第三章电解质溶液.ppt
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1、第三章第三章 电解质溶液电解质溶液化学教研室化学教研室 喻玲玲喻玲玲人体组织中的电解质人体组织中的电解质 体液中电解质的含量对维持细胞内外液体液中电解质的含量对维持细胞内外液的晶体渗透压、体液的酸碱平衡以及神经肌的晶体渗透压、体液的酸碱平衡以及神经肌肉兴奋性等具重要作用。肉兴奋性等具重要作用。阴离子主要有:阴离子主要有:C1C1-、HCOHCO-、HPOHPO4 43-3-、SOSO4 42-2-,有有机酸离子和蛋白质等。机酸离子和蛋白质等。阳离子主要有:阳离子主要有:K K+、NaNa+、CaCa2+2+、MgMg2+2+等;等;体液中体液中47岁的化学奖得主岁的化学奖得主Peter Agr
2、e54岁的化学奖得主岁的化学奖得主Roderick Mackinnon细胞通过细胞膜通道蛋白质转运水分细胞通过细胞膜通道蛋白质转运水分子以及盐分离子的研究子以及盐分离子的研究人体组织中电解质的应用人体组织中电解质的应用 用以治疗神经炎、神经痛和神经损伤的用以治疗神经炎、神经痛和神经损伤的“电疗电疗”法就是利用人体组织是电解质导体。法就是利用人体组织是电解质导体。在人体的一定部位通以直流电,在直流电场的在人体的一定部位通以直流电,在直流电场的作用下人体组织内各种离子向一定的方向移动作用下人体组织内各种离子向一定的方向移动而引起体液及组织中离子浓度对比的变化。而引起体液及组织中离子浓度对比的变化。
3、直流电疗法是离子导入疗法和低频电疗直流电疗法是离子导入疗法和低频电疗法的基础。法的基础。主要内容:主要内容:l 弱电解质溶液的解离平衡(掌握弱电解质溶液的解离平衡(掌握)l 酸碱质子理论(掌握酸碱质子理论(掌握)l 酸碱溶液中酸碱溶液中pH值的计算(掌握值的计算(掌握)l 难溶强电解质的沉淀溶解平衡难溶强电解质的沉淀溶解平衡(自学)自学)l 强电解质溶液理论(熟悉强电解质溶液理论(熟悉)二、强电解质溶液理论要点二、强电解质溶液理论要点三、离子的活度和活度因子三、离子的活度和活度因子第一节第一节 强电解质溶液理论强电解质溶液理论一、强电解质和解离度一、强电解质和解离度问:下列物质中哪些属于强电解
4、质?哪些属于弱电解质?NaCl,NH3,Na2SO4,HAc,HCl,NaOH强强电解质电解质:在水中在水中完全解离成离子完全解离成离子的化合物的化合物弱弱电解质电解质:在水中在水中部分解离为离子部分解离为离子的化合物的化合物一、强电解质和解离度一、强电解质和解离度1.电解质电解质HAcH+Ac-HClH+Cl-(完全解离)(完全解离)(部分解离)(部分解离)动态平衡动态平衡2、解离度、解离度 (degree of dissociation)达解离平衡时,已解离的分子数达解离平衡时,已解离的分子数和分子总数之比。单位为一,可以百和分子总数之比。单位为一,可以百分率表示。分率表示。解离度解离度
5、(degree of dissociation)通常0.1 molkg-1溶液中,强电解质30%;弱电解质5%;中强电解质=5%30%。=已电离的分子数已电离的分子数原有分子总数原有分子总数x100 可通过测定电解质溶液的依数性求得可通过测定电解质溶液的依数性求得 =85(表观(表观解解离度)离度)思考:思考:为什么强电解质为什么强电解质NaCl的的 小于小于100?100%例例:试试解解释释在在2525时时0.02mol0.02molL L-1-1NaClNaCl溶溶液液的的 渗透压测得为渗透压测得为84.2(kPa)?解解:=icRT=20.028.314298=99.1(kPa)实验值:
6、实验值:i=1.7molL-1P.debyeP.debye&E.HuckelE.Huckel离子相互作用理论离子相互作用理论1.1.强电解在溶液中完全离解强电解在溶液中完全离解,其真实解离度为其真实解离度为100100;2.2.离子间通过静电力相互作用,存在离子间通过静电力相互作用,存在离子氛离子氛和和离子对离子对;3.3.离子氛和离子对限制了离子的自由运动。离子氛和离子对限制了离子的自由运动。二、强电解质溶液的理论二、强电解质溶液的理论u成功的解释了成功的解释了AB型电解质的型电解质的稀溶液稀溶液。离子氛模型离子对模型离子对模型离子氛模型离子氛模型 带有相反电荷的离子相互缔合成带有相反电荷的
7、离子相互缔合成“离子对离子对”。它们在溶液中作为一个整体运动,就像没。它们在溶液中作为一个整体运动,就像没有离解一样。有离解一样。离子对模型例:试计算例:试计算0.1mol/L NaCl渗透浓度渗透浓度 的理论值和实际值。的理论值和实际值。解:解:理论上:理论上:0.1x2x1000=200mmol/L实际上:实际上:0.1x1.87x1000=187mmol/L 实际上实际上每升溶液中只有每升溶液中只有187mmol的的 粒子对渗透压粒子对渗透压有贡献有贡献由于离子氛的影响,实验测得的强电解质的解离由于离子氛的影响,实验测得的强电解质的解离度并不是真正意义的解离度,因此这种解离度被称度并不是
8、真正意义的解离度,因此这种解离度被称为为“表观解离度表观解离度”(apparentdissociationdegree)。离子浓度越大,离子所带电荷越多,离子间离子浓度越大,离子所带电荷越多,离子间的相互作用越强,表观电离度越小。的相互作用越强,表观电离度越小。离子浓度越小,离子所带电荷越少,离子氛离子浓度越小,离子所带电荷越少,离子氛影响越小,表观解离度越大,越接近影响越小,表观解离度越大,越接近100%100%。强电解质溶液中离子的有效浓度强电解质溶液中离子的有效浓度。B为活度因子,也称活度系数为活度因子,也称活度系数1.1.活度活度 activity activity b b为标准态浓度
9、为标准态浓度,即,即1mol1molkgkg-1-1aB单位为:单位为:1 1三、离子的活度三、离子的活度a和活度因子和活度因子 aB=BbB/b 4.4.纯液态、固态、稀溶液中的水纯液态、固态、稀溶液中的水,a=1;1.aBbB,故,故 B1;3.中性分子中性分子 B1,弱,弱电电解解质质分子分子 B1;说明:说明:2.稀溶液稀溶液aBcB,B1;5.cB越大越大,B越小越小;反之反之,B越大。越大。B:反映了溶液中:反映了溶液中离子之间相互离子之间相互牵制牵制 作用作用的大小。的大小。2.活度因子活度因子 B1、浓度、浓度2、电荷、电荷离子之间作用愈弱,离子之间作用愈弱,B愈大愈大;离子之
10、间作用愈强,离子之间作用愈强,B愈小。愈小。B愈大,愈大,离子间相互作用离子间相互作用?1.1.在在NaClNaCl溶液中溶液中NaNa+,Cl,Cl-的浓度和活度是的浓度和活度是否相等?否相等?对于阳离子对于阳离子 a+=+b bB B对于阴离子对于阴离子 a-=-b bB B2.2.能否用实验的方法来单独测定某一种能否用实验的方法来单独测定某一种离子的活度因子离子的活度因子?QUESTION不能不能 阴、阳离子电荷数相等的电解质阴、阳离子电荷数相等的电解质(如如NaClNaCl、MgSOMgSO4 4等,等,1-11-1型型),),离子平均活度因子离子平均活度因子定义为定义为:阴、阳离子活
11、度因子的几何平均值。阴、阳离子活度因子的几何平均值。a+=fca-=fc离子平均活度因子离子平均活度因子 离子的平均活度离子的平均活度a :一些强电解质的离子平均活度因子一些强电解质的离子平均活度因子(25)(25)浓度越高,活度越低;电荷数越高,活度越低。浓度越高,活度越低;电荷数越高,活度越低。分子间作用力如何计算?分子间作用力如何计算?离子强度离子强度(I)ionic strength)ionic strength 与溶液中各种与溶液中各种离子的浓度离子的浓度有关有关,与与离子所带离子所带的电荷数的电荷数的有关。的有关。b bi i及及z zi i分别代表溶液中第分别代表溶液中第i i
12、种离子的浓度及电种离子的浓度及电荷数。(也可用荷数。(也可用c ci i 代替代替b bi i)I 的单位:的单位:mol/kgmol/kg注意注意:近似计算时,可以用:近似计算时,可以用c ci i代替代替b bi i1-1型强电解质型强电解质如:如:NaCl,KNO32-1型强电解质型强电解质如:如:MgCl2,Na2SO4只有一种强电解质的溶液只有一种强电解质的溶液注意:对于强、弱电解质混合溶液注意:对于强、弱电解质混合溶液如如NaClNaCl和和HAcHAc的混合液,可忽略弱电解质的离的混合液,可忽略弱电解质的离子强度。子强度。较浓较浓1-11-1型型(I:0.1-0.2mol/L)0
13、.1-0.2mol/L)德拜德拜-休克尔极限稀释公式休克尔极限稀释公式298K298K水溶液中水溶液中A A 值为值为0.5090.509 ;z z+,z z-分别代表阳、分别代表阳、阴离子所带电荷。阴离子所带电荷。较稀较稀1-11-1型型(I 问:问:HAc(Ka=1.75x10-5)、HCOOH(1.8x10-4)、HCN(Ka=6.2x10-10)酸性大小顺序酸性大小顺序。区别:酸的强度和酸度?区别:酸的强度和酸度?酸的强度:酸的强度:Ka表示表示酸度:酸度:PH值表示值表示P30 表表3-2碱解离碱解离平衡常数平衡常数初始初始平衡平衡NH3+H2ONH4+OH-COH-NH3NH4+K
14、b=00NH4+OH-NH32.弱碱的解离平衡及其平衡常数弱碱的解离平衡及其平衡常数Kb反映了碱得质子的能力,可衡量反映了碱得质子的能力,可衡量碱碱的强度的强度Kb愈大,碱得质子的能力愈强,碱性越强。愈大,碱得质子的能力愈强,碱性越强。Kb意义?意义?(1)(1)K Ka a、K Kb b值与弱电解质的本性有关,值与弱电解质的本性有关,与温与温 度有关度有关,而,而与弱电解质的浓度无关与弱电解质的浓度无关。(2)(2)一定温度下一定温度下 ,K Ka a、K Kb b值越大,值越大,弱酸或弱碱弱酸或弱碱 的酸碱性越强的酸碱性越强.反之则越弱。反之则越弱。解离常数解离常数K Ka a、K Kb
15、bTable 3.1 Ionization Constants of Weak Acids and Bases第三级解离第三级解离HPO42-H+PO43-第二级解离第二级解离H2PO4-H+HPO42-H3PO4 H+H2PO4-第一级解离第一级解离H H3 3POPO4 4的三级离解:的三级离解:多元弱电解质的解离多元弱电解质的解离1.ka1 ka2 ka3?2.其表达式中的其表达式中的H+一样吗?一样吗?二、弱电解质离解二、弱电解质离解(酸碱)平衡的移动酸碱)平衡的移动(-).浓度对弱电解质(酸碱)解离平衡的影响浓度对弱电解质(酸碱)解离平衡的影响(二二).).同离子对弱电解质同离子对弱
16、电解质(酸碱)(酸碱)解离平衡的影响解离平衡的影响(三三).).盐效应对弱电解质盐效应对弱电解质(酸碱)(酸碱)解离平衡的影响解离平衡的影响改变离子浓度改变离子浓度(-).浓度对弱电解质(酸碱)解离平衡的影响浓度对弱电解质(酸碱)解离平衡的影响解:解:右右左左右右例:例:HAc+H2OAc-+H3O+已达平衡,加入已达平衡,加入HAc,HCl或或NaOH,平衡向哪方移动?平衡向哪方移动?加入加入NaOH,H3O+,平衡向平衡向移,移,_。若加入水稀释呢?若加入水稀释呢?加入加入HAc,HAc,平衡向平衡向移,移,_ _。加入加入HCl,H3O+,平衡向平衡向移,移,_。稀释定律稀释定律dilu
17、tion lawdilution law 若浓度为若浓度为c c的弱电解质的弱电解质ABAB,在一定温度下离,在一定温度下离解度为解度为,离解达到平衡时的平衡常数为,离解达到平衡时的平衡常数为K,K,则:则:ABA+B平衡时:平衡时:c c c-c 弱电解质的弱电解质的一般很小,可以将一般很小,可以将1-1-11K=c2c/Ka500 or 500 or H3PO4酸的强度:酸的强度:H2PO4-HPO42-酸酸碱碱HPO42-+H2O+OH-PO43-Kb2Kb3H3PO4H2PO4-H2O+OH-H2PO4-+H2O+OH-HPO42-Kb1酸酸碱碱碱的强度:碱的强度:PO43-HPO42
18、-H2PO4-H3PO4酸的强度:酸的强度:H2PO4-HPO42-Ka1Ka2Ka3Kb1Kb2Kb3H3PO4H2PO4-Ka1Kb3=KWKa3Kb1=KWKa2Kb2=KWHPO42-H2PO4-PO43-HPO42-Ka1Ka2Ka3Kb2Kb3Kb1酸酸性性减减弱弱碱碱性性增增强强第四节第四节 酸碱溶液酸碱溶液pH的计算的计算一、强酸或强碱溶液酸度一、强酸或强碱溶液酸度的计算的计算二、一元弱酸或弱碱溶液的二、一元弱酸或弱碱溶液的pH的计算的计算三、多元酸碱溶液的三、多元酸碱溶液的pH的计算的计算四、两性物质溶液的四、两性物质溶液的pH的计算的计算一、强酸或强碱溶液的一、强酸或强碱溶
19、液的pH的计算的计算例例:在一元强酸在一元强酸HCl的溶液中存在两种质子的溶液中存在两种质子 传递平衡:传递平衡:HCl+H2OCl-+H3O+H2O+H2OOH-+H3O+完全解离完全解离微弱微弱解离解离一般浓度下,强酸强碱的浓度一般浓度下,强酸强碱的浓度 H3O+c酸酸OH-c碱碱但当强酸强碱的浓度很稀时,但当强酸强碱的浓度很稀时,H3O+or OH-10-6mol.L-1时,不能忽略水的解离时,不能忽略水的解离最简式:最简式:应用条件为:应用条件为:c c K Ka a2020K Kw w,c c/K Ka a500500计算计算HH+的一般式:的一般式:应用条件为:应用条件为:c c
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