第8章水溶液-2013

1、第第8章章 水溶液水溶液主講：柴雅琴主講：柴雅琴化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院第三篇第三篇 水溶液化學(xué)原理水溶液化學(xué)原理一、溶液的濃度一、溶液的濃度 濃鹽酸濃度：濃鹽酸濃度：12 mol/L（36%） 濃硝酸濃度：濃硝酸濃度：16 mol/L（72%） 濃硫酸濃度：濃硫酸濃度：18 mol/L（96%） 濃氨水濃度：濃氨水濃度：15 mol/L（28%）8-1 溶液的濃度和溶解度溶液的濃度和溶解度二、溶解度二、溶解度1.1. 飽和溶液的溶解度飽和溶液的溶解度 a.溶解平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡溶解平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡 b.飽和溶液的濃度也可以認(rèn)為是溶解度。飽和溶液的濃度也可以認(rèn)為是溶解度。 即溶解度除了用即溶

2、解度除了用g/100gH2O表示表示, 還可用還可用 mol/L，% 表示。表示。 c.在室溫下，絕對(duì)不溶的物質(zhì)是沒(méi)有的。在室溫下，絕對(duì)不溶的物質(zhì)是沒(méi)有的。 2.享利定律（享利定律（Henrys law）-氣體溶解定律氣體溶解定律定律定律：在一定溫度下，一定體積的液體中，所：在一定溫度下，一定體積的液體中，所溶解的氣體質(zhì)量與該氣體的分壓成正比。溶解的氣體質(zhì)量與該氣體的分壓成正比。解釋解釋?zhuān)寒?dāng)氣體的壓強(qiáng)增加：當(dāng)氣體的壓強(qiáng)增加n倍；那么氣體進(jìn)入液倍；那么氣體進(jìn)入液體的機(jī)會(huì)也增加體的機(jī)會(huì)也增加n倍，所以氣體溶解的質(zhì)量也增倍，所以氣體溶解的質(zhì)量也增加加n倍。倍。 故亨利定律與其它氣體的分壓無(wú)關(guān)故亨利定

3、律與其它氣體的分壓無(wú)關(guān)數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式: p=kc c：物質(zhì)的量濃度：物質(zhì)的量濃度 p=km m：質(zhì)量摩爾濃度：質(zhì)量摩爾濃度 p=kxi x：物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) (k: Henrys constant) Sample Exercise 20時(shí)，氧氣溶解在水中的亨利定律常數(shù)為時(shí)，氧氣溶解在水中的亨利定律常數(shù)為2.95107 mmHg柱，在通常大氣中，氧分壓為柱，在通常大氣中，氧分壓為0.21 atm，此時(shí)有多少摩爾氧氣溶在，此時(shí)有多少摩爾氧氣溶在1000 g水水中？中？ Solution： 由亨利定律由亨利定律 得：得：p=kxx x氧氣氧氣= (0.21atm 760mmHg/atm

4、)/2.95 107 mmHg =5.41 10-6 2O0.21 760160(mmHg)p)(./mol10013181000104151041518100018100046O6OOOO22222nnnnx亨利定律得應(yīng)用條件亨利定律得應(yīng)用條件 氣體必須遵循理想氣體行為氣體必須遵循理想氣體行為 要求氣體的溶解是單純的，不與溶劑發(fā)生化要求氣體的溶解是單純的，不與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或發(fā)生電離等過(guò)程學(xué)反應(yīng)或發(fā)生電離等過(guò)程 物質(zhì)的溶解是物理化學(xué)過(guò)程，溶解結(jié)果物質(zhì)的溶解是物理化學(xué)過(guò)程，溶解結(jié)果使溶質(zhì)和溶劑的某些性質(zhì)發(fā)生了變化。使溶質(zhì)和溶劑的某些性質(zhì)發(fā)生了變化。第一類(lèi)性質(zhì)變化決定于溶質(zhì)的本性。第一類(lèi)性質(zhì)變

5、化決定于溶質(zhì)的本性。 顏色、密度、導(dǎo)電性等顏色、密度、導(dǎo)電性等第二類(lèi)性質(zhì)變化僅與溶質(zhì)的量有關(guān)而與溶第二類(lèi)性質(zhì)變化僅與溶質(zhì)的量有關(guān)而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。（適用于難揮發(fā)的非電解。（適用于難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液質(zhì)稀溶液稀溶液通性）稀溶液通性） 非電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)等非電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)等8-2 非電解質(zhì)稀溶液通性非電解質(zhì)稀溶液通性稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性（ colligative properties of dilute solution）Colligative 來(lái)自希臘語(yǔ)，意為團(tuán)結(jié)、一起的意思。來(lái)自希臘語(yǔ)，意為團(tuán)結(jié)、一起的意思。依數(shù)性依數(shù)性指的是僅僅與溶液中微粒的個(gè)數(shù)有關(guān)

6、的性質(zhì)，指的是僅僅與溶液中微粒的個(gè)數(shù)有關(guān)的性質(zhì)，而與溶質(zhì)的種類(lèi)無(wú)關(guān)。而與溶質(zhì)的種類(lèi)無(wú)關(guān)。.飽和蒸氣壓下降飽和蒸氣壓下降 Lowering the vapor pressure.沸點(diǎn)升高沸點(diǎn)升高 Elevation of the boiling point.凝固點(diǎn)下降凝固點(diǎn)下降 Freezing point depression.滲透壓滲透壓 Osmotic pressure一、溶液的飽和蒸氣壓下降一、溶液的飽和蒸氣壓下降Lowering the vapor pressure 1. 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓 1） 純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮杭內(nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?po)液體 氣體蒸發(fā)凝聚達(dá)平衡時(shí)的壓力達(dá)平衡時(shí)的

7、壓力po為純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮海粸榧內(nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?；蒸氣壓蒸氣壓p po時(shí)，平衡左移，氣體液化。時(shí)，平衡左移，氣體液化。稀溶液稀溶液依數(shù)性依數(shù)性的核心的核心 2）溶液的飽和蒸氣壓（）溶液的飽和蒸氣壓（p）溶劑的表面溶液的表面溶劑分子難揮發(fā)溶質(zhì)的分子一般性的結(jié)論：一般性的結(jié)論：在相同的溫度下，溶在相同的溫度下，溶液的飽和蒸氣壓低于液的飽和蒸氣壓低于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?。純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮骸＜兯募兯恼舭l(fā)蒸發(fā)溶液的蒸發(fā)溶液的蒸發(fā)純水的純水的蒸發(fā)蒸發(fā)溶液的蒸發(fā)溶液的蒸發(fā) An aqueous solution and pure water in a closed environment. (a) I

8、nitial stage, (b) After a period of time, the water is transferred to the solution.p溶劑溶劑p溶劑溶劑1) 1) 定量關(guān)系定量關(guān)系拉烏爾定律拉烏爾定律B*BxppA*Bxpp 在一定溫度下，稀溶液中溶液的蒸氣壓等于在一定溫度下，稀溶液中溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┘內(nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀芤褐械恼魵鈮撼艘匀芤褐腥軇┤軇┑哪柗謹(jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)在定溫下，難揮發(fā)在定溫下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓降低值蒸氣壓降低值 p等等于于純?nèi)軇┑恼魵鈮杭內(nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀芤褐腥苜|(zhì)的乘以溶液中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)思考：蒸氣壓

9、下降值思考：蒸氣壓下降值 p=？xA+xB=1p=pB*(1-xA)= pB*- pB*xA pB*-p =pB*xA2. 拉烏爾定律拉烏爾定律 Raoults lawSample Exercise 1：Glycerin, C3H8O3, is a nonvolatile nonelectrolyte with a density of 1.26 g/mL at 25. Calculate the vapor pressure at 25 of a solution made by adding 50.0 mL of glycerin to 500.0 mL of water. The vap

10、or pressure of pure water at 25 is 23.8 torr.Method. Solution. 0.684mol92.1g/mol1.26g/mL50.0mL）（質(zhì)（n27.8mol18g/mol1.0g/mL500.0mL）（水n*27.823.823.2 torr27.80.684溶液水水（）px p1 atm = 760 mmHg = 1.01325105 Pa1torr=1 mmHg摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)x質(zhì)劑質(zhì)質(zhì)nnnx對(duì)于稀溶液，對(duì)于稀溶液，n質(zhì)質(zhì)T1=373Kp/PaT1 T2 水a(chǎn)q101.325KPa冰CDCD1）液體的沸點(diǎn)要高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。）液體的

11、沸點(diǎn)要高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。2) 沸點(diǎn)升高的數(shù)值與溶液中溶質(zhì)的摩爾分沸點(diǎn)升高的數(shù)值與溶液中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。數(shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。 Tb=k p=k Km質(zhì)質(zhì)mkTbbmkTbb沸點(diǎn)升高的數(shù)值沸點(diǎn)升高的數(shù)值溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù)溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù)溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度kb為為molar boiling point elevation constant。在數(shù)。在數(shù)值上恰好等于值上恰好等于1 kg mol 1溶液的沸點(diǎn)上升的度數(shù)，溶液的沸點(diǎn)上升的度數(shù)，其單位為（其單位為（）K kg mol 1。 3) Application a已知已知 Tb，求，求K

12、bSample Exercise ：1.00g尿素尿素CO(NH2)2溶溶解于解于75.0 g水中，測(cè)得其溶液的沸點(diǎn)為水中，測(cè)得其溶液的沸點(diǎn)為100.114,已知尿素的分子量為已知尿素的分子量為60.1，求，求水的水的Kb。解：解： CO(NH2)2的的 （mol/kg） Tb = 100.114 100 = 0.114， Kb = 0.114 / 0.222 = 0.513（ kg/mol）1.00/60.10.22275/1000m Sample Exercise：. 把把1.09g葡萄糖溶于葡萄糖溶于20g 水中所水中所得溶液在得溶液在101325Pa下沸點(diǎn)升高了下沸點(diǎn)升高了0.156K

13、，求葡萄，求葡萄糖的摩爾質(zhì)量糖的摩爾質(zhì)量M。解：解：mkTbb已知水的已知水的kgmolK512. 01bKkg)100020(mol)Mg09. 1 (kgmolK512. 0K156. 011molg179M理論值為理論值為180g/mol180g/molb已知已知 Tb，求溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量，求溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量半透膜：半透膜：允許某些物質(zhì)透過(guò)而不允許另一些允許某些物質(zhì)透過(guò)而不允許另一些 物質(zhì)透過(guò)的多孔性薄膜。物質(zhì)透過(guò)的多孔性薄膜。如細(xì)胞膜、蘿卜皮、動(dòng)物腸衣、牛皮紙等。如細(xì)胞膜、蘿卜皮、動(dòng)物腸衣、牛皮紙等。滲透現(xiàn)象：滲透現(xiàn)象：溶劑透過(guò)半透膜而進(jìn)入溶液的現(xiàn)象溶劑透過(guò)半透膜而進(jìn)入溶液的現(xiàn)象。滲透壓：

14、滲透壓：溶劑在半透膜內(nèi)溶劑在半透膜內(nèi)外的滲透作用過(guò)平衡時(shí)半外的滲透作用過(guò)平衡時(shí)半透膜兩邊的靜壓力差。透膜兩邊的靜壓力差。溶液溶液溶劑溶劑即阻止?jié)B透作用所施加于即阻止?jié)B透作用所施加于溶液的最小外壓。溶液的最小外壓。半透膜半透膜四、滲透壓四、滲透壓 Osmotic pressure1. Van t Hoff 方程：方程： 1887年年 Van t Hoff（18521911）研究溶）研究溶液的滲透壓（液的滲透壓（1901年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）其結(jié)論為：其結(jié)論為： 溶質(zhì)分散在一定體積的溶劑中的滲透壓溶質(zhì)分散在一定體積的溶劑中的滲透壓和溶質(zhì)擴(kuò)散在等體積中的氣體壓力一樣，和溶質(zhì)擴(kuò)散在等體積

15、中的氣體壓力一樣，即：即： V = nRT or = cRT 2. 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：a此公式只適用于非電解質(zhì)稀溶液此公式只適用于非電解質(zhì)稀溶液b在極稀溶液中，在極稀溶液中，1 L溶液近似看作溶液近似看作1kg溶溶劑，所以劑，所以 mRT；c只有在半透膜存在下，才能表現(xiàn)出滲透只有在半透膜存在下，才能表現(xiàn)出滲透壓；壓；d雖然稀溶液的雖然稀溶液的 = cRT與氣體的與氣體的pV = nRT完全符合，但完全符合，但與與p產(chǎn)生的原因是不產(chǎn)生的原因是不同。同。3. Application a求分子量。滲透壓常用于極高分子量的求分子量。滲透壓常用于極高分子量的物質(zhì)的測(cè)定。物質(zhì)的測(cè)定。Sample exe

16、rcise：在：在250C、1L苯中含苯中含5.0g聚苯乙烯的溶液，其聚苯乙烯的溶液，其 = 7.6mmHg，試求，試求聚苯乙烯的分子量？聚苯乙烯的分子量？Solution： = 7.6 / 760 = 0.01（atm）5.0nM5.0/ MRTV5.05.00.082062980.01 1RTMVT= 298K， 由由 = cRT得得故聚苯乙烯的分子量為故聚苯乙烯的分子量為1.22104 g/mol= 1.22104（g / mol） b配制等滲溶液（配制等滲溶液（isotonic solution） 滲透壓相等的溶液，例如紅血球的滲透滲透壓相等的溶液，例如紅血球的滲透壓與壓與0.9%的的

17、NaCl(aq)、5葡萄糖葡萄糖 的滲的滲透壓相同。透壓相同。Sample exercise 2：The average osmotic pressure of blood is 7.7 atm at 25. What concentration of glucose, C6H12O6, will be isotonic with blood?Solation：由：由 = cRT得得7.70.310.08206 298cRT（mol/L）c可使海水淡化可使海水淡化稀溶液依數(shù)性的總結(jié)稀溶液依數(shù)性的總結(jié) (1)(1)當(dāng)不揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶解在溶劑中，當(dāng)不揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶解在溶劑中，形成極稀溶液，它的蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升形成極稀溶液，它的蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低以及滲透壓與在一定的溶高、凝固點(diǎn)降低以及滲透壓與在一定的溶劑或一定體積的溶液中所溶解的溶質(zhì)的摩劑或一定體積的溶液中所溶解的溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量數(shù)成正比，而與溶質(zhì)的本質(zhì)無(wú)關(guān)。爾質(zhì)量數(shù)成正比，而與溶質(zhì)的本質(zhì)無(wú)關(guān)