基础化学-第二章稀溶液的依数性.ppt

1、,稀薄溶液的依数性,第二章,(Colligative properties of solution),本章主要内容,溶液的蒸气压下降,溶液的沸点升高和凝固点降低,溶液的渗透压力,溶液的性质,与溶质的本性有关的性质,第一类,第二类,与溶质的本性无关、只与溶液中单位体积的粒子数目有关的性质,(亦称稀薄溶液的依数性),溶液的蒸气压下降 溶液的沸点升高 3. 溶液的凝固点降低 4. 溶液的滲透压力,溶液的颜色 、 体积、导电性、 溶解度等,稀薄溶液的依数性,溶液的蒸气压下降,(Vapor pressure lowering of solution),第一节,气态(g),固态(s),液态(l),蒸发,冷

2、凝,凝固,熔化,凝华,升华,一、蒸气压（饱和蒸汽压）,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,（亦即饱和蒸气压）,在密闭容器中，一定温度下，,蒸发速度,=,冷凝速度,蒸气饱和,蒸气压:与液相处于平衡时的蒸气所具有的压力称为该温度下的饱和蒸气压。符号：p，单位：Pa或kPa,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,蒸发速度,=,冷凝速度,蒸气饱和,关于蒸气压 (P),影响蒸气压大小的因素,液体的本性,图蒸气压与温度的关系图,关于蒸气压 (P),影响蒸气压大小的因素,液体的本性,温度:同一液体的P(蒸汽压)随T升高

3、而升高,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,大气压,蒸气压,沸点: 液体蒸气压与大气 压相等时的温度。 符号：Tb(boiling),图蒸气压与温度的关系图,关于蒸气压 (P),影响蒸气压大小的因素,液体的本性,温度:同一液体的P随T升高而升高.,蒸气压大小与容积大小及液体多少无关,对于一定的液体在一定的温度下， 该液体的蒸汽压一定。,冰的蒸气压:与冰(固相)平衡的水蒸气压力称冰的饱和蒸气压。,H2O(固) H2O(气),升华,凝华,关于蒸气压 (P),与 相等时的温度,固体的蒸气压,液体的蒸气压,凝固点:(符号Tf)freezing,纯水和冰的

4、饱和蒸气压,温 度 水p/kPa 冰p/kPa,150 476.0,100 101.3,20 2.33 10 1.23,0 0.610 0.610,-10 0.26 -20 0.10,水的正常沸点 (Tb0),冰点(Tf0),液体的正常沸点：外压为101.3kPa时的沸点。 不注明压力时通常指正常沸点。,蒸气压随温度升高而增大,水、冰的蒸气压与温度的关系示意图,A,O,101.3,Tb0,Tf0,p/kPa,Tf0=0(273K),Tb0=100(373K),T/K,水的沸点,水的凝固点,水的蒸气压,冰的蒸气压,B,冰点,纯溶剂的沸点用Tb0，凝固点用Tf0,二、溶液的蒸气压,溶液的蒸气压:p

5、,溶液的蒸气压水的蒸气压:p,难挥发溶质的溶液,p0,溶液的蒸气压下降值：p=p0 - p,Why？,水和溶液的蒸气平衡原理,纯溶剂气液平衡,溶剂分子,水和溶液的蒸气平衡原理,纯溶剂气液平衡,溶液气液平衡,溶剂分子,难挥发溶质微粒,二、溶液的蒸气压下降,难挥发溶质溶液的蒸气压 总是低于同温度下纯溶剂的蒸气压.,溶液蒸压下降的原因:,实验证明：,（溶液) （纯溶剂）,单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子数 要比从纯溶剂时少(因为溶质分子不挥发)。,水、冰和水溶液的蒸气压与温度的关系示意图,A,O,101.3,p/kPa,T/K,B,水溶液蒸气压,A,O,A：溶液的蒸气压曲线,B ：溶液的凝固点曲

6、线,拉乌尔定律（Law of Rault）,在一定温度下，难挥发性非电解质稀薄溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数,p = p0 xA,xA（溶剂的摩尔分数）=1xB,p = p0 xA,p = p0（1xB ）,p = p0 xB,p0 p = p0 xB,p = p0 xB,Raoult定律仅适用于稀薄溶液,稀薄溶液中：,nAnB,nA+nBnA,nA + nB,xB=,nB,nA,nB,mA,bB=,nB,nAMA,nB,=,= ,nB,nA,xB,故：xBbBMA,1/MA,MA：Kg/mol bB : mol/Kg,p = p0 xB,p = p0,在一定温度下,稀

7、薄溶液的蒸气压下降(P)与溶质的质量摩尔浓度成正比，,而与溶质的种类和本性无关,p = bB,MA bB,K,溶液的沸点升高和凝固点降低,第二节,(boiling point elevation and freezing point depression of solution),一、溶液的沸点升高,（一）液体的沸点（Tb),液体的蒸气压与大气压相等时的温度。,正常沸点:指在外压为101.3kPa条件下的沸点。例如，水的正常沸点为373K。,大气压,蒸气压,液体的沸点与外压有关。,A,O,101.3,p/kPa,T/K,B,A，,O，,水的蒸气压,溶液的蒸气压,溶液的沸点为什么会升高？,A,A

8、,O,O,101.3,Tb,Tb0,p/kPa,水的Tb0=100(373K),T/K,B,Tb=TbTb0,溶液的沸点,溶液的沸点升高,一、溶液的沸点升高,Tb=?,A,A,O,O,101.3,Tb,Tb0,p/kPa,T/K,B, p=K bB,Tb=Tb-Tb0=Kb bB,Tbp,Kb：溶剂的质量摩尔沸点升高常数。单位：Kkg mol-1,Tb= KbbB,说明稀薄溶液的TbbB,即只与一定量的溶剂中所含溶质的微粒数有关,而与溶质种类和本性无关。, Tb 也是稀薄溶液的 一 种依数性,Kb:溶剂的质量摩尔沸点升高常数,由溶剂本性决定。,如 Kb(水)=0.512 (K.kg.mol-1

9、),bB :溶液的质量摩尔浓度,几种溶剂的沸点及质量摩尔沸点升高常数（Kb）,溶剂 Tb/ Kb/Kkgmol-1,乙酸 苯 四氯化碳 乙醚 乙醇 水,118.180.2 76.7 34.7 78.4 100.0,3.07 2.53 5.03 2.02 1.22 0.512,同一物质固液两相蒸气压相等时的温度，即固液两相平衡共存时的温度,（一）液体的凝固点（ Tf0 ）,例如：Tf0= 273K( 0),（二）溶液的凝固点降低,Tf Tf0,二、溶液的凝固点降低,当溶液的蒸气压等于 固相蒸气压时的温度,二、溶液的凝固点降低,O,O,Tf0,Tf,p/kPa,T/K,B,TfTf0,A,A，,为

10、什么凝固点会降低？,溶液的凝固点降低的原因是由于溶液的蒸气压下降引起,溶液的凝固点降低值 Tf = Tf0 - Tf, Tf =？,Tfp,=KbB,Tf=Tf0-Tf=Kf bB,Tfp,Kf：溶剂的质量摩尔凝固点降低常数。 单位：Kkg mol-1,二、溶液的凝固点降低,Tf= KfbB,说明稀溶液的Tf bB(即一定量溶剂中所含溶质的微粒数),与溶质种类和本性无关。, Tf 也是稀溶液的一种依数性,bB: 溶液的质量摩尔浓度,Kf: 溶剂的质量摩尔凝固点降低常数由溶剂本性决定。,例如:Kf(水) =1.86(K.Kg.mol-1),几种溶剂的凝固点及质量摩尔凝固点降低常数（Kf）,溶剂

11、Tf/ Kf /Kkgmol-1,乙酸 苯 四氯化碳 乙醚 萘 水,17 5.5 -22.9 -116.2 80.5 0.0,3.9 5.12 32 1.8 6.8 1.86,【思考题2-1】将273K的冰放入273K的蔗糖溶液，冰将发生什么变化？,答案 冰将逐渐溶化,例2-2 将0.638g尿素溶于250g水中，测得此溶液的凝固点降低值为0.079K，试求尿素的相对分子量（Kf=1.86Kkgmol-1),解：,Tf=Kf bB,bB= Tf/Kf,=0.079K/1.86Kkgmol-1,bB=nB/mA,nB=bB mA,= 0.0425 molkg-1 250,g,/1000,nB=

12、0.0106mol,bB=0.0425 molkg-1,MB= mB/nB,=0.638g/0.0106mol,=60gmol-1,Mr=60,例:1%蔗糖(C12H22O11)水溶液的密度1(gmL-1) (蔗糖Mr=342，水的Kb=0.512K kg mol-1, Kf= 1.86K kg mol-1)，计算该溶液的沸点和凝固点。,（）1%蔗糖(C12H22O11）溶液的密度1(gmL-1)(蔗糖Mr=342)，计算其质量摩尔浓度bB。,解：,1%=,1g溶质,100mL溶液,nB = 1/Mr = 1/342,mA = (1001)1,bB =nB/mA,=1000(1/342)/(1

13、0011),=0.030(molkg -1),例:1%蔗糖(C12H22O11)水溶液的密度1(gmL-1) (蔗糖Mr=342，水的Kb=0.512K kg mol-1, Kf= 1.86K kg mol-1)，计算该溶液的沸点和凝固点。,解：,bB =,0.030(molkg -1),根据：,Tb=KbbB,Kb=0.512,Tb =,=0.015(K),Tb=Tb+Tb0,=0.015+373=373.015(K),0.030,0.512,前面已计算,例:1%蔗糖(C12H22O11)水溶液的密度1(gmL-1) (蔗糖Mr=342，水的Kb=0.512K kg mol-1, Kf= 1

14、.86K kg mol-1)，计算该溶液的沸点和凝固点。,解：,bB =,0.030(mol.kg -1),根据：,Tf=KfbB,Kf=1.86,Tf=,=0.056(K),Tf=Tf0Tf,或,=2730.056=272.44(K),1.86,0.030,凝固点降低法的应用,测定小分子溶质的相对分子质量,Tf=KfbB=Kf,mB,mAMB,MB=,Kf mB,mATf,食盐和冰的混合物可用作冷冻剂。,【例2-3 】将0.322g萘溶于80g苯中,测得溶液凝固点为278.34K. 求萘的分子量.,解:查表 Tf0=278.5K Kf,苯=5.12,Tf = 278.5 - 278.34 =

15、 0.16,MB = Kf,mB 1000,TfmA,=5.12(0.3221000)/(0.1680)=128gmol-1,溶液的渗透压力,第三节,(Osmotic pressure of solution),一、渗透现象与渗透压,若两侧表面承受的外压相同（101.3kPa),水(或溶剂)分子通过半透膜向较高浓度溶液渗透。,图2-5 渗透现象,1.渗透现象,纯溶剂 溶液,纯溶剂 溶液,半透膜,半透膜,(a)渗透发生之前,(b)渗透现象,溶剂的净转移,一、渗透现象与渗透压,图2-5 渗透现象,纯溶剂 溶液,半透膜,(b)渗透现象,溶剂的净转移,渗透现象产生的原因,由于膜两侧单位体积内溶剂 分子

16、数不等，单位时间内穿过 半透膜向溶液方向的溶剂分 子比向溶剂方向的更多（净结果）,1.渗透现象,产生渗透必须具备的条件：,有半透膜存在膜两侧溶液存在浓度差。,渗透方向:,溶剂分子从,纯溶剂 溶液稀溶液 浓溶液,一、渗透现象与渗透压,1.渗透现象,一、渗透现象与渗透压,1.渗透现象,渗透平衡,图2-5 渗透现象和渗透压力,纯溶剂 溶液,(b)渗透现象,溶剂的净转移,纯溶剂 溶液,(c)渗透压力,当溶剂分子向两个方向的渗透速率趋于相等时,两侧液面不再上升和下降,半透膜,渗透压力示意图,2.渗透压,单位：Pa或kPa,若用一半透膜将溶液和纯溶剂隔开,欲使膜两侧液面的高度相等并保持不变（即纯溶剂和溶液

17、维持渗透平衡时）,必须在溶液液面上加的超额压力.,一、渗透现象与渗透压,2. 渗透压,图2-5 渗透现象和渗透压力,纯溶剂 溶液,溶剂的净转移,纯溶剂 溶液,如果在溶液上方所加 的压力大于渗透压 有何现象？,反向渗透:使渗透作用逆向进行的过程。,渗透压()=？,二、溶液的渗透压与浓度及温度的关系,Van，t Hoff定律：, =cBRT,理想气体方程 P =nRT/V,稀水溶液： cB（molL-1）bB（molkg-1）, = bBRT,=cBRTbBRT,R=8.314JK-1mo1-l,cB:molL-1即mol dm-3 bB:mol kg-1,T:K,:kPa,稀溶液的渗透压与溶液的

18、浓度和温度成正比,而与溶质的种类和本性无关,单位：,=cBRTbBRT,表明在一定温度下，稀溶液的只决定于单位体积溶液中所含溶质的微粒数,与溶质本性无关.,也是稀溶液的一种依数性.,注意,V=nRT (Vant Hoff 公式),pV=nRT (理想气体状态方程),两者形式相同,R值也相同,但与 p在本质 上并无相同之处.,例：37时，0.1molL-1蔗糖的渗透压是多少?,解:=cBRT,8.314,=257.7 (kPa),=257.7/101.3=2.54 (atm),=2.5410.1=25.7(米水柱),=,0.1,(273+37),小结:,稀溶液的通性： (稀溶液的依数性),溶液的

19、蒸气压下降,溶液的 沸点升高,溶液的 凝固点下降,溶液的 渗透压,p = K bB,=cBRT =bBRT,Tf=KfbB,Tb=KbbB,在一定温度下，只与溶液中粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质，称为溶液的依数性,溶液的浓度,bB, = bBRT,Tf=KfbB,Tb=KbbB,p = K bB,公式的适用范围：,难挥发非电解质的稀溶液,溶液的依数性的实际应用：,测定非电解质的分子量,(1) 利用凝固点降低,不用沸点升高，原因是同一溶剂的KfKb，凝固点降低值大于沸点升高值，凝固点降低值测量的更准确，实验误差小。,例：将0.20g葡萄糖溶于10.0g水中,测得此溶液的凝固点为0.207，

20、求 葡萄糖的相对分子质量（水的Kf=1.86),解:,Tf=KfbB,bB=,mB/MB,mA,nB/mA=,MB=,KfmB,Tf mA,Tf/Kf = bB,注意：mB单位:g mA单位:kg,例：将0.20g葡萄糖溶于10.0g水中,测得此溶液的凝固点为0.207，求 葡萄糖的相对分子质量（水的Kf=1.86),MB=,KfmB,TfmA,MB=,1.860.20,0.207 10.0,1000,(g),解:,=180gmol-1,Mr=180,溶液的依数性的实际应用：,测定非电解质的分子量,(1) 利用凝固点降低,MB=,KfmB,TfmA,Tf与MB成反比，分子量越小，Tf越大，测量

21、的越准确。适应于测量小分子量非电解质的分子量,（2）利用渗透压力,例:将1.00g血红素配成100ml溶液,在20时测得溶液的渗透压为0.366kPa,求血红素的相对分子质量.,解:, = cBRT,cB=,nB/V=,mB/MB,V,MB=,mB RT,V,/RT = cB,注意:mB单位: g，T单位：K R=8.314 J mol-1 K-1 V:单位: L， 单位: kPa,例:将1.00g血红素配成100mL溶液,在20时测得溶液的渗透压为0.366kPa,求血红素的相对分子质量.,MB=,mB RT,V,=,1.008.314 293,100 10-3 0.366,=6.66 10

22、4 (gmol-1),解：,Mr= 6.66 104,溶液的依数性的实际应用：,测定非电解质的分子量,（2）利用渗透压力,MB=,mB RT,V,与MB成反比，分子量越大， 越小，测量时需要的半透膜强度越小，越能准确测量。适应于测量大分子量非电解质的分子量,(一) 电解质溶液的依数性,三、渗透压在医学上的意义,对于强电解质NaCl水溶液，溶液越稀， Tf(实验值)/Tf(计算值)趋近于2。为什么？ NaClNa+Cl-，1个NaCl在溶液中产生2个离子,非电解质： i =1 电解质： i1,i 称为校正因子,强电解质稀溶液的依数性：,沸点升高,Tb= iKbbB,凝固点降低,Tf= iKfbB

23、,渗透压力,= icBRT= ibBRT,NaCl Na+ + Cl-,i=2,MgCl2 Mg2+ + 2Cl-,i=3,Na2CO3 2Na+ + CO32-,i=3,MgSO4 Mg2+ + SO42-,i=2,A-B型强电解质， 校正因子i=2,A2-B或A-B2型强电解质， 校正因子i=3,校正因子i 是一“分子”电解质解离出的离子数,【思考题2-2 】排出下列稀溶液在310K时, 蒸气压下降(P )由小到大的顺序., 0.01molkg-1蔗糖溶液 0.01mol kg-1 葡萄糖溶液 0.01molkg-1NaCI溶液。,答案： =,例：临床上常用的生理盐水 是9.0 gL-1的

24、NaCl溶液,求此溶液在37时的渗透压(不考虑离子强度),解:,根据:, = i cBRT,NaCl,cB = 9.0/58.5 (molL-1), = i cB RT=,=7.9 102(kPa),2,( 9.0/58.5 ),8.314310,i=2,（二）渗透浓度：,体液中能产生渗透效应的各种渗透活性物质(分子或离子)的物质的量浓度的总和,molL-1,mmolL-1,符号cOS 单位:,渗透活性物质：在溶液中产生渗透效应的溶质粒子（分子、离子）,医学上常用渗透浓度来比较溶液渗透压力的大小,例:求50.0gL-1葡萄糖(Mr=180)的渗透浓度,渗透浓度COS =0.278molL-1,

25、cB=50.0/180,=278 mmolL-1,=0.278(molL-1),1000,非电解质溶液渗透浓度 = 物质的量浓度,渗透浓度=0.154OsmolL-1 =154mOs molL-1,例:求9.0gL-1NaCl(Mr=58.5)的渗透浓度,cB=9.0/58.5=0.154(molL-1),渗透浓度cOS = icB,= 20.154,= 0.308 molL-1,= 308 mmolL-1,1000,例: 求含0.1 molL-1NaCl和0.1 molL-1MgCl2的溶液的渗透浓度,cOS=0.1+0.1+0.1+0.2(molL-1),Na+,Cl-,Mg2+,Cl-,

26、=0.5 molL-1,=500 mmolL-1,1000,(三) 等渗、高渗和低渗溶液,比(与) 体液渗透压 的溶液,高,低,正常人血浆为:cOS= 303.7 mmolL-1 等渗溶液: cOS= 280320 mmolL-1 高渗溶液: cOS大于320 mmolL-1 低渗溶液: cOS小于280 mmolL-1,相等,等渗溶液,高渗溶液,低渗溶液,临床上应用的等渗溶液： 9.0gL-1NaCl溶液(308 mmolL-1) 50.0gL-1葡萄糖溶液(278 mmolL-1) 12.5gL-1NaHCO3溶液(298 mmolL-1) 18.7gL-1乳酸钠溶液(333 mmolL-

27、1),P20 表2-5正常人血浆、组织间液和细胞内 各种物质的渗透浓度,红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,(a)在生理盐水 (9gL-1NaCl)中,(b)在较稀盐水 (5gL-1 NaCl)中,(c)在较浓盐水 (15gL-1 NaCl)中,红细胞在不同浓度 NaCI溶液中的形态,红细胞 稀盐水,(5.0g.L-1NaCI),内 外,水,红细胞 浓盐水,(15g. L-1NaCI ),内 外,水,红细胞 生理盐水,内 外,渗透平衡,红细胞逐渐肿胀,破裂(溶血),逐渐皱缩(栓塞),维持原形态,图 (a),图 (c),图 (b),红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,(a)在生理盐水 (9gL-1NaCl)中,(b)在较稀盐水 (5gL-1 NaCl)中,(c) 在较浓盐水 (15gL-1 NaCl)中,红细胞在不同含量的NaCl溶液中的形态图,溶血！,栓塞！,在生理盐水 (9gL-1NaCl)中,在较稀盐水 (5gL-1 NaCl)中,在较浓盐水 (15gL-1 NaCl)中,(四）晶体渗透压力和胶体渗透压力,人体血浆总渗透压770kPa,晶体渗透压(766kPa),由晶体物质产生,其质量浓度：7.5g.L-1,例 NaCI , NaHCO3,葡萄糖等小分子物质,胶体渗透压(约2.94.0kPa）,由胶体物质产生