第二章：溶液.ppt

制制 作作 人：衷人：衷 友友 泉泉主主 讲讲 人：程人：程 林林12/31/20221第二章：溶第二章：溶 液液12/31/20222分散体系分散体系溶液溶液胶体胶体粗分散体系粗分散体系r 10-910-9r10-712/31/20223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 放热放热NH4NO3溶于水 吸热吸热50mlC2H5OH50mlH2O 100ml100ml50mlHAc50mlH2O 100ml100ml白色的无水CuSO4溶于水 蓝色蓝色溶液溶液溶质溶质溶剂溶剂 通常状态发生变化(B)B)溶解前后状态相同溶解前后状态相同(A)(A)通常含量大的通常含量大的特殊的物理特殊的物理化学过程化学过程12/31/20224第一节:溶液浓度表示法 一、质量摩尔浓度一、质量摩尔浓度:SI单位：mol.kg-1nBb bB mA=特别要注意的是:指每kg溶剂中含溶质的物质的量二、物质的量二、物质的量浓度浓度：nBC CB VSI单位：mol.L-1=12/31/20225三、摩三、摩 尔尔 分分 数数SI 单单 位：位：1第一节:溶液浓度表示法 12/31/20226 例例例例1-110%1-110%氯化钠的密度氯化钠的密度氯化钠的密度氯化钠的密度p=1.07gcm p=1.07gcm 3 3(283k)(283k)，该溶液该溶液该溶液该溶液的的的的 物质的量物质的量物质的量物质的量 浓度是多少？浓度是多少？浓度是多少？浓度是多少？解：解：解：解：C CNaClNaCl=溶质的溶质的溶质的溶质的 物质的物质的物质的物质的量量量量/溶液的体积溶液的体积溶液的体积溶液的体积 =10g/58.5gmol=10g/58.5gmol /100g/1.07gcm/100g/1.07gcm33 1000cm1000cm3 3dm dm 33 =1.83moldm =1.83moldm 33 例例例例1-21-2欲配制欲配制欲配制欲配制1.0moldm 1.0moldm 3 3 的硫酸溶液的硫酸溶液的硫酸溶液的硫酸溶液0.50dm0.50dm3 3，需取需取需取需取p=1.84gcm p=1.84gcm 3 3，98%98%的浓硫酸多少立方厘米？的浓硫酸多少立方厘米？的浓硫酸多少立方厘米？的浓硫酸多少立方厘米？解：设需取用浓硫酸解：设需取用浓硫酸解：设需取用浓硫酸解：设需取用浓硫酸xcmxcm3 3.因为稀释前后溶液中的溶质含量不变因为稀释前后溶液中的溶质含量不变因为稀释前后溶液中的溶质含量不变因为稀释前后溶液中的溶质含量不变固有固有固有固有 0.50dm0.50dm3 31.0moldm 1.0moldm 3 3 98gmol 98gmol 11 =x1.84gcm =x1.84gcm 3 3 98%98%解得解得解得解得 x=27.2cmx=27.2cm3 312/31/20227 把把30.3g乙醇乙醇(C2H5OH)溶于溶于50.0gCCl4所配成溶液的密度为所配成溶液的密度为1.28g/cm3。计算：。计算：(1)乙醇的质量百分数；乙醇的质量百分数；(2)乙醇的物质的量乙醇的物质的量分数；分数；(3)乙醇的质量摩尔浓度；乙醇的质量摩尔浓度；(4)乙醇的物质的量浓度乙醇的物质的量浓度（molL1）。）。n解：解：(1)w(C2H5OH)=30.3/(30.3+50.0)=0.377=37.7%n(2)n(C2H5OH)=30.3/46=0.6587；n n(CCl4)=50.0/154=0.3247n x C2H5OH=0.6587/(0.6587+0.3247)=0.670 n(3)bC2H5OH=0.6587/0.05=13.2(molkg1)n(4)n(C2H5OH)=0.6587,V溶液溶液=W/=(30.3+50.0)/1.28 n =62.73(mL)nc(C2H5OH)=n(C2H5OH)/V溶液溶液 n =0.6587/62.73n =0.01050molmL1 n =10.50molL112/31/20228第二节:其他溶液浓度表示法 n n 质量分数和体积分数质量分数和体积分数质量分数和体积分数质量分数和体积分数n n质量分数质量分数质量分数质量分数 溶质与溶液质量之比用符号溶质与溶液质量之比用符号溶质与溶液质量之比用符号溶质与溶液质量之比用符号表示表示表示表示 n n=m=m溶质溶质/m/m溶液溶液 （g/gg/g)n n体积分数体积分数体积分数体积分数 溶质溶质溶质溶质(液态液态液态液态)与溶液体积之比与溶液体积之比与溶液体积之比与溶液体积之比n n B=VB/VB=VB/V总总 （ml/ml)ml/ml)比例浓度比例浓度比例浓度比例浓度溶质的质量溶质的质量溶质的质量溶质的质量(固体固体固体固体)或体积或体积或体积或体积(液体液体液体液体)与溶液的质量与溶液的质量与溶液的质量与溶液的质量(固固固固体体体体)或体积或体积或体积或体积(液体液体液体液体)的比例的比例的比例的比例表示方法表示方法表示方法表示方法 1:x1:x(g/gg/g)（ml/mlml/ml）（）（）（）（g/mlg/ml）在药典中常见在药典中常见在药典中常见在药典中常见国家标准国家标准国家标准国家标准12/31/20229第三节：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)12/31/202210水蒸气分子水蒸气分子水蒸气分子水蒸气分子蒸气压本质蒸气压本质蒸气压本质蒸气压本质 水的蒸气压是由水的蒸气压是由水的蒸气压是由水的蒸气压是由于水中一部分能于水中一部分能于水中一部分能于水中一部分能量较高的水气分量较高的水气分量较高的水气分量较高的水气分子逸出水面，并子逸出水面，并子逸出水面，并子逸出水面，并作热运动撞击容作热运动撞击容作热运动撞击容作热运动撞击容器壁所产生的器壁所产生的器壁所产生的器壁所产生的“压力压力压力压力”12/31/202211气相气相气相气相液相液相液相液相蒸蒸蒸蒸气气气气分分分分子子子子水蒸发动态水蒸发动态平衡平衡过程过程图图动动 态态 平平 衡衡当温度恒定当温度恒定当温度恒定当温度恒定时，水中的时，水中的时，水中的时，水中的水蒸气分子水蒸气分子水蒸气分子水蒸气分子的蒸发与凝的蒸发与凝的蒸发与凝的蒸发与凝聚的的速度聚的的速度聚的的速度聚的的速度达到动态平达到动态平达到动态平达到动态平衡，此时的衡，此时的衡，此时的衡，此时的蒸汽压也是蒸汽压也是蒸汽压也是蒸汽压也是恒定的。恒定的。恒定的。恒定的。12/31/202212 温度升高，水的蒸气压温度升高，水的蒸气压温度升高，水的蒸气压温度升高，水的蒸气压也升高。也升高。也升高。也升高。蒸气压蒸气压蒸气压蒸气压PaPa温度温度温度温度k k273273610.5610.5373373101000101000不同温度下水不同温度下水不同温度下水不同温度下水的蒸气压曲线的蒸气压曲线的蒸气压曲线的蒸气压曲线273K273K373K373K水水0.610KPa101KPa12/31/202213实 验：经过一段时间经过一段时间糖水糖水液面液面上升上升纯水纯水纯水纯水糖水糖水液面液面下降下降钟罩钟罩12/31/202214实 验：经过一段时间经过一段时间糖水糖水液面液面上升上升纯水纯水纯水纯水糖水糖水液面液面下降下降钟罩钟罩12/31/202215实 验：经过一段时间经过一段时间糖水糖水液面液面上升上升纯水纯水纯水纯水糖水糖水液面液面下降下降钟罩钟罩12/31/202216实 验：经过一段时间经过一段时间糖水糖水液面液面上升上升纯水纯水纯水纯水糖水糖水液面液面下降下降钟罩钟罩证明：12/31/202217实验证明：实验证明：n 在相同的温度下，当把不挥发的非电解质溶入在相同的温度下，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，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这一现象称为溶液的蒸气压下降。蒸气压下降。纯溶剂纯溶剂溶溶 液液12/31/202218拉乌尔定律（Raoult）n1887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。剂摩尔分数的乘积。”P溶液 p x剂剂p 纯溶剂的蒸汽压X剂溶剂的物质的量分数12/31/202219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在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值，近似地与溶质的摩尔分数成正比，而与的下降值，近似地与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。溶质的本性无关。12/31/202220二、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：近似公式：bBKTbb=12/31/202221蒸蒸气气压压(KPa)温温 度度Tf273纯水的蒸气压曲线纯水的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线冰的蒸气压冰的蒸气压曲线曲线0.61溶液沸点升高和凝固点下降曲线101.3kPa373TbTb12/31/202222溶液凝固点降低溶液凝固点降低溶液凝固点降低溶液凝固点降低在在101.3kPa101.3kPa下下将将将将273K273K的冰加入至的冰加入至的冰加入至的冰加入至273K273K水溶液中时水溶液中时水溶液中时水溶液中时水溶液水溶液水溶液水溶液 冰冰冰冰 600600Pa Pa 610.5 Pa 610.5 Pa 由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化由于冰蒸汽压大于水溶液蒸汽压冰将会融化第第二二节节：稀稀溶溶液液的的依依数数性性 例例例例 273K273K101.3kPa101.3kPa 水水水水 冰冰冰冰 610.5 Pa 610.5 Pa 610.5 Pa 610.5 Pa 溶剂凝固点溶剂凝固点溶剂凝固点溶剂凝固点 液相与固相具有相同蒸汽压而能平衡共存时温度液相与固相具有相同蒸汽压而能平衡共存时温度液相与固相具有相同蒸汽压而能平衡共存时温度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 12/31/202223蒸蒸气气压压(KPa)温温 度度Tf273纯水的蒸气压曲线纯水的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线冰的蒸气压冰的蒸气压曲线曲线0.61溶液沸点升高和凝固点下降曲线101.3kPa373TbTb12/31/202224二、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。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=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 kg mol-112/31/202225如如NaClNaCl：低共熔温度为低共熔温度为-21.2-21.2 C C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）。12/31/202226 例例例例1 1 溶解溶解溶解溶解0.1150.115克奎宁于克奎宁于克奎宁于克奎宁于1.361.36克樟脑中测得其凝固点克樟脑中测得其凝固点克樟脑中测得其凝固点克樟脑中测得其凝固点为为为为442.6k442.6k计算奎宁摩尔质量计算奎宁摩尔质量计算奎宁摩尔质量计算奎宁摩尔质量解设奎宁摩尔质量解设奎宁摩尔质量解设奎宁摩尔质量解设奎宁摩尔质量为为为为MM樟脑凝固点为樟脑凝固点为樟脑凝固点为樟脑凝固点为452.8k452.8k k kf f=39.70=39.70T Tf f=45208=45208442.6=10.2(k)442.6=10.2(k)在在在在10001000克樟脑中溶解奎宁质量为克樟脑中溶解奎宁质量为克樟脑中溶解奎宁质量为克樟脑中溶解奎宁质量为0.115/1.361000=84.56(g)0.115/1.361000=84.56(g)该溶液质量摩尔浓度该溶液质量摩尔浓度该溶液质量摩尔浓度该溶液质量摩尔浓度m=84.56/Mm=84.56/M根根根根据据据据 T Tf f=KKf f mm得得得得 M=39.784.56/10.2329(gmol M=39.784.56/10.2329(gmol 11)12/31/202227 1.1.溶解溶解溶解溶解3.243.24克硫于克硫于克硫于克硫于4040克苯中，苯的沸点升高克苯中，苯的沸点升高克苯中，苯的沸点升高克苯中，苯的沸点升高0.81K0.81K，已知苯的已知苯的已知苯的已知苯的K Kb b=2.53=2.53，问硫在此溶液中的分子是由几，问硫在此溶液中的分子是由几，问硫在此溶液中的分子是由几，问硫在此溶液中的分子是由几个硫原子组成的？个硫原子组成的？个硫原子组成的？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。12/31/202228溶质溶质溶质溶质溶质分子溶质分子溶质分子溶质分子分子热运动图分子热运动图分子热运动图分子热运动图热运动轨迹热运动轨迹热运动轨迹热运动轨迹三、渗透现象12/31/202229半透膜原理半透膜原理半透膜原理半透膜原理图图图图大分子大分子小分子小分子多孔性薄膜多孔性薄膜半透膜半透膜半透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薄膜12/31/20223012/31/202231 只允许一些物质通过，不允许另一些物质通过只允许一些物质通过，不允许另一些物质通过 水柱水柱H H产生的压力渗透压产生的压力渗透压 H H2 2O O从蒸气压大的向蒸气压小的方向渗透。从蒸气压大的向蒸气压小的方向渗透。纯水溶液半透膜半透膜H三、渗透现象12/31/202232 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12/31/202233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。淡水淡水盐盐水水P(a)正常渗透系统淡水淡水盐水盐水P(b)反渗透系统 渗透、反渗透：海水淡化，污水处理（浓缩）渗透、反渗透：海水淡化，污水处理（浓缩）12/31/202234四、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：由于提示：由于 P P、T Tb b、T Tf f一般数值较小，测量分子量大的物质一般数值较小，测量分子量大的物质 较为困难，此时可用较为困难，此时可用 方法。方法。12/31/202235五、渗透压在生物医学中的应用生物体的细胞膜、毛细血管壁生物体的细胞膜、毛细血管壁半透膜半透膜当遇到半透膜两边溶液浓度不等时，产生渗透现象。当遇到半透膜两边溶液浓度不等时，产生渗透现象。红细胞红细胞纯水溶血溶血H2O萎缩萎缩浓盐水浓盐水H2O生理等渗透生理等渗透:5%5%葡萄糖葡萄糖 0.9%0.9%生理盐水生理盐水等渗等渗12/31/202236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=12/31/202237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 =Kf 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12/31/202238 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)nTb=(100.278+273)(100+273)=0.278K；nbB=Tb/Kb=0.278/0.518=0.537molkg1；nTf =KfbB=1.86 0.537=0.998K；n Tf=TfTf=2730.998=272.002K；n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，np=pxA=3167.73 0.9904=31370（Pa）n溶液很稀，c在数值上与bB相等，n=cRT bBRT=0.537 8.314 273=1219kpa。12/31/202239（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几种盐的水溶液的冰点下降情况盐盐 m/molkg-1 Ti/K（计算值）（计算值）Ti/K（实验值）（实验值）KCl 0.20 0.372 0.673 1.81KNO3 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强电解质溶液理论强电解质溶液理论12/31/202240电解质溶液的依数性i 称为等渗系数 i 1 18871887年，年，ArrheniusArrhenius 是这样在电离理论中解释这个现象是这样在电离理论中解释这个现象的：的：电解质在水溶液中是电离的电解质在水溶液中是电离的.电离电离“似乎似乎”又是不完全的又是不完全的.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，那么完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？，这一矛盾又如何解释呢？12/31/202241强电解质溶液理论强电解质溶液理论 1923年，年，Debye和和Hckle 提出了强电解质溶液理论，初步解提出了强电解质溶液理论，初步解释了前面提到的矛盾释了前面提到的矛盾.（1）离子氛和离子强度离子氛和离子强度 用用I 离离 子强度表示子强度表示 离子与离子与“离子氛离子氛”之间的强弱，之间的强弱，Zi表表示溶液中种示溶液中种i离子的电荷数，离子的电荷数，mi表示表示i种离子的质量摩尔浓度，则种离子的质量摩尔浓度，则 强电解质在水溶强电解质在水溶液中是完全电离的，但液中是完全电离的，但离子并不是自由的，存离子并不是自由的，存在着在着“离子氛离子氛”。12/31/202242求下列溶液的离子强度求下列溶液的离子强度0.01 molkg-1的的BaCl2的溶液的溶液.12/31/202243（2 2）活度和活度系数）活度和活度系数 指电解质溶液中离子实际发挥的浓度，称为有效浓度或指电解质溶液中离子实际发挥的浓度，称为有效浓度或活度活度.显然显然 =rcrc 这里，这里，活度，活度，c c 浓度，浓度，rr活度系数活度系数 戴维斯经验式12/31/202244活度与活度系数戴维斯经验式 Z 越高，越高，I 较大，较大，r 的数值越小的数值越小 c 越大，越大，I 较大，则较大，则 与与 c 的偏离越大的偏离越大 c 很低，很低，I 也很小，一般可近似认为也很小，一般可近似认为 r=1.0,可用可用 c 代替代替 12/31/202245