近似为计算值Tf的2倍; 正负离子为二价的电解质溶液的实验值Tf(实)与计算值Tf(计)比值较一价的小; 电解质溶液越浓,实验值与计算值比值越小。,1923年,Debye 及Hckel提出离子氛(ionic atmosphere)概念。 观点:强电解质在溶液中是完全电离的,但是由于离子间的相互作用,每一个离子都受到相反电荷离子的束缚,这种离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由,其表现是: 溶液 导电能力下降,电离度下降,依数性异常。,1、离子强度,ci:溶液中第i种离子的浓度, Zi:第i种离子的电荷 离子强度表示了离子在溶液中产生的电场强度的大小。 离子强度越大,正负离子间作用力越大。,2、活度与活

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