第二章依数性.ppt
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1、溶液的性质分为两类:一类与溶液的本性及溶质与溶剂的相互作用有关,如颜色体积导电性及酸碱性等。另一类与溶质的颗粒数和溶剂的颗粒数的比值有关,而与溶质的本性无关,故称溶液的依数性。如溶液的蒸汽压下降沸点升高凝固点降低及溶液的渗透压。对电解质稀溶液,这些性质呈现明显的规律性,故又称稀溶液的通性。第二章稀溶液的依数性colligativepropertiesofdilutesolution内容提要1.溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压溶液的蒸气压下降Raoult定律2.溶液的沸点升高和凝固点降低溶液的沸点升高溶液的凝固点降低3.溶液的渗透压渗透现象和渗透压溶液的渗透压力与浓度及温度的关系渗透压在医学上的意义
2、学习目的和要求1.掌握稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低概念及计算;渗透压力的概念及渗透浓度的计算。2.熟悉稀溶液依数性之间的换算,利用依数性计算溶质的相对分子质量;电解质溶液的依数性。3.了解稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低的原因;渗透压力在医学上的意义。第一节溶液的蒸汽压下降vaporpressurelowering一溶剂的蒸汽压(vaporpressure)1.物质的聚集状态2.蒸发(evaporation)和凝结(condensation)气体固体液体condensationDepositionFreezingMeltingevaporationSublimationH2
3、O(L)H2O(G)3.水的蒸汽压在一定温度下,当液相蒸发速率与气相凝结速率相等时,液相和气相达到平衡,此时蒸汽所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸汽压,简称蒸汽压。Vaporizationcondensation蒸汽压与液体的本性有关。不同物质蒸汽压不同。易挥发性物质的p大,难挥发性物质的p小。蒸汽压与温度有关。温度不同,同一液体的蒸汽压亦不相同。温度升高时,液体的蒸汽压增大。固体物质也具有一定的蒸汽压。但一般情况下,固体的蒸汽压较小。不同温度下水的蒸气压T/Kp/kPaT/Kp/kPa2732782832933033133230.61060.87191.22792.33854.24237.
4、375412.333633334335336337342319.918335.157447.342670.1001101.3247476.02624.问题当纯溶剂中溶解一种难挥发的非电解质后,该溶液的蒸汽压会有什么变化呢?先看一个实验事实实验测定25C时水的饱和蒸汽压:p(H2O)=3167.7Pa;0.5mol/kg糖水的蒸汽压:p(H2O)=3135.7Pa;1.0mol/kg糖水的蒸汽压:p(H2O)=3107.7Pa。问从上面的实验事实中能得出什么结论?结论溶液的蒸汽压比纯溶剂低,溶液浓度越大,蒸汽压下降越多。二溶液的蒸汽压下降1.定性解释当水中溶入难挥发非电解质后,溶液的表面被一部分
5、难挥发非电解质的分子占据着,这样在单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子比纯溶剂减少。在一定温度下达到平衡时,溶液液面上方溶剂分子的数目比纯溶剂液面上方的少,因此难挥发非电解质的蒸汽压要比纯溶剂的低,这种现象就称为溶液的蒸汽压下降。问难挥发非电解质的蒸汽压要比纯溶剂的低,到底低多少呢?定量的关系是什么?2.定量解释1887年,法国化学家Raoult指出:p=pxA对由溶剂A和难挥发非电解质B组成的稀溶液:p=p0(1-xB)=p0-p0 xBp=p0-p=p0 xB在稀溶液中由以上两式,得p=p0MAbB=KbBK叫比例系数,它取决于P和溶剂的摩尔质量MA在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸汽
6、压下降与溶质的摩尔分数或质量摩尔浓度成正比,即只取决于一定量溶剂所含溶质的质点数,而与溶质的种类无关。例1已知异戊烷C5H12的摩尔质量M=72.15gmol-1,在20.3的蒸气压为77.31kPa。现将一难挥发性非电解质0.0697g溶于0.891g异戊烷中,测得该溶液的蒸气压降低了2.32kPa。试求出异戊烷为溶剂时Raoult定律中的常数K;求加入的溶质的摩尔质量。解因为K=p0MA所以对于异戊烷有K=p0MA=77.31kPa72.15gmol-1=5578kPagmol-1=5.578kPakgmol-1根据有例2已知293K时水的饱和蒸气压为2.338kPa,将6.840g蔗糖(
7、C12H22O11)溶于100.0g水中,计算蔗糖溶液的质量摩尔浓度和蒸气压。解p=p0 xA=2.338kPa0.9964=2.330kPa第二节溶液的沸点升高boiling point elevation一.液体的沸点(boilingpoint)沸点:液体的沸点是指其蒸汽压等于外界大气压力时的温度。液体的沸点与外压有关,外压越大,沸点就越高。液体在101.325kPa下的沸点称为正常沸点(normalboilingpoint)。纯液体的沸点是恒定的。纯液体的沸点是恒定的。达到沸点时,虽继续加热沸腾,液体的温度也不会再上达到沸点时,虽继续加热沸腾,液体的温度也不会再上升,此时提供的热能全部用
8、在液体克服分子间力而不断升,此时提供的热能全部用在液体克服分子间力而不断蒸发上,直至液体蒸发尽为止。蒸发上,直至液体蒸发尽为止。在相同外界压力下,不同的液体有不同的沸点在相同外界压力下,不同的液体有不同的沸点 液体的沸点随外界大气压力的改变而改变的性质,已液体的沸点随外界大气压力的改变而改变的性质,已在实际生产和科学实验中得到广泛应用。在实际生产和科学实验中得到广泛应用。如常采用减压蒸馏或减压浓缩的装置,以降低蒸发温度,如常采用减压蒸馏或减压浓缩的装置,以降低蒸发温度,防止某些对热不稳定的物质的破坏。临床上常采用高压防止某些对热不稳定的物质的破坏。临床上常采用高压灭菌法来缩短灭菌时间,以提高灭
9、菌的效能。灭菌法来缩短灭菌时间,以提高灭菌的效能。问当纯溶剂中溶解一种难挥发的非电解质后,该溶液的沸点会有什么变化呢?实验表明:溶液的沸点要高于纯溶剂的沸点。二、溶液的沸点升高(boilingpointelevation)1.定性解释:对溶剂:沸点时P外界=P溶剂当纯溶剂中加入难挥发的非电解质后,P溶液P溶剂但P外界不变要是P溶液=P外界则必须对溶液加热以提高P溶液最终P溶液=P外界2.定量解释溶液沸点的升高是由于溶液的蒸汽压溶液沸点的升高是由于溶液的蒸汽压下降引起的。下降引起的。以纯水、冰、水溶液的蒸汽压曲线来看:TbppKbB由上述两式得:Tb=kbbBTb为溶液沸点升高,Kb为溶剂的沸点
10、升高常数。常见溶剂的T0b和Kb值溶剂Tb0/Kb/(Kkgmol-1)溶剂Tb0/Kb/(Kkgmol-1)水1000.512四氯化碳76.75.03乙酸1182.93乙醚34.72.02苯802.53萘2185.80乙醇78.41.22 难挥发非电解质稀溶液的沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比。测定出溶液的沸点升高,可计算出B的摩尔质量。第三节溶液的凝固点降低(freezingpointdepression)一.纯溶剂的凝固点(freezingpoint):当物质液相蒸汽压与固相的蒸汽压相等,且能平衡共存时的温度。pl=ps问当纯溶剂中溶解一种难挥发的非电解质后,该溶液的凝固点会有什么变
11、化呢?结论难挥发非电解质稀溶液的沸点升高只与溶质的质量摩尔浓度有关,而与溶质的本性无关。(a)纯溶剂凝固点时,固态、液态的蒸发速度与气态的凝聚速度相等(b)溶液的蒸发速度小于固态的蒸发速度与气态的凝聚速度(P液相P固相)。二.溶液的凝固点降低溶液的凝固点降低与溶液的沸点升高一样是蒸汽压下降的结果,所以溶液的凝固点降低也与溶液的蒸汽压下降成正比,也就是溶液的凝固点降低与溶液的质量摩尔浓度成正比,数学表达式为:(纯纯溶溶剂剂:P 液液相相=P固固相相加加入入难难挥挥发发性性电电解解质质,此此时时:P 液相液相 P固相固相 固、液两相不能共存固、液两相不能共存,冰融化致温度下降冰融化致温度下降)Tf
12、=kfbBTf为凝固点降低值,Kf为溶剂的凝固点,降低常数。用凝固点降低法测定溶质的摩尔质量时,先测纯溶剂用凝固点降低法测定溶质的摩尔质量时,先测纯溶剂的凝固点,再测溶液的凝固点,求出溶质的摩尔质量。的凝固点,再测溶液的凝固点,求出溶质的摩尔质量。测定时,由于实验条件下做不到无限慢的冷却,而是较测定时,由于实验条件下做不到无限慢的冷却,而是较快速强制冷却,所以会出现过冷现象。快速强制冷却,所以会出现过冷现象。图图:水和溶液的水和溶液的冷却曲线冷却曲线 常见溶剂的T0bKb和T0fKf值溶剂Tb0/Kb/(Kkgmol-1)Tf0/Kf/(Kkgmol-1)水1000.5120.01.86乙酸1
13、182.9317.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.9 2.汽车水箱加入乙二醇或甘油防水箱在寒冷气候下冻裂。3.测定某未知物的分子量。测量出难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低可计算出B的摩尔质量。例.将2.76克甘油溶于200克水中,测得凝固点下降值为0.279K,试求甘油的分子量(水的Kf=1.86)。应用1.冰盐混合作制冷剂。例1-8从尿中提取出一种中性含氮化合物,将mg纯品溶解在12g蒸馏水中,所得溶液的凝固点比纯水降低了0.233K,试计
14、算此化合物的相对分子质量。解:该中性含氮化合物的摩尔质量为:90此中性含氮化合物的相对分子质量为:比比较 沸点升高沸点升高 凝固点降低凝固点降低 条件条件 po=p外外 pl=ps 原因原因纯溶溶剂:po=p外外,Tb0 溶液溶液:p po,pop外外使使po=p外外,Tb纯溶溶剂:pl=ps,Tf0 溶液溶液:p pl ,即即p ps 使使p=ps,冰融化冰融化,Tf 本本质蒸气蒸气压定量定量关系关系Tb=Tb-Tb0=Kb bBTf=Tfo-Tf=Kf bB 常用来常用来测分子量分子量 日常生活中有这样一类现象,为什么淡水鱼不能生活在海水里,海水鱼不能生活在淡水里?为什么施过肥的农作物需要
15、立即浇水,否则化肥会“烧死”植物?为什么因失水而枯萎的花草,浇水后又重新复原等等,要解释这些现象必须了解有关溶液渗透压的的问题。人体体液不仅有一定的成分,还有一定的分布和容量,一个正常人每日摄入和排出大量的水和电解质,但每天并不是一成不变的,摄入和排出量经常有很大的变化,但由于机体具有完善的调节功能,从而维持水、电解质的平衡,维持人体正常的物质代谢和生命活动。其中体液的渗透压起着一定的协调作用,所以渗透压在医学上有着重要的意义。第四节稀溶液的渗透压(osmoticpressure)一.渗透现象和渗透压 1.扩散现象 2.渗透现象半透膜(semi-premeable membrance)许多天然
16、或人造的薄膜对于物质的透过有选 择性,它们只允许某种或某些物质透过,而不允 许另外一些物质透过,这类薄膜称为半透膜。如动物的膀胱膜、细胞膜、人造羊皮纸和火棉胶膜等。它的特点是:选择性通透,只允许一定大小的分子通过。图图 溶液渗透压示意图溶液渗透压示意图 渗透现象:水分子通过半透膜从纯水进入溶液或从稀溶液进入较浓溶液的现象称为渗透现象。渗透现象产生的原因:是由于半透膜两侧相同体积的液体内的水分子数目不相等。相同体积的纯水内的水分子数目比溶液的多,因此在相同时间内由纯水通过半透膜进入溶液的水分子数目要比由溶液进入纯水的多,其结果是水分子从纯水进入溶液。产生渗透现象的条件:(1)必须有半透膜存在;(
17、2)半透膜两侧相同体积的液体中水分子数目不相等。渗透的方向:总是趋于自发缩小膜两侧溶液的浓度差,即溶剂分子的渗透方向总是从纯溶剂一侧进入溶液一侧或是从稀溶液一侧进入浓溶液一侧(从低渗向高渗渗透)。3.渗透压 用半透膜将水溶液与纯水隔开时,渗透必然发生。为了阻止渗透的发生,必须在溶液的液面上施加一额外压力。这种恰好能阻止渗透进行而施加于溶液液面上的额外压力称为溶液的渗透压。把两种不同浓度的非电解质稀溶液用半透膜隔开时,为了阻止渗透发生,也需要在浓度较大的稀溶液的液面上施加一额外压力。此时在浓度较大的稀溶液液面上所施加的额外压力,是这两种稀溶液的渗透压力的差值。渗透现象和渗透压示意图1.若在上图中
18、不施加压力,渗透现象一直发生?产生的压强为多大?2.若把纯水换为稀溶液,此时的压强与1比较,哪个大?问题:二.渗透压与稀溶液的浓度、温度的关系1.1877 年,弗菲尔发现如下两个规律:(1)在热力学温度一定时,非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度成正比;(2)在浓度一定时,非电解质稀溶液的渗透压力与热力学温度成正比。1886年,范特荷甫归纳出非电解质稀溶液的渗透压与浓度、温度之间的关系:范特荷甫方程式:=nBRT/V为稀溶液的渗透压,nB为溶质的物质的量,CB溶液的浓度,V溶液的体积,T为绝对温度与理想气体方程式:PV=nRT比较2.范特荷甫方程式表明:在一定温度下,稀溶液的渗透压与单位体积中所
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