电解质溶液 (4)精选课件.ppt
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1、关于电解质溶液(4)1第一页,本课件共有71页22.1 离子水化离子水化2.1.1 电解质分类电解质分类第二页,本课件共有71页3电解质定义电解质电解质(electrolyte):有能力在水或:有能力在水或有机溶剂中形成可以自由移动离子的物有机溶剂中形成可以自由移动离子的物质,叫做电解质。质,叫做电解质。电解质溶液电解质溶液(electrolyte solution):溶质溶入溶剂中后,溶质能完全或部溶质溶入溶剂中后,溶质能完全或部分解离成离子所形成的溶液。分解离成离子所形成的溶液。第三页,本课件共有71页4电解质溶液导电机理电解质溶液导电机理(1)正负离子的定向迁移)正负离子的定向迁移(2)
2、正负极发生氧化还原反应)正负极发生氧化还原反应第四页,本课件共有71页5电解质分类电解质分类 结构结构离子键离子键化合物化合物,真实的电解质真实的电解质 共价键共价键化合物化合物,可能的电解质可能的电解质它们本身并不是离子,只是在一定条件下,通过溶质与溶剂间的化学它们本身并不是离子,只是在一定条件下,通过溶质与溶剂间的化学作用,才能使之解离成为离子。作用,才能使之解离成为离子。溶质解离度的大小溶质解离度的大小强强电解质(解离度电解质(解离度30%)和)和弱弱电解质电解质(解离度解离度3%)电解质在溶液中所处的状态电解质在溶液中所处的状态非缔合式非缔合式non-associate,non-ass
3、ociate,溶质为单个自由移动的离子溶质为单个自由移动的离子 缔合式缔合式associate,associate,溶质除了单个的可自由移动的离子外,还溶质除了单个的可自由移动的离子外,还存在以化学键结合的未解离的分子,或者是由两个或两个存在以化学键结合的未解离的分子,或者是由两个或两个以上的离子靠静电作用而形成的缔合体。以上的离子靠静电作用而形成的缔合体。第五页,本课件共有71页62.1.2 水的结构水的结构孤电子对孤电子对O-H键键一一.水的结构特点水的结构特点 水分子为具有水分子为具有不等性杂化轨道结构的不等性杂化轨道结构的强极性分子。强极性分子。第六页,本课件共有71页7冰的结构冰的结
4、构第七页,本课件共有71页82.1.3 离子水化离子水化(Ionic Hydration)离子与水分子的相互作用:离子与水分子的相互作用:1.水分子在离子周围取向,可自由移动的水分子在离子周围取向,可自由移动的水分子减少了。水分子减少了。2.紧靠离子的部分水分子与离子缔合,能紧靠离子的部分水分子与离子缔合,能与离子一起移动,相应地增大了离子的与离子一起移动,相应地增大了离子的体积。体积。3.水分子的原有缔合度遭到部分破坏。水分子的原有缔合度遭到部分破坏。第八页,本课件共有71页9离子水化能量的变化离子水化能量的变化电解质在溶液中自发的解离,所需能量来自电解质在溶液中自发的解离,所需能量来自于水
5、化作用释放出的能量。于水化作用释放出的能量。第九页,本课件共有71页10离子水化离子水化:由于离子与水的作用而引起离子与水由于离子与水的作用而引起离子与水结构结构上的总变化上的总变化称为离子水化。称为离子水化。离子水化数离子水化数:离子周围存在着一个对水分子有明显电离子周围存在着一个对水分子有明显电场作用的空间(场作用的空间(几纳米几纳米),在这个),在这个空间内空间内含有的含有的水分水分子数子数称为离子水化数。称为离子水化数。第十页,本课件共有71页11水化膜水化膜:离子与水分子:离子与水分子相互作用改变了定向取相互作用改变了定向取向的水分子性质,受这向的水分子性质,受这种相互作用的水分子层
6、种相互作用的水分子层称为水化膜。称为水化膜。水化膜可分为原水化膜水化膜可分为原水化膜与二级水化膜。与二级水化膜。第十一页,本课件共有71页12原水化(或化学水化):原水化(或化学水化):溶液中紧靠离子的第一层水分子与离子结合得比较牢固,它们基本上能与离子一起移动,不受温度的影响。这部分水化作用称为原水化。它所包含的水分子数目称为原水化数。二级水化(或物理水化):二级水化(或物理水化):第一层以外的水分子也受到离子的吸引作用,使水的原有结构遭到破坏,但与离子联系得比较松散,温度对它的影响很大,这部分水化作用叫做二级水化。它所包含的水分子数目称为二级水化数。第十二页,本课件共有71页13 离子水化
7、产生两种影响离子水化产生两种影响 :溶剂对溶质的影响:溶剂对溶质的影响:离子水化减少溶液中自离子水化减少溶液中自由分子的数量,同时增加离子的体积;由分子的数量,同时增加离子的体积;溶质对溶剂的影响:溶质对溶剂的影响:带电离子的水化破坏带电离子的水化破坏附近水层的四面体结构,改变邻近水分附近水层的四面体结构,改变邻近水分子层的介电常数。子层的介电常数。第十三页,本课件共有71页14习习 题题1.1.电解质有哪几种分类方法?电解质有哪几种分类方法?2.2.为什么为什么4时水的密度最大?时水的密度最大?3.3.什么叫离子水化?如何正确理解离子水化膜的什么叫离子水化?如何正确理解离子水化膜的概念?概念
8、?第十四页,本课件共有71页15在温度较低时,水中不完全是液态,还有一些微小的冰晶体。在冰在温度较低时,水中不完全是液态,还有一些微小的冰晶体。在冰晶体中,每个分子以一定的规律排列在晶体点阵内,每个分子都被晶体中,每个分子以一定的规律排列在晶体点阵内,每个分子都被四个分子所包围,四个分子在四个分子所包围,四个分子在空间构成空间构成一个四面体。而液态水中的分一个四面体。而液态水中的分子,排列比较杂乱,不像冰晶体中的分子那样规则排列。虽然这些水分子,排列比较杂乱,不像冰晶体中的分子那样规则排列。虽然这些水分子在液态水中运动比在冰晶体中更自由些,但是分子间的平均距离却比子在液态水中运动比在冰晶体中更
9、自由些,但是分子间的平均距离却比在冰中小,所以液态水的密度比固态水的密度大。在冰中小,所以液态水的密度比固态水的密度大。在温度在温度4上下,水中有两种使密度发生改变的效应:一是由于温度升上下,水中有两种使密度发生改变的效应:一是由于温度升高,液态水的高,液态水的分子热运动分子热运动加剧,分子间的平均距离增大,致使水的密度减小;加剧,分子间的平均距离增大,致使水的密度减小;另一种是由于温度升高,水中所含有的冰晶体逐渐熔解,分子间的平均距离另一种是由于温度升高,水中所含有的冰晶体逐渐熔解,分子间的平均距离减小,致使密度增大。在减小,致使密度增大。在1大气压大气压(101.325千帕)下,水温低于千
10、帕)下,水温低于4前,前,后一种效应占优势;而水温高于后一种效应占优势;而水温高于4后,前一种效应占优势。设想一定质后,前一种效应占优势。设想一定质量的水,温度从量的水,温度从0逐渐升高到逐渐升高到5,根据上面的分析,水的体积将先,根据上面的分析,水的体积将先减小后增大,密度则先增大后减小,在减小后增大,密度则先增大后减小,在4时体积最小,密度最大。时体积最小,密度最大。实际上,温度越过实际上,温度越过4以后,冰晶体会越来越少,直至消失,水就进以后,冰晶体会越来越少,直至消失,水就进入正常膨胀状态了。入正常膨胀状态了。第十五页,本课件共有71页162.2 电解质活度与活度系数电解质活度与活度系
11、数2.2.1 活度的概念活度的概念第十六页,本课件共有71页17两种物质混合在一起形成溶液时,若它们混合前后的两种物质混合在一起形成溶液时,若它们混合前后的体积无变化体积无变化,而且混合后,而且混合后无任何热效应无任何热效应,则所形成的溶,则所形成的溶液为液为理想溶液理想溶液。理想溶液不要求分子体积为零理想溶液不要求分子体积为零,但要求各种分子的大小但要求各种分子的大小,形状相似形状相似.许多实际溶液体系性质很接近理想溶液许多实际溶液体系性质很接近理想溶液:同系物混合所组成的溶液同系物混合所组成的溶液,同分异构体所组成的溶液等同分异构体所组成的溶液等也可将非电解质的也可将非电解质的无限稀溶液无
12、限稀溶液看作是一种理想溶液看作是一种理想溶液(1)理想溶液)理想溶液(ideal solution)第十七页,本课件共有71页18热力学定义热力学定义:若溶液中任一组分在全部浓若溶液中任一组分在全部浓度范围内度范围内(0 xi 1)均服从均服从拉乌尔定律拉乌尔定律,则则其为理想溶液其为理想溶液.第十八页,本课件共有71页19(2)化学势)化学势(chemical potential)定义定义:恒温恒压下,向指定组成体系中加恒温恒压下,向指定组成体系中加入微量组份入微量组份(或无限大体系中加入或无限大体系中加入1mol组分组分i)所引起的吉布斯自由能的改变。所引起的吉布斯自由能的改变。i:i物质
13、的化学势物质的化学势.第十九页,本课件共有71页20非体积功为零时,化学势是多相系非体积功为零时,化学势是多相系统中物质转移方向和限度的判据统中物质转移方向和限度的判据i 物质自发地从物质自发地从 i高的相向高的相向 i低的相转移低的相转移相平衡时,每一组分在各相中的化学势相平衡时,每一组分在各相中的化学势必定相等必定相等第二十页,本课件共有71页21(3)理想溶液理想溶液中某组分中某组分i的化学势的化学势 i i:某一温度和压力下理想溶液中某组分某一温度和压力下理想溶液中某组分i i的的化学势化学势 :与溶液同温同压下组分与溶液同温同压下组分i i的的标准态标准态下的化下的化学势学势 :组分
14、组分i i的摩尔分数的摩尔分数第二十一页,本课件共有71页22(4)真实溶液真实溶液中某组分中某组分i i的化学势的化学势路易斯(路易斯(Lewis)提出笼统地用一个新函数)提出笼统地用一个新函数活活度度(ax,i)(activity)来代替物质的量分数来代替物质的量分数(xi)。ax,i为为i组分的活度,物理意义是组分的活度,物理意义是有效浓度有效浓度。第二十二页,本课件共有71页23Activity coefficient 活度与浓度的比值能反映粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差第二十三页,本课件共有71页242.2.2 溶质溶质的三种浓度标度的三种浓度标度xi:摩尔分数 mo
15、lmi:质量摩尔浓度(每千克溶剂所含溶质的物质的量)mol/kgci:体积摩尔浓度(每升溶液所含溶质的物质的量)mol/L第二十四页,本课件共有71页25相应的化学势相应的化学势第二十五页,本课件共有71页26实际溶液中的化学势实际溶液中的化学势相应的活度系数相应的活度系数第二十六页,本课件共有71页27活度的标准状态活度的标准状态气态物质:分压气态物质:分压pi等于等于1的理想气体为的理想气体为标准状态。标准状态。ai=pi=1液、固态物质:纯物质为标准状态。液、固态物质:纯物质为标准状态。e.g.纯溶剂、纯金属纯溶剂、纯金属很稀的溶液中,很稀的溶液中,规定规定:活度等于活度等于1的状态为标
16、准态。对于固态、液态物质和溶剂,这一标准态就的状态为标准态。对于固态、液态物质和溶剂,这一标准态就是它们的纯物质状态,即规定纯物质的活度等于是它们的纯物质状态,即规定纯物质的活度等于1。第二十七页,本课件共有71页282.2.3 电解质的电解质的平均活度平均活度(1)与极稀的非电解质溶液可视作理想)与极稀的非电解质溶液可视作理想(稀稀)溶液,活度溶液,活度系数近似等于系数近似等于1不同,对极稀的强电解质溶液,由于离不同,对极稀的强电解质溶液,由于离子间的相互作用,使它比非电解质溶液的情况复杂得多,子间的相互作用,使它比非电解质溶液的情况复杂得多,此时的活度与理想此时的活度与理想(稀稀)溶液的活
17、度仍有一定的偏差;溶液的活度仍有一定的偏差;(2)强电解质强电解质几乎完全电离成离子,整体电解质不复存在,几乎完全电离成离子,整体电解质不复存在,其浓度与活度的简单关系不再适用;其浓度与活度的简单关系不再适用;(3)对于电解质溶液,由于单个离子的活度无法测定,故)对于电解质溶液,由于单个离子的活度无法测定,故提出提出平均活度平均活度的概念。的概念。第二十八页,本课件共有71页29离子的活度和化学势离子的活度和化学势 以以质量摩尔浓度质量摩尔浓度为例:为例:第二十九页,本课件共有71页30按下面的规定,给出电解质的按下面的规定,给出电解质的平均活度平均活度、平均平均活度系数活度系数和和平均浓度平
18、均浓度的概念的概念第三十页,本课件共有71页31令令:定义:定义:平均活度系数平均活度系数:平均浓度:平均浓度:平均活度:平均活度:则电解质活度:则电解质活度:K2SO4溶液的离子平均活度第三十一页,本课件共有71页32计算例例 利用表1-6数据计算0.1mHCl的活度aHCl和离子平均活度aHCl。解:解:已知由表中数据查得0.1mHCl的 =0.795又已知所以第三十二页,本课件共有71页33重量摩尔浓度m0.0050.010.020.050.100.200.501.003.00A+B型盐类离子强度0.0050.010.020.050.100.200.501.003.00计算值*0.921
19、0.8890.8470.7690.6900.5920.4370.3100.131实验值HCl0.9280.9040.8740.8300.7950.7660.7570.8101.320NaCl0.9280.9040.8760.8290.7890.7420.6830.6590.709KCl0.9260.8990.8660.8150.7640.7120.6440.5970.571KOH0.9270.9010.8680.8100.7590.7100.6710.6790.903KNO30.9270.8990.8630.7940.7240.6530.5430.449AgNO30.9250.8960.858
20、0.7870.7170.6330.5010.390A2+B2+型盐类离子强度0.020.040.080.200.400.802.004.0012.00计算值*0.5150.3920.2660.1235.161021.511021.321038.47105实验值MgSO40.5720.4710.3780.2620.1950.1420.0910.067CuSO40.5600.4440.3430.2300.1640.1080.0660.044表表1-6 一些电解质的平均活度系数(一些电解质的平均活度系数(25)第三十三页,本课件共有71页34习习 题题1.电解质的活度与平均活度有何不同?活度活度:整
21、体电解质的活度整体电解质的活度平均活度平均活度:离解后整体电解质不复存在,离解为离子,离解后整体电解质不复存在,离解为离子,正负离子的平均活度来代替正负离子的活度。正负离子的平均活度来代替正负离子的活度。第三十四页,本课件共有71页352.3 扩散扩散电解质溶液性质,主要有两类:电解质溶液性质,主要有两类:静态静态性质:涉及热力学函数的变化,如性质:涉及热力学函数的变化,如活度、活度系数等活度、活度系数等动态动态性质:与离子在溶液中运动有关的性性质:与离子在溶液中运动有关的性质,例如离子的扩散、电导等质,例如离子的扩散、电导等动态性质对电化学反应有很大影响。动态性质对电化学反应有很大影响。第三
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