第三章溶液与水溶液中的离子平衡精选文档.ppt

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1、第三章溶液与水溶液中的离子平衡本讲稿第一页，共六十二页一、溶液一、溶液 一一种种物物质质以以分分子子或或离离子子分分散散于于另另一一种种物物质质中中所所构构成成的的均匀而又稳定的体系，称为溶液。均匀而又稳定的体系，称为溶液。溶液及浓度的表示方法溶液及浓度的表示方法 溶液组成可以有哪些形式溶液组成可以有哪些形式?气态溶液气态溶液(虽然不是液体虽然不是液体,但按定义也是溶液但按定义也是溶液)液态溶液液态溶液(气、固、液分散在液体中气、固、液分散在液体中)固态溶液（固体分散在另一固体中）固态溶液（固体分散在另一固体中）本讲稿第二页，共六十二页 例例：58.558.5克克食食盐盐溶溶解解于于10010

2、0克克水水中中，求求该该溶溶液液的的质质量量摩尔浓度。摩尔浓度。二、溶液浓度的表示方法二、溶液浓度的表示方法 1 1质量摩尔浓度质量摩尔浓度m m 单位：单位：mol/Kgmol/Kg定义：每公斤溶剂中含溶质的摩尔数。定义：每公斤溶剂中含溶质的摩尔数。如果在如果在WA克溶剂中溶解克溶剂中溶解WB克溶质，克溶质，MB为溶质的摩尔为溶质的摩尔质量，按定义，溶质的质量，按定义，溶质的质量摩尔浓度公式为？质量摩尔浓度公式为？本讲稿第三页，共六十二页 4.4.摩尔分数摩尔分数 xB B 5.5.体积分数体积分数3.3.质量分数质量分数(w)(w)（百分浓度）（百分浓度）2 2物质的量浓度（物质的量浓度（

3、c c）单位：单位：mol/dm mol/dm3 3本讲稿第四页，共六十二页 难挥发的非电解质稀溶液的性质（包括溶液的蒸气压、沸点、难挥发的非电解质稀溶液的性质（包括溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压）主要取决于所含凝固点和渗透压）主要取决于所含溶质粒子的数目溶质粒子的数目，而与溶，而与溶质本身的性质无关。这些性质称为质本身的性质无关。这些性质称为依数性依数性。3.3.1 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降(1)(1)(1)(1)蒸气压蒸气压蒸气压蒸气压 3.1 3.1 非电解质溶液的依数性非电解质溶液的依数性本讲稿第五页，共六十二页液体分子液体分子蒸气分子蒸气分子蒸蒸发发：液液面面上上能能量量

4、较较大大的的分分子子克克服服液液体体分分子子间间的的引引力力从从表表面面逸逸出出，成为蒸气分子的过程，又称成为蒸气分子的过程，又称气化气化。液体分子液体分子蒸气分子蒸气分子H0，S0蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子凝聚：凝聚：液面上空的蒸气分子不断液面上空的蒸气分子不断运动时，某些蒸气分子可能撞到运动时，某些蒸气分子可能撞到液面，被液体分子吸引而进入液液面，被液体分子吸引而进入液体中的过程。体中的过程。蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子H0，S0本讲稿第六页，共六十二页当当v(蒸发蒸发)=v(凝聚凝聚)时，时，H2O(g)所具有的压力所具有的压力p(H2O)即为该温度下水的蒸即为该温度下水的蒸气

5、压。气压。例：例：P(H2O)蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子此时，蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压，简此时，蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压，简称称蒸气压蒸气压。A(l)A(g)p(H2O,l,298K)=3167 Pap(H2O,l,373K)=101.325kPaH2O(l)H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气压增大。气压增大。本讲稿第七页，共六十二页(2)(2)溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 实验表明：实验表明：同一温度下，溶有难挥发溶质同一温度下，溶有难挥发溶质B的溶液中的蒸气压的溶液

6、中的蒸气压总是低于纯溶剂总是低于纯溶剂A的蒸气压。的蒸气压。p(溶液溶液,T)TbpTfp 400，0.50 x 0.5 pH=lg c(H+)=lg(2.9710-3)=3 0.47=2.53本讲稿第二十六页，共六十二页（2）一元弱碱）一元弱碱B(aq)+H2O(l)=BH+(aq)+OH(aq)若不考虑若不考虑Ka的量纲，则的量纲，则当当很小时，很小时，本讲稿第二十七页，共六十二页任何共轭酸碱的解离常数之间均存在这样的关系：任何共轭酸碱的解离常数之间均存在这样的关系：Ka与与Kb成反比，酸越强，其共轭碱越弱，反之亦然。成反比，酸越强，其共轭碱越弱，反之亦然。所以所以水的离子积常数水的离子积

7、常数碱碱B的共轭酸的共轭酸BH+的的Ka为为本讲稿第二十八页，共六十二页 多元弱酸多元弱酸(碱碱)的解离是分级进行的，每一级解离都有的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数。以磷酸为例：一个解离常数。以磷酸为例：一级解离一级解离：二级解离二级解离：三级解离三级解离：（3 3）多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱本讲稿第二十九页，共六十二页 可见，可见，Ka,3 K a,2 K a,1，每级解离常数相差，每级解离常数相差36个数个数 量级。因此，量级。因此，H+浓度的计算以一级解离为主。浓度的计算以一级解离为主。计算计算H+浓度时，若浓度时，若Ka,2/K a,110-3，可忽略二、三级，

8、可忽略二、三级 解离平衡。解离平衡。比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离 常数值即可。常数值即可。多元弱碱和多元弱酸有着类似的规律。多元弱碱和多元弱酸有着类似的规律。本讲稿第三十页，共六十二页例例3.4 已知已知H2CO3的的Ka,1=4.3010-7，K a,2=5.6110-11。计算计算0.0200 moldm-3 H2CO3溶液中溶液中H+和和 的浓度及的浓度及pH值。值。解：解：Ka,2 K，平衡逆向移动；平衡逆向移动；当当Q=K，处于平衡状态；，处于平衡状态；当当Q K，平衡正向移动。，平衡正向移动。本讲稿第四十六页，共六十二

9、页例例3.9 往盛有往盛有1.00dm3纯水的烧杯中加入纯水的烧杯中加入0.10cm3 0.010moldm-3 的的CaCl2溶液和溶液和0.10cm30.010moldm-3 Na2CO3溶液。问此时是否有沉淀生成溶液。问此时是否有沉淀生成？当继续往溶液中加入固体？当继续往溶液中加入固体Na2CO3，使，使Na2CO3的浓度达的浓度达0.025moldm-3，此时溶液有什么变化？，此时溶液有什么变化？解解：(1)混合溶液中混合溶液中Ca2+和和CO32-的浓度分别为：的浓度分别为：c(Ca2+)=(0.1010-30.010)/1.00=1.010-6 moldm-3c(CO32-)=(0

10、.1010-30.010)/1.00=1.010-6 moldm-3Q=c(Ca2+)c(CO32-)=1.010-12Ksp(CaCO3)=4.9610-9Q Ksp=4.9610-9 溶液中有白色的溶液中有白色的CaCO3沉淀生成沉淀生成。本讲稿第四十七页，共六十二页例例3.10 废水中废水中Cr3+的浓度为的浓度为 0.010 moldm-3,加入固体加入固体NaOH使之生使之生成成Cr(OH)3 沉淀沉淀,设加入固体设加入固体NaOH后溶液体积不变，计算：后溶液体积不变，计算：1)开始开始生成沉淀时，溶液中生成沉淀时，溶液中OH-的最低浓度的最低浓度;2)若要使若要使Cr3+的浓度小于

11、的浓度小于7.710-5 moldm-3以达到排放标准，此时以达到排放标准，此时溶液的溶液的pH值最小应为多少？值最小应为多少？解：解：1)Cr(OH)3(s)=Cr3+(aq)+3OH-(aq)若要生成沉淀，必使若要生成沉淀，必使 Q Ksp。设。设c(OH-)=xQ=c(Cr3+)c(OH-)3=0.010 x3 6.310-31，则，则 c(OH-)=x 4.010-10 moldm-32)若要使若要使Cr3+浓度小于浓度小于7.710-5moldm-3，必使大量，必使大量Cr3+沉淀除去。沉淀除去。则则Q=c(Cr3+)c(OH-)3=7.710-5x3 6.310-31,得得 c(O

12、H-)=x2.010-9 moldm-3pOH=lg c(OH-)8.7，即，即pH14 8.7=5.3本讲稿第四十八页，共六十二页 同离子效应同离子效应在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质时，在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做同离子效应同离子效应。CaCO3(s)Ca2+CO32-Na2CO32Na+CO32-此时：此时：Q(CaCO3)KSP(CaCO3)，向生成，向生成CaCO3的方向移动，的方向移动，使使CaCO3的溶解度降低。的溶解度降低。比如：比如：本讲稿第四十九页，共六十

13、二页解解:在水中在水中 KspMg(OH)2=c(Mg2+).c(OH-)2 1.210-11=4s3解得：解得：sMg(OH)2=1.410-4 mol.dm-3例例3.11 求求25时时Mg(OH)2在水中在水中的溶解度和在的溶解度和在0.5mol.dm-3 氨水氨水中的溶解度。中的溶解度。(已知已知KspMg(OH)2=1.210-11）sMg(OH)2=c(Mg2+)=1.3310-6 mol.dm-3KspMg(OH)2=c(Mg2+).c(OH-)2 =c(Mg2+)(0.003)2=1.210-11同离子效应使同离子效应使Mg(OH)2的溶解度降为原来的一百分之一。的溶解度降为原

14、来的一百分之一。在氨水中在氨水中本讲稿第五十页，共六十二页2.2.沉淀的转化沉淀的转化CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO42-(aq)Na2CO3(s)CO32-(aq)+2Na+(aq)+CaCO3(s)KspCaSO4=7.1010-5KspCaCO3=4.9610-9平衡时平衡时Ca2+浓度为浓度为7.0410-4 moldm-3CaSO4转化成了溶度积更转化成了溶度积更小的小的CaCO3沉淀。沉淀。KspCa3(PO4)2=2.0710-33 平衡时平衡时Ca2+的浓度为的浓度为3.4210-7moldm-3Na3PO4Ca3(PO4)2本讲稿第五十一页，共六十二页沉淀的转化：沉淀

15、的转化：一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。沉淀转化程度可以用反应的沉淀转化程度可以用反应的平衡常数平衡常数K来表达。来表达。如：如：PbCl2(s)+2I-(aq)PbI2(s)+2Cl-(aq)白白 黄黄Ksp(PbCl2)=1.610-5 Ksp(PbI2)=1.3910-8本讲稿第五十二页，共六十二页污水处理中沉淀的转化：污水处理中沉淀的转化：FeS(s)+Cd2+CdS(s)+Fe2+K=1.01010FeS(s)+Hg2+HgS(s)+Fe2+K=5.81033本讲稿第五十三页，共六十二页3.3.沉淀的溶解沉淀的溶解根据溶度积规则，离子积

16、根据溶度积规则，离子积Q Ksp,有沉淀析出有沉淀析出Q=Ksp ,溶解溶解-结晶达到平衡结晶达到平衡QKsp ,沉淀溶解沉淀溶解沉淀溶解的条件：沉淀溶解的条件：降低溶度积常数中相关离子的浓度，使降低溶度积常数中相关离子的浓度，使QKsp。沉淀溶解的方法：沉淀溶解的方法：1）利用酸碱反应；）利用酸碱反应；2）利用氧化还原反应。）利用氧化还原反应。本讲稿第五十四页，共六十二页1）利用酸碱反应）利用酸碱反应 CaCO3(s)Ca2+CO32-+H+H2O+CO2(g)c(CO32-)下降，下降，QKsp，CaCO3溶解。溶解。又如：又如：Fe(OH)3(s)+3H+(aq)=Fe3+3H2O(l)

17、部分金属硫化物部分金属硫化物FeS、ZnS、MnS、NiS等能溶于稀酸：等能溶于稀酸：ZnS(s)+2H+(aq)=Zn2+H2S(g)本讲稿第五十五页，共六十二页2）利用氧化还原反应）利用氧化还原反应 一些金属硫化物如一些金属硫化物如Ag2S、CuS、PbS等，不溶于非氧等，不溶于非氧 化性的酸，但可加入氧化性酸，降低化性的酸，但可加入氧化性酸，降低S2-离子的浓度，离子的浓度，使之溶解。使之溶解。如：如：3PbS+8HNO3(稀稀)=3Pb(NO3)2+3S(s)+2NO(g)+4H2O(l)HNO3将将S2-氧化为氧化为S，大大降低了，大大降低了S2-的浓度，使的浓度，使 c(Pb2+)

18、c(S2-)Ksp(PbS)，PbS沉淀溶解。沉淀溶解。本讲稿第五十六页，共六十二页第三章总结第三章总结 难挥发的非电解质稀溶液的依数性：难挥发的非电解质稀溶液的依数性：Tb=Tb Tb=kbm Tf=Tf Tf=kfmp=pAxB=pA(nB/n)蒸气压下降蒸气压下降沸点上升沸点上升凝固点下降凝固点下降渗透压渗透压本讲稿第五十七页，共六十二页 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡2.2.酸和碱在水溶液中的电离平衡及酸和碱在水溶液中的电离平衡及pHpH值的计算值的计算电离平衡，电离常数电离平衡，电离常数Ka，Kb对于共轭酸碱对对于共轭酸碱对1.水的离子积水的离子积水的离子积常数

19、水的离子积常数本讲稿第五十八页，共六十二页 溶度积和溶解度的关系溶度积和溶解度的关系AB型型难溶电解质难溶电解质A2B型或型或A2B型型难溶电解质难溶电解质 溶度积规则溶度积规则Q Ksp,溶液过饱和，有沉淀析出溶液过饱和，有沉淀析出Q=Ksp ,溶解溶解-结晶达到平衡，饱和溶液结晶达到平衡，饱和溶液QKsp ,溶液不饱和，无沉淀析出溶液不饱和，无沉淀析出离子积离子积本讲稿第五十九页，共六十二页同离子效应同离子效应在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫

20、做同离子效同离子效应应。沉淀的转化沉淀的转化 一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。沉淀转化程度可以用反应的沉淀转化程度可以用反应的平衡常数平衡常数K来表达。来表达。本讲稿第六十页，共六十二页3.3.缓冲溶液和缓冲溶液和pHpH的控制的控制共轭酸共轭酸=共轭碱共轭碱+H+nAm+(aq)+mBn-(aq)AnBm(s)Ksp与浓度无关，受温度影响。可由热力学数据计算。与浓度无关，受温度影响。可由热力学数据计算。难溶电解质在水溶液中的溶解平衡难溶电解质在水溶液中的溶解平衡溶度积溶度积本讲稿第六十一页，共六十二页 沉淀的溶解沉淀的溶解 降低溶度积常数中相关离子的浓度，使降低溶度积常数中相关离子的浓度，使QKsp 方法：方法：1）利用酸碱反应；）利用酸碱反应；2）利用配合反应；）利用配合反应；3）利用氧化还原反应。）利用氧化还原反应。本讲稿第六十二页，共六十二页