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1、第3章 水溶液化学,本章学习要求,掌握溶液的通性。,明确酸碱的近代概念，酸碱的解离平衡和缓冲溶液的概念，掌握有关pH的计算;,掌握了解配离子的组成结构及解离平衡及其移动；,掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有关计算。,第一节： 溶液的通性,一 溶液相关概念 1 分子分散系统又称为溶液，指一种或多种物质以分子或离子的状态均匀分布在另一种物质中所形成的分散系统。 溶液有气态溶液（如空气）、固态溶液（如合金）和液态溶液之分，除特别说明，一般都指的是液态溶液。 通常被溶解的物质叫溶质、能溶解其它物质的物质叫溶剂。, 溶解过程与溶液的形成 溶质均匀分散于溶剂中的过程溶解 是个既有化学变化，又有物理变化的
2、复杂过程常伴随：颜色变化，体积变化，能量变化,按溶质的相对含量不同：溶液又可分为稀溶液和浓溶液。 按溶质类型不同：可分电解质溶液和非电解质溶液。 电解质是指在溶液中能够离解的物质 按离解程度不同：有强电解质和弱电物质。, 溶解度的概念 单位溶剂中最多能溶解的溶质的量溶解度 溶解度与温度、压力等因素有关。 相似相溶原理 溶剂与溶质的分子结构相似，就能较好地相互溶解。,二.溶液浓度的表示方法,组成的标度 溶剂A + 溶质B,物质的量浓度 c (mol L-1或mol dm-3) 质量摩尔浓度 m (mol kg-1) 摩尔分数 x ( 无单位 ),1. 质量摩尔浓度mB： 1kg溶剂中所含溶质的物
3、质的量，SI单位molkg-1 mB = nB/mA nB 溶质B的物质的量，单位为mol。 mA溶剂的质量，单位为kg。 在浓度很稀的溶液中，1 mol.kg-1近似等于1mol.L-1，即 bBCB，常用于凝固点和沸点的计算。 优点：不受温度变化的影响； 缺点：液体溶剂不易称量，对实验室工作不方便。,2. 摩尔分数(或物质的量分数)以溶液中的总物质的量除任何一物质的量，即为该物质的摩尔分数，是单位为一的量。 设有双组分溶液，溶剂A和溶质B的物质的量分别为nA和nB，则,注意：无论有若干种物质，摩尔分数之和总是等于1。,溶液有两大类性质： 1）与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、能量、酸碱性
4、和导电性等； 2）与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶质的本身性质无关溶液的依数性（溶液的通性）,难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性(依数性),依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小,3.1.1 非电解质稀溶液的通性,(Colligative properties of dilute solutions),1、蒸气压下降（The lowering of the vapor pressure) 2、沸点上升 (The elevation of the boiling point) 3、凝固点降低 (The depression of the freezing point) 4、渗透压
5、(The phenomenon of osmotic pressure),通常所说的“依数性”，包括四个方面：,什么是物质的饱和蒸气压？ 什么是溶液的饱和蒸气压？ “溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？ 为什么溶液的蒸气压会下降？ 下降多少，由什么决定？,一、溶液的蒸气压下降,1、什么是物质的饱和蒸气压？,气化（蒸发）：液体表面能量较大的分子，克服分子间的引力，逸出液体表面进入液体上面的空间。 凝结：气相中的分子，可能与液体表面发生碰撞，并被周围的液体分子所吸引，重新回到液相。 饱和蒸气压：当：气化 = 蒸发达到平衡，此时蒸气压为一定值。称为饱和蒸气压。,注意要点 除液体外，固体也有饱和蒸气压
6、。如干冰、萘、碘等 固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。 饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。,注意要点 饱和蒸气压与温度密切相关蒸气压温度曲线,温度升高，蒸气压增大,p(H2O, l , 298K)=3167 Pa p(H2O, l, 373K)=101.325kPa,2、什么是溶液的饱和蒸气压？ 指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。 溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：,3、 “溶液的蒸气压下降” 这句话是什么意思？ 同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“
7、溶液的蒸气压下降”。,4、为什么溶液的蒸气压会下降？,当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。,法国物理学家拉乌尔据实验得出以下定量关系：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降p与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。即： p = (nB/n) p*A = p*AxB 其中xB是溶质B在溶液中的摩尔分数， p*A是纯溶剂的蒸汽压。,5、溶液的蒸气压下降多少？ 拉乌尔定律（Raoults Law),蒸气压下降的应用,测定溶质分子的相对摩尔质量 设质量为WB的溶质溶于质量为WA的溶剂中，则
8、有：,干燥剂工作原理 CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。,二、溶液的沸点上升、凝固点下降,1、什么是沸点和凝固点？ 2、从蒸气压曲线理解:什么是纯液体的沸点和凝固点 3、从蒸气压曲线理解:什么是溶液的沸点和凝固点 4、为什么溶液的沸点上升、凝固点下降？,沸点：液体蒸气压达到101.325kPa(1atm)时的温度。（液体蒸气压与外界压力相等时的温度）。,难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为： Tbp= Tbp
9、T*bp = kbpm kbp称为溶剂的摩尔沸点上升常数，单位为Kkgmol-1。,T*b,Tb,图3.1 沸点上升示意图,溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，它们之差为： Tfp = T*fpTf p = kfp m kf p称为溶剂的摩尔凝固点下降常数。,特点 Kfp, kbp只与溶剂种类有关 同种溶剂：kf pkbp,凝固点（熔点）：液相和固相蒸气压相等时的温度固相与液相共存时的温度。,图3.2凝固点下降示意图,测定分子的相对分子质量 以凝固点下降应用较多。因为kfpkbp，Tfp Tbp，所以实验误差较小，且凝固时有结晶析出，易于观察。 当溶质的相对摩尔质量MB很大时，由于Tfp太小，
10、准确性差， 因此只适用于MB较大的情况。,冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,防冻剂工作原理,例：有两溶液：1) 1.5 g尿素CO(NH2)2溶解 于200 g水； 2) 42.75 g未知物溶解于 1000 g水中 它们在相同温度下结冰。求未知物的相对分子质量。 解：对于同一溶剂，由,3. 溶液的渗透压,渗透现象溶剂通过半透膜进入溶液或溶剂从稀溶液通过半透膜进入浓溶液的现象（单向扩散）,渗透压阻止渗透进行所施加的最小外压,用表示。,图3.3 溶液渗透压示意图,渗透压大小的计算范特荷甫方程(vant Hoff equation)
11、1886年，荷兰物理化学家J.H.vant Hoff发现非电解质稀溶液的渗透压的大小，可以用与理想气体状态方程(pV = nRT)形式相似的方程式计算： V = nRT 式中： 渗透压 Vm3 （ 体积） R8.314 (Pa m3 mol-1 K-1),溶液的渗透压与溶质的本性无关，只与溶质的浓度有关依数性。 *渗透压的应用 电解质对生命体的重要性 反渗透法制备纯净水 植物水份的吸收,渗透压测定的应用,测定分子的相对分子质量 渗透压有较大数值，容易测定，因此可以准确测定化合物的相对摩尔质量。,等渗溶液与反渗透,等渗溶液 人体血液的渗透压约为780kPa，病人注射或输液时，使用0.9%的NaC
12、l溶液（0.16 moldm-3）或5%的葡萄糖溶液(0.28moldm-3)，这两种溶液与红细胞和血浆都是等渗溶液（即渗透压相等）。,反渗透 若外加在溶液上的压力大于渗透压，则会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，使纯溶剂体积增加，该过程叫反渗透。广泛用于海水淡化、工业废水的处理及溶液的浓缩等，关键在于耐高压半透膜的制备。,难挥发非电解质稀溶液(理想溶液）的性质(蒸气压下降，沸点上升和凝固点下降，以及溶液渗透压)与一定量溶剂中溶质分子的数目成正比,而与溶质本性无关的现象,称为稀溶液的依数性（稀溶液定律）。,浓溶液中溶质的微粒数较多，溶质微粒间的相互作用及溶质微粒与溶剂分子间的相互作用复杂，使稀溶
13、液定律的定量关系产生偏差。而在电解质溶液中，由于电解质的解离，使得稀溶液定律的定量关系不适用。,思考：相同浓度的电解质溶液的蒸气压与非电解质比如何变化？,答：其蒸气压下降，沸点上升和凝固点下降，以及溶液渗透压的数值变化均比同浓度的非电解质大。,3.1.2 电解质溶液的通性,阿仑尼乌斯根据电解质溶液不服从稀溶液定律的现象，提出了电离理论。1903年他获得了诺贝尔化学奖。电离理论认为电解质分子在水溶液中解离成离子，使得溶液中的微粒数增大，故它们的蒸汽压、沸点、凝固点的改变和渗透压数值都比非电解质大。,解离度溶液中已解离的电解质的分子数与电解质总分子数之比。,从部分电解质的0.1molkg-1溶液的
14、凝固点下降数值与同浓度非电解质溶液（理论值）的比较可以得到电解质溶液的偏差 i 值,电解质 实测Tf / K 计算 Tf / K i= Tf / Tf NaCl 0.348 0.186 1.87 HCl 0.355 0.186 1.91 K2SO4 0.458 0.186 2.46 CH3COOH 0.188 0.186 1.01,可以看出，产生的偏差有以下规律： A2B(AB2)强电解质AB强电解质AB弱电解质非电解质,附例 将质量摩尔浓度均为0.10 molkg-1的BaCl2, HCl, HAc, 蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从大到小次序排序:,解：按从大到小次序排
15、序如下： 粒子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖 蒸气压 蔗糖 HAc HCl BaCl2 沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖 凝固点 蔗糖 HAc HCl BaCl2 渗透压 BaCl2 HCl HAc 蔗糖,近代观点认为强电解质在溶液中完全电离，其粒 子数应为整数，但事实并非如此。 1923年德拜（Debye）和休克尔（Huckel）提出了 强电解质溶液离子互吸理论：强电解质在水溶液 中完全电离，但异号离子间相互吸引，每个离子 周围总是吸引着一些异号离子，形成了所谓的离 子氛。由于离子不断运动，使离子氛随时折散、 又随时形成。由于离子氛的存在，离子受到牵制 不能完全独立运动。,因此，
16、路易斯引入了活度的概念。 活度：指离子在参加化学反应时所表现出来的有效浓度。 为活度系数、直接反映了溶液中离子间相互牵制作用的强弱。,溶 液 中 的 化 学 平 衡, 酸碱平衡 配位平衡 沉淀溶解平衡 电化学平衡（氧化还原平衡） 溶液中的“四大化学平衡”,引言电解质的概念 * 溶液中能传导电流的物质叫电解质。 * 常见的电解质有： 酸、碱、盐。 * 它们在溶液中之所以能导电，是因为它们在水溶液中发生了电离，产生正、负离子。在溶液中能自由移动的带电离子，是电流的载体。 M+A- = M+ + A-,根据电解质在溶液中电离的程度，可将电解质分类： 强电解质：在溶液中全部电离成离子，主要有： 强酸：HClO4 HCl HNO3 强碱：KOH NaOH
