第4章溶液精选PPT.ppt

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1、第第4章章 溶液溶液第1页，本讲稿共79页 把一种或几种物质分把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成散在另一种物质中就构成分散系统。其中，分散系统。其中，被分散被分散的物质称为分散相的物质称为分散相（dispersed phasedispersed phase），），另一种物质称为分散介质另一种物质称为分散介质（dispersing medium)dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠例如：云，牛奶，珍珠第第1讲讲 分散系统分散系统第2页，本讲稿共79页第第1 1节节 分散系统的分类和水的相图分散系统的分类和水的相图一、分类一、分类序号序号分散相分散相分散介质分散介质实例

2、实例1气气气气空气空气2液液气气雾雾3固固气气烟尘烟尘4气气液液泡沫泡沫5液液液液牛奶，水溶液牛奶，水溶液6固固液液糖水，悬浮泥沙糖水，悬浮泥沙7气气固固浮石，泡沫塑料浮石，泡沫塑料8液液固固凝胶，珍珠凝胶，珍珠9固固固固某些合金某些合金分散系统按聚集状态分类分散系统按聚集状态分类第3页，本讲稿共79页分散系统按分散相颗粒大小分类分散系统按分散相颗粒大小分类分分 散散 系系 统统粗分散系统粗分散系统胶体分散系统胶体分散系统分子或离子分散系统分子或离子分散系统颗粒大小颗粒大小100nm1-100nm1nm某些性质某些性质透不过滤纸透不过滤纸多多 相相能透过滤纸能透过滤纸多相或单相多相或单相能透过

3、滤纸能透过滤纸单单 相相实例实例浊液浊液如泥浆如泥浆胶体，大分子溶液。胶体，大分子溶液。真溶液真溶液如葡萄糖溶液如葡萄糖溶液第4页，本讲稿共79页二二 溶液及其浓度表示方法溶液及其浓度表示方法1.1.溶液的一般概念和分类溶液的一般概念和分类 溶液是由两种或多种组分所组成的均匀系统。所有溶液是由两种或多种组分所组成的均匀系统。所有溶液都是由溶质和溶剂组成。溶剂是一种介质，在其溶液都是由溶质和溶剂组成。溶剂是一种介质，在其中均匀分布着溶质的分子或离子。中均匀分布着溶质的分子或离子。根据聚集状态，可将溶液分为：根据聚集状态，可将溶液分为：(1)气体溶液气体溶液 是几种气体的均匀混合物。是几种气体的均

4、匀混合物。(2)固体溶液固体溶液 一种或多种固体溶解在另一种固体中。一种或多种固体溶解在另一种固体中。(3)液体溶液液体溶液 又分气又分气-液溶液、固液溶液、固-液溶液和液液溶液和液-液溶液。液溶液。第5页，本讲稿共79页2.2.溶液浓度的表示法溶液浓度的表示法(1)摩尔分数摩尔分数 x 溶质的溶质的“物质的量物质的量”占全部溶液占全部溶液“物质的量物质的量”的分数，的分数，用用x表示。表示。若其溶液是由若其溶液是由A和和B两种组分组成的，它们在溶液中的两种组分组成的，它们在溶液中的“物物质的量质的量”分别为分别为nA和和nB，则，则组分组分A的摩尔分数的摩尔分数组分组分B的摩尔分数的摩尔分数

5、第6页，本讲稿共79页(2)质量摩尔浓度质量摩尔浓度m 用单位质量溶剂中所含溶质的用单位质量溶剂中所含溶质的“物质的量物质的量”表示的溶液浓表示的溶液浓度叫作质量摩尔浓度，用符号度叫作质量摩尔浓度，用符号m表示。单位是表示。单位是molkg-1。m=n(溶质溶质)w(溶剂溶剂)(kg)(3)物质的量浓度物质的量浓度(即体积摩尔浓度即体积摩尔浓度)c 用一升溶液中所含溶质的用一升溶液中所含溶质的“物质的量物质的量”表示的溶液浓度叫表示的溶液浓度叫作物质的量浓度作物质的量浓度(即体积摩尔浓度即体积摩尔浓度)，用符号，用符号c表示。单位是表示。单位是molL-1。第7页，本讲稿共79页 c=n(溶质

6、溶质)V(溶液溶液)(L)三三 水的蒸气压和相图水的蒸气压和相图1.水的蒸气压水的蒸气压 把液体置于抽空的密闭容器中，在一定温度下，当把液体置于抽空的密闭容器中，在一定温度下，当液体的蒸发速率与蒸气的凝结速率相等时，气、液两液体的蒸发速率与蒸气的凝结速率相等时，气、液两相达到平衡，此时蒸气的压力叫做相达到平衡，此时蒸气的压力叫做饱和蒸气压饱和蒸气压，简称，简称蒸气压蒸气压。第8页，本讲稿共79页蒸气压示意图蒸气压示意图第9页，本讲稿共79页水的饱和蒸汽压曲线水的饱和蒸汽压曲线第10页，本讲稿共79页2.水的相图水的相图水的相图水的相图第11页，本讲稿共79页第第2节节 非电解质稀溶液的依数性（

7、稀溶液的通性）非电解质稀溶液的依数性（稀溶液的通性）一一 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 将少量难挥发的非电解质溶于溶剂中，如白糖溶于水中、萘将少量难挥发的非电解质溶于溶剂中，如白糖溶于水中、萘(C10H8)溶于苯中，溶剂的蒸气压都要下降。溶于苯中，溶剂的蒸气压都要下降。Why?第12页，本讲稿共79页纯水纯水浓溶液浓溶液空杯空杯稀溶液稀溶液第13页，本讲稿共79页 对于含有难挥发非电解质的稀溶液的蒸汽压，拉乌尔给出了定量的数学表达式：红框内的数学表达式，称为拉乌尔定律。红框内的数学表达式，称为拉乌尔定律。其中：其中：PA为纯溶剂的饱和蒸汽压，为纯溶剂的饱和蒸汽压，xB为溶质的摩尔分数为溶质

8、的摩尔分数 xA为溶剂的摩尔分数为溶剂的摩尔分数拉乌尔定律拉乌尔定律第14页，本讲稿共79页由拉乌尔定律得出：由拉乌尔定律得出：难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值 P P 与与溶液中溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本溶液中溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。性无关。在溶质的摩尔分数一定时，在溶质的摩尔分数一定时，溶液也有一条蒸汽压曲线，溶液也有一条蒸汽压曲线，并总是处在纯溶剂的蒸汽压并总是处在纯溶剂的蒸汽压曲线之下曲线之下第15页，本讲稿共79页二、溶液的沸点升高和凝固点下降二、溶液的沸点升高和凝固点下降 液体的蒸气压液体的蒸气压随温度的升高随温度的升高

9、而增大，当其而增大，当其蒸汽压等于外蒸汽压等于外界压力时，即界压力时，即101.3KPa时，时，液体就沸腾。液体就沸腾。此时对应的此时对应的温温度度叫做叫做沸点沸点。用用Tb表示。表示。第16页，本讲稿共79页 tb =Kb mm：质量摩尔浓度，是指：质量摩尔浓度，是指1000g溶剂中所含溶质溶剂中所含溶质 的的 物质的量。物质的量。式中式中Kb是沸点升高常数，与溶剂的摩尔质量、沸点、是沸点升高常数，与溶剂的摩尔质量、沸点、气化热有关。单位为气化热有关。单位为Kkgmol-1，或，或kgmol-1。第17页，本讲稿共79页 在在101.3KPa下纯液体和它的固相成平衡的温度就是该液体的下纯液体

10、和它的固相成平衡的温度就是该液体的正常凝固点，在此温度液相的蒸气压与固相的蒸气压相等。正常凝固点，在此温度液相的蒸气压与固相的蒸气压相等。第18页，本讲稿共79页 tf =Kf m 比例常数叫作凝固点降低常数，它与溶剂的凝固点、摩比例常数叫作凝固点降低常数，它与溶剂的凝固点、摩尔质量以及熔化热有关。尔质量以及熔化热有关。m：质量摩尔浓度，是指：质量摩尔浓度，是指1000g溶剂中所含溶质溶剂中所含溶质 的的 物质的量。物质的量。第19页，本讲稿共79页 利利用用稀稀溶溶液液沸沸点点升升高高、凝凝固固点点下下降降的的性性质质可可通通过过实实验验测定物质的相对分子质量。测定物质的相对分子质量。例题：

11、在26.6gCHCl3中溶解0.402g难挥发非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了0.432K，CHCl3的沸点升高常数为3.63KKgmol-1,求该溶质的平均相对分子质量。第20页，本讲稿共79页解：依据 tb =Kb m第21页，本讲稿共79页三三 溶液的渗透压溶液的渗透压渗透现象示意图渗透现象示意图1.渗透现象渗透现象第22页，本讲稿共79页2.渗透压渗透压 这种刚刚可以阻止渗这种刚刚可以阻止渗透过程进行所外加的透过程进行所外加的压力叫作溶液的渗透压力叫作溶液的渗透压压渗透现象示意图渗透现象示意图第23页，本讲稿共79页 稀溶液的渗透压稀溶液的渗透压和溶液的体积摩尔浓度成正比，和溶液的体

12、积摩尔浓度成正比，溶质的本性无关，其数学表达式为：溶质的本性无关，其数学表达式为：式中式中是渗透压，单位是是渗透压，单位是Pa；c是体积摩尔浓度是体积摩尔浓度,单位单位是是molmolm-3；R是气体常数即是气体常数即8.314 J(mol K)-1；T是热是热力学温度。力学温度。第24页，本讲稿共79页3.3.渗透现象的应用渗透现象的应用反渗透示意图反渗透示意图第25页，本讲稿共79页4.难挥发非电解质稀溶液的依数性难挥发非电解质稀溶液的依数性 tb =Kb m tf =Kf m 对于难挥发非电解质稀溶液，对于难挥发非电解质稀溶液，“蒸气压降低蒸气压降低”、“沸点升高沸点升高”、“凝固点降低

13、凝固点降低”、“渗透压渗透压”的数值仅与溶液中溶质的质点数有关，而与的数值仅与溶液中溶质的质点数有关，而与溶质的特性无关，我们称这些性质为难挥发非溶质的特性无关，我们称这些性质为难挥发非电解质稀溶液的依数性。电解质稀溶液的依数性。第26页，本讲稿共79页注意：注意：1.难挥发非电解质难挥发非电解质浓浓溶液溶液也有也有蒸气压降蒸气压降低、低、沸点升高沸点升高、凝、凝固点降低和渗透压等的性质固点降低和渗透压等的性质，但不符合前面所讲公式的定但不符合前面所讲公式的定量关系量关系。2.电解质溶液由于离解使粒子数增多，使溶液的依数性增电解质溶液由于离解使粒子数增多，使溶液的依数性增大。但由于正负离子的相

14、互作用，也不符合前面的公式。大。但由于正负离子的相互作用，也不符合前面的公式。3.以上两种情况，对于上述依数性的定量关系都需加以校正，以上两种情况，对于上述依数性的定量关系都需加以校正，校正系数可由实验得出。校正系数可由实验得出。0.1mol.L-1 NaCl i=1.87 K2SO4 i=2.3 K3Fe(CN)6 i=2.85第27页，本讲稿共79页第第3 3节节 胶体胶体胶体分散体系：分散相粒子的直径在胶体分散体系：分散相粒子的直径在10-9m 10-7m之间，之间，属于胶体。例如蛋白质、核酸等高分子溶液，属于胶体。例如蛋白质、核酸等高分子溶液，Fe(OH)3溶胶等。溶胶等。一一 胶体的

15、制备胶体的制备1.分散法分散法 如使用胶体磨。如使用胶体磨。2.凝聚法凝聚法 如更换溶剂法，化学反应法，电弧法等。如更换溶剂法，化学反应法，电弧法等。复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2 2H H3 3AsOAsO3 3（稀）（稀）+3H+3H2 2S AsS As2 2S S3 3（溶胶）（溶胶）+6+6H H2 2O O第28页，本讲稿共79页二二 胶体的特性胶体的特性1.胶体的胶体的Tyndall效应效应 1869 1869年年TyndallTyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这

16、就是（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是TyndallTyndall效应效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。溶胶显著。第29页，本讲稿共79页2.2.胶体的布朗运动胶体的布朗运动 1827 1827 年植物学家年植物学家布朗（布朗（B Brown)rown)用显微镜观察到悬浮在液用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。第30页，本讲稿共79页 1905 1905年和年和19061906年爱因斯年爱因斯坦（坦（Einstein)Einstein)和斯莫鲁霍夫和斯莫

17、鲁霍夫斯基（斯基（Smoluchowski)Smoluchowski)分别阐分别阐述了述了BrownBrown运动的本质。运动的本质。认为认为BrownBrown运动是分散介运动是分散介质分子以不同大小和不同方向质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于当半径大于5 5 m m，BrownBrown运动消

18、失运动消失。布朗运动布朗运动第31页，本讲稿共79页三三 胶体的电泳胶体的电泳第32页，本讲稿共79页以碘化银胶体为例：以碘化银胶体为例：AgNO3+KI(过量过量)KNO3 +AgI 过量的过量的 KI 用作稳定剂用作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式：(AgI)mI-K+(AgI)m 胶核胶核(AgI)mnI (n-x)K+x-胶粒胶粒(AgI)mnI (n-x)K+x-xK+胶团胶团同一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。同一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。胶体的核心部分是不溶于水的粒子，称为胶体的核心部分是不溶于水的粒子，称为胶核胶核。胶核是电中。胶核是电

19、中性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为胶粒胶粒。由于吸。由于吸附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子粒带相反电荷的离子(自然也有其它离子自然也有其它离子)。胶粒及其带相反电。胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元荷的离子构成胶体的基本结构单元胶团胶团。胶体结构示意图胶体结构示意图 四、四、胶体的结构胶体的结构第33页，本讲稿共79页扩散双电层理论扩散双电层理论第34页，本讲稿共79页引起溶胶聚沉的方法引起溶胶聚沉的方法:1电解质的聚沉作用2相互聚沉现象

20、3加热第35页，本讲稿共79页凡能显著降低两相之间表面张力的物质称表面活性剂。表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点：表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油基团（疏水基团）。水相油相 双亲分子结构表面活性剂在两相界面作定向排列。使得两相之间的表面张力大大降低。图3.5 表面活性剂在两相界面的排列第第4节节 表面活性剂表面活性剂第36页，本讲稿共79页表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲水基团是离子结构的称为亲水基团是离子结构的称为离子型离子型，亲水基团是共价，亲水基团是共价结构的称为结构的称为非离子型非离子型。离子型表面活性

21、剂又可分为阳离子型离子型表面活性剂又可分为阳离子型(亲水基团是阳离亲水基团是阳离子子)、阴离子型、阴离子型(亲水基团是阴离子亲水基团是阴离子)和两性型和两性型(亲水基亲水基团既有阳离子又有阴离子团既有阳离子又有阴离子)表面活性剂。表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。可能会发生沉淀而失去活性作用。1.表面活性剂分类表面活性剂分类第37页，本讲稿共79页阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐RCOONa羧酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐两性表面活性剂两性表面活性

22、剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂ArCH2N(CH3)3Br 季胺盐类非离子型非离子型 R-O-(CH2-CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚类 2.表面活性剂举例表面活性剂举例第38页，本讲稿共79页 洗涤作用洗涤作用 洗涤剂是一种使用面很广的表面活性剂。肥皂是最普通的一种。肥皂是包含17个碳原子的硬脂酸钠盐。当洗涤剂用来洗涤衣服或织物上的油污时，由于亲油基与油脂类分子之间有较强的相互作用力而进入油污中。另一端的亲水基与水分子之间存在较强的作用力而溶于水，这样通过洗涤剂分子使水分子包围了油污，降低了油污与

23、织物之间的表面(界面)张力，再经搓洗，振动便可除去织物上的油污。织物污渍洗涤剂污渍亲水基疏水基附图3.6 洗涤剂的去污作用3.表面活性剂的应用表面活性剂的应用第39页，本讲稿共79页 乳化作用乳化作用两种互不相溶的液体，若将其中一种均匀地分散成极细的液滴于另一液体中，便形成乳状液。加入表面活性物质使形成稳定的乳状液的作用叫做乳化作用。若水为分散介质而油为分散相，即油分散在水中，称为水包油型乳状液，以符号O/W表示。例如，牛奶就是奶油分散在水中形成的O/W型乳状液。（a）O/W 型乳状液图3.6 表面活性物质稳定乳状液示意图第40页，本讲稿共79页若水分散在油中，则称为油包水型乳状液，以符号W/

24、O表示。例如，新开采出来的含水原油就是细小水珠分散在石油中形成的W/O型乳状液。（b）W/O型乳状液图3.6 表面活性物质稳定乳状液示意图第41页，本讲稿共79页 起泡作用起泡作用泡沫是不溶性气体分散于液体或熔融固体中所形成的分散系统。如肥皂泡沫(气体分散在液体中)、泡沫塑料、泡沫玻璃(气体分散在固体中)等。机械搅拌液态水，这时进入水中的空气被水膜包围形成了气泡，但这些气泡不稳定。若对溶解了表面活性剂的水溶液进行搅拌使其产生气泡，就可以形成坚固的液膜，使泡沫能保持较长时间稳定地存在。这种能稳定泡沫作用的表面活性剂叫做起泡剂。常见的起泡剂有肥皂、十二烷基苯磺酸钠等。空气图3.7 气泡的形成示意图

25、第42页，本讲稿共79页在另外一些情况下，则必须消除泡沫，例如，洗涤、蒸馏、萃取等过程中，大量的泡沫会带来不利。必须适当抑制发泡，往往加入一些短碳链(如C5C8)的醇或醚，它们能将泡沫中的起泡剂分子替代出来；又由于碳链短，不能在气泡外围形成牢固的保护膜，从而降低气泡的强度而消除泡沫。消泡作用消泡作用第43页，本讲稿共79页第第2讲讲 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 根据全部电离还是部分电离，将电解质分为强电解质根据全部电离还是部分电离，将电解质分为强电解质和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部

26、分仍以分子形式存在。质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的解离水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的解离平衡及配离子的解离平衡两类。平衡及配离子的解离平衡两类。第44页，本讲稿共79页1.酸碱的概念酸碱的概念按先后次序，酸碱理论主要有以下几种：v 酸碱电离理论（阿氏水离子论）酸碱电离理论（阿氏水离子论）在水溶液中解离时所生成的正离子全部是H+的化合物是酸酸；所生成的负离子全部是OH的化合物是碱碱。酸碱中和反应的实质是H+OH=H2O。酸碱电离理论的缺陷：酸碱电离理论的缺陷：把酸、碱

27、的定义局限于以水为溶剂的系统。无法解释NH3、Na2CO3均不含OH，也具有碱性。第第1节节 酸碱在水溶液中的解离平衡酸碱在水溶液中的解离平衡第45页，本讲稿共79页凡能凡能给出质子给出质子的物质都是的物质都是酸酸；凡能结合质子凡能结合质子的物质都是的物质都是碱碱。酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后可以再结合质子，因此酸给出质子后就变为碱：酸酸 质子质子 +碱碱 (质子给予体）质子给予体）(质子接受体）质子接受体）如在水溶液中 HCl(aq）H+(aq)+Cl-(aq)HAc(aq)H+(aq)+Ac(aq)NH4+(aq)H+(aq)+NH3(aq)HCO3-(aq)H+(aq)+

28、CO32-(aq)Al(H2O)63+H+(aq)+Al(H2O)5(OH-)2+酸 质子 +碱酸碱质子理论酸碱质子理论第46页，本讲稿共79页酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系。酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱；共轭碱；碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭共轭酸。酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭酸碱对。例如:共轭酸碱对 HAc+H2O H3O+Ac-(电离)HAc/Ac-,H3O+/H2OH3O+NH3 H2O+NH4 (中和)NH4/NH3,H3O+/H2OH2O+CN-OH-+HCN (水解)HCN/CN-,H2O/OH-H2O+CO3 HCO

29、3 +OH(水解)HCO 3/CO3,H2O/OH-2-+2-共轭酸碱概念共轭酸碱概念第47页，本讲稿共79页是质物的对子电出给能凡，酸是质物的对子电受接能凡也称为路易斯酸碱理论。,碱 H+OH=H2O酸碱加合物=碱+酸 (1)H3BO3 H+H2BO3 )错误(H3BO3 +H2O B(OH)4+H+（硼酸是路易斯酸）(2)Cu2+4NH3 Cu(NH3)42+深蓝色 酸 碱 加合物酸碱电子理论摆脱了酸必须含有H的限制，包括的范围更广。酸碱电子理论酸碱电子理论第48页，本讲稿共79页除少数强酸、强碱外，大多数酸和碱溶液都存在解离平衡，除少数强酸、强碱外，大多数酸和碱溶液都存在解离平衡，其平衡

30、常数称为解离常数其平衡常数称为解离常数Ka或或Kb，其值可由热力学数据求，其值可由热力学数据求算，也可由实验测定。算，也可由实验测定。同类型弱酸同类型弱酸(碱碱)的相对强弱可由解离常数值的大小得出，的相对强弱可由解离常数值的大小得出，如如HF(3.5310-4)和和HAc(1.7610-5)均为一元弱酸，但均为一元弱酸，但HF的的酸性比酸性比HAc强。强。HF,H2SO3,HNO2,H3PO4 一般称为中强酸。一般称为中强酸。v 一元弱酸和一元弱碱一元弱酸和一元弱碱HAc(aq)=H+(aq)+Ac(aq)2.酸碱离子平衡及酸碱离子平衡及pH计算计算第49页，本讲稿共79页设一元弱酸HA的浓度

31、为c,解离度为 HA=H+A-起始浓度c00平衡浓度 c(1-)caca因此同理，对于一元弱碱：溶液的酸度(H+离子浓度)常用pH表示，pH=lgc(H+/c),溶液的碱度(OH离子浓度)可用pOH表示。一元弱酸和一元弱酸和一元弱碱的电离一元弱碱的电离第50页，本讲稿共79页例例1：已知HAc的Ka=1.7610-5，计算3.0%米醋(含HAc浓度为0.50 moldm-3)的pH。解解：设米醋溶液中H+的平衡浓度为x moldm-3,则HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)平衡浓度/moldm-3 0.50 xxxKa=1.7610-5Ka/c10-4 0.50 x 0.5 pH=lg

32、 c(H+)/c =lg(2.9710-3)=3 0.47=2.53第51页，本讲稿共79页多元弱酸(碱)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：一级解离：二级解离：三级解离：3 多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱第52页，本讲稿共79页式中，Ka,3 K a,2 K a,1，每级解离常数差36个数量级。因此，H+浓度的计算以一级解离为主。计算H+浓度时，当Ka,2/K a,1104时，可忽略二、三级解离平衡。比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离常数值即可。思考思考：根据反应式 H2S(aq)=2H+(aq)+S2 H+浓度是S2 离子浓度的两倍，此结论是否正确

33、？是是错错误误的的，H2S(aq)以一级电离为主，因因此此H2S溶溶液液中中c(H+)c(HS)。-说明：说明：第53页，本讲稿共79页例例2：已知 H2CO3的 Ka,1=4.3010-7，K a,2=5.6110-11,计算0.0200 moldm-3 H2CO3溶液中H+和 的浓度及pH。解解：Ka,2Ka,1，求c(H+)只需考虑一级电离 pH=lg 9.2710 5=4.03H2CO3 H+HCO3HCO3 H+CO32 第一步解离生成的H+抑制了第二步解离，因此 c(H+)c(HCO3)9.2710-5 moldm-3 c(CO32)=Ka,2c =5.6110-11 moldm-

34、3第54页，本讲稿共79页根据已知弱酸(碱)的解离常数Ka(Kb)，可计算得其共轭离子碱(酸)的Kb(Ka)。以Ac为例Ac(aq)+H2O(l)=HAc(aq)+OH(aq)常温时，Kw=1.0 10 14即 K a K b=Kw,Kw称为水的离子积常数离子积常数Ac的共轭酸是HAc：HAc(aq)=H+(aq)+Ac(aq)共轭酸碱解离常数之间关系共轭酸碱解离常数之间关系第55页，本讲稿共79页思考思考1：对于共轭酸碱的概念，若其共轭酸越强，则其共轭碱越弱。此结论正确吗？Ka、Kb互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对立统互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对立统一的辨证关系。一的辨证关系。思

35、考思考2：设有一个二元酸，其一 级和二级解离常数分别为Ka,1和Ka,2，共轭碱的一 级和二级解离常数分别为Kb,1和Kb,2，它们之间有何关系？已已知知Ka或或Kb，可可求求共共轭轭酸酸碱碱对对中中另另一一个个碱碱或或酸酸的的Kb或或Ka的值。在本题中，的值。在本题中，Ka,1 Kb,2=Kw，Ka,2 Kb,1=Kw。第56页，本讲稿共79页H2S =H+HS-Ka1HS-=H+S2-Ka2S2-+H+=HS-Kb1HS-+H+=H2S Kb2第57页，本讲稿共79页溶液溶液pHpH的实验测定的实验测定：pH试纸(广泛,精密)简单、方便、粗略 pH计（酸度计）较精确、可数字显示或自动记录

36、第58页，本讲稿共79页同离子效应同离子效应 当当弱弱电电解解质质溶溶液液中中加加入入与与其其具具有有相相同同离离子子的的强强电电解解质质时时，弱弱电电解解质质的的电电离离平平衡衡会会移移动动，使使弱弱电电解解质质的的电电离离度度下降，这种现象叫下降，这种现象叫同离子效应同离子效应。如HAc的水溶液中，HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)加入NaAc，由于NaAc=Na+Ac使得HAc解离平衡向左移动，HAc的解离度降低。4.缓冲溶液和缓冲溶液和pH的控制的控制第59页，本讲稿共79页例例3：在0.100 moldm-3HAc溶液中加入一定量固体NaAc，使NaAc的浓度等于0.100

37、 moldm-3，求该溶液中H+浓度，pH和HAc的解离度。解解：设已解离的HAc的浓度为x moldm-3 HAc=H+Ac起始浓度/moldm-30.1 0 0.1平衡浓度/moldm-3 0.1x x 0.1+x c(H+)=x moldm-3=1.76 10-5 moldm-3,pH=4.75与例1相比,同离子效应使HAc从1.34%降为0.018%,c(H+)从1.34 10-3 moldm-3 减少到1.76 10-5 moldm-3(降低76倍)。第60页，本讲稿共79页弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸所组成的溶液具有一个重要性质，该溶液的pH在一定范围内不因稀释或外加少量酸或碱而

38、发生显著变化，即对外加的酸和碱具有缓冲能力，这种溶液称作缓冲溶液缓冲溶液。以HAc和NaAc的混合溶液为例:NaAc=Na+Ac-HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)系统中大量HAc、Ac存在，使H+相对较少。当溶液中加入少量强酸时，H+与Ac结合生成HAc，使H+的浓度保持基本不变。若往系统中加入少量强碱，则H+与OH-结合生成H2O，使HAc解离平衡右移，HAc的浓度减少，而H+的浓度仍保持基本不变。缓冲溶液缓冲溶液第61页，本讲稿共79页当加入大量的强酸或强碱，使溶液中的Ac或HAc耗尽，则溶液将失去缓冲能力。组成缓冲溶液的一对共轭酸碱，如HAcAc又称为缓缓冲冲对对。可用通式表

39、示缓冲对之间存在的平衡：共轭酸=共轭碱+H+缓冲溶液的缓冲溶液的pH第62页，本讲稿共79页 例：例：40 cm3 1.0moldm-3 HAc与20cm3 1.0 moldm-3 NaOH混合，求混合液的pH?解解：HAc+NaOH=NaAc+H2O 由于HAc过量，反应平衡后生成0.02mol的Ac，并剩余0.02mol HAc，溶液总体积为60cm3。于是已知HAc的pKa为4.76因此第63页，本讲稿共79页解解：50.00cm3缓冲溶液中加入盐酸后总体积为50.05 cm3，加入的1.000 moldm3盐酸由于稀释，浓度变为：由于加入的H+的量相对于溶液中Ac的量而言很小，可认为加

40、入的H+完全与Ac结合成HAc分子。于是c(HAc)=(0.1000+0.001)mol dm3=0.101 mol dm3,c(Ac)=(0.1000 0.001)mol dm3=0.099 mol dm3 例：例：已知若在 50.00 cm3 含有 0.1000 moldm3的HAc 和0.1000 moldm3 NaAc缓冲液中，加入0.050 cm3 1.000 moldm3 盐酸，求其pH。第64页，本讲稿共79页计算结果表明，50 cm3 HAc-NaAc缓冲溶液中，若加入少量的强酸(0.05cm3 1.0moldm-3的盐酸)，溶液的pH由4.76降至4.74，仅改变0.02；但

41、若在50cm3纯水中加入0.05cm3 1.0 moldm-3 HCl 溶液，则由于H+的浓度约为0.001moldm-3，pH等于3。即pH改变了4个单位。思考思考：缓冲溶液的缓冲能力与哪些因素有关？缓冲能力主要与以下因素有关：缓冲能力主要与以下因素有关：缓冲对的浓度缓冲对的浓度：缓冲对的浓度均较大时，缓冲能力较大。缓冲对的浓度比缓冲对的浓度比:为1:1或相近(0.110)时,缓冲能力较大。说明：说明：第65页，本讲稿共79页 据所需据所需pH选择缓冲对选择缓冲对缓冲溶液的pH不仅取决于缓冲对中共轭酸的Ka，还取决于缓冲对中两种物质浓度的比值。缓冲对中任一物质的浓度过小都会使溶液丧失缓冲能力

42、，故两者浓度之比最好趋近于1，此时缓冲能力最强。当c(共轭酸)=c(共轭碱)时，pH=pKa因此选择缓冲体系时，应选择共轭酸的pKa与要求的pH相近的缓冲对。一般认为，当缓冲对的浓度比在0.1和10之间才具有缓冲作用，因此，缓冲溶液的pH 和pKa之间有以下关系：pH=pKa 1缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制第66页，本讲稿共79页缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液共轭酸碱对共轭酸碱对pKa缓冲范围缓冲范围NaH2PO4/Na2HPO4H2PO4-HPO427.216.218.21NH3H2O/NH4ClNH4+-NH3 9.258.2510.25NaHCO3/Na2CO3HCO3-C

43、O3210.259.2511.25Na2HPO4/Na3PO4HPO4 2-PO4312.6611.6613.66 常用缓冲溶液的缓冲范围常用缓冲溶液的缓冲范围常用缓冲溶液常用缓冲溶液第67页，本讲稿共79页 例：例：要配制10cm3 pH=5的HAc-NaAc缓冲液，问需浓度为1.0 moldm-3的HAc和NaAc溶液各多少毫升？由于两者浓度相同，因此只需体积比和总体积满足：V(HAc)/V(NaAc)=0.575 又V(HAc)+V(NaAc)=10cm3因此：V(HAc)=3.6 cm3；V(NaAc)=6.4 cm3解：解：第68页，本讲稿共79页可溶电解质的解离平衡是单相体系的离子

44、平衡。难溶电解质在水溶液中，存在固体和溶液中离子之间的平衡，即多相离子平衡多相离子平衡。难溶盐的定义难溶盐的定义：习惯上将100g H2O中溶解度小于0.01g的物质称作难溶物。第第3讲讲 难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡第69页，本讲稿共79页溶度积溶度积在一定温度下，溶解与结晶速率相等时，便建立了固体和溶液中离子之间的动态平衡，称为多多相相离离子子平平衡衡或溶溶解解平平衡衡，此时的溶液称为饱和溶液。如CaCO3在水中的溶解度虽小，但仍有一定数量的Ca2+、CO32-存在于溶液中。同时，溶液中的Ca2+与CO32-又会结合而不断析出。CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO3

45、2-(aq)平衡常数平衡常数表达式为第第1节节 溶度积和多相离子平衡溶度积和多相离子平衡当温度一定时，其离子浓度的乘积为一常数，这个平衡常数Ksp称为溶度积常数溶度积常数，简称溶度积溶度积。第70页，本讲稿共79页难溶电解质的溶度积和溶解度都表示其溶解能力的大小。若溶解度以s moldm-3表示AB型难溶物质，如AgCl,CaCO3,BaSO4等，有 CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32-(aq)平衡浓度/moldm-3 s s Ksp(CaCO3)=s2同类型的物质可以判断，不同类型时不能判断。同类型的物质可以判断，不同类型时不能判断。溶度积和溶解度的关系溶度积和溶解度的关系难溶电解

46、质的溶度积和溶解度都表示其溶解能力的大小。若溶解度以s moldm-3表示AB型难溶物质，如AgCl,CaCO3,BaSO4等，有 CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32-(aq)平衡浓度/moldm-3 s s Ksp(CaCO3)=s2A2B型或AB2型难溶物质，如Ag2CrO4，Mg(OH)2等，有 Ag2CrO4(s)=2Ag+(aq)+CrO42-(aq)平衡浓度/moldm-3 2s s Ksp(Ag2CrO4)=(2s)2s=4s3思考思考：可以用Ksp的大小判断溶解度的大小吗？第71页，本讲稿共79页溶度积CaCO3 AgCl Ag2CrO4Ksp 8.710-9 1.5

47、610-10 910-12s 9.410-5 1.2510-5 1.3110-4关系式对同类型的难溶电解质，可用溶度积Ksp的大小来比较溶解度s的大小。但不同类型的难溶电解质则不宜直接用溶度积Ksp的大小来比较溶解度s的大小。如：第72页，本讲稿共79页1.溶度积规则溶度积规则AnBm(s)=nAm+(aq)+mBn-(aq)Jc为任意状态下有关离子浓度的乘积即浓度商浓度商溶度积规则可用于判别沉淀的发生或溶解第第2节节 溶度积规则及其应用溶度积规则及其应用Jc Ksp 有沉淀析出直至达饱和Jc=Ksp 溶解达平衡，饱和溶液 JcKsp 无沉淀析出，或沉淀溶解第73页，本讲稿共79页例：例：废水

48、中Cr3+的浓度为 0.010 moldm-3,加入固体NaOH使之生成Cr(OH)3 沉淀,设加入固体NaOH后溶液体积不变，计算：1)开始生成沉淀时，溶液OH-离子的最低浓度;2)若要使Cr3+的浓度小于4.0mgdm-3(7.710-5 moldm-3)以达到排放标准，此时溶液的pH最小应为多少？2)7.710-5x3 6.310-31,解得 x 2.010-9 moldm-3pOH=lg c(OH)Ksp，设c(OH)=xc(Cr3+)c(OH)3=0.010 x3 6.310-31，得 x 4.010-10 moldm-3第74页，本讲稿共79页2.沉淀的溶解沉淀的溶解又如：部分金属

49、硫化物FeS、ZnS、MnS、NiS等能溶于稀酸：ZnS+2H+Zn2+H2S 利用酸碱反应利用酸碱反应CaCO3(s)Ca2+CO32-+H+H2O+CO2c(CO32-)下降，JcKsp，CaCO3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，使得降低溶度积常数中相关离子的浓度，使得JcKsp 第75页，本讲稿共79页 利用络合（配位）反应利用络合（配位）反应AgCl(s)+NH3 Ag(NH3)2+Clc(Ag+)下降,使得JcKsp 利用氧化还原反应利用氧化还原反应另有一些金属硫化物如Ag2S、CuS、PbS等，其Ksp太小，不溶于非氧化性酸，但可加入氧化性酸，

50、极大地降低了S2离子的浓度，使之溶解。3PbS+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+3S+2NO+4H2O第76页，本讲稿共79页在难溶电解质饱和溶液中，加入含有与难溶物组成中相同离子的强电解质，使难溶电解质的溶解度降低的现象称为同离子效应同离子效应。33.同离子效应同离子效应同离子效应使得Jc Ksp，例如在AgCl饱和液中加入NaCl时，由于Cl离子的大量存在，使AgCl的溶解度下降。AgCl(s)=Ag+ClNaCl =Na+Clc(Cl)上升，使得Jc Ksp(AgCl)，此时c(Ag+)下降即AgCl的溶解度下降。第77页，本讲稿共79页4.沉淀的转化沉淀的转化一种沉淀向另一种更难