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1、第二章溶液的浓度与渗透压 学习目标 1 物质的量 摩尔质量等基本概念并学会其有关计算2 溶液浓度的表示方法 物质的量浓度 质量浓度 质量分数和体积分数3 溶液浓度之间的换算 溶液的稀释与配制4 渗透现象和渗透压的基本概念及渗透压的大小与溶液浓度 温度之间的关5 渗透压在医学中的意义 二 物质的量 单位 摩尔每个物理量都有其特定的单位 1971年第十四届国际计量大会 CGPM 上规定物质的量的单位是 摩尔 符号是mol 并规定 当某一定量的物质中 所包含的基本粒子数目与0 012kg里所含的碳原子数相等 由这些粒子所构成的物质的量就称为1摩尔 阿佛加德罗常数 0 012kg所包含的碳原子数到底是
2、多少呢 意大利科学家阿伏加德罗通过大量的实验测得其近似值为6 02 1023个 所以6 02 1023这个常数就称之为阿佛加德罗常数 用符号NA来表示 即NA 6 02 1023个mol 1 因此可以说 1mol任何物质都含有6 02 1023个基本单元 如图所示 1molC含有6 02 1023个碳原子 1molH2O含有6 02 1023个水分子 1molCH4含有6 02 1023个甲烷分子 同理可得 1molCa2 含有6 02 1023个钙离子 由此类推 物质的量相等的任何物质 其包含的基本粒子数也一定相等 因此0 5molH2与0 5molO2所含的氢分子和氧分子数是相等的 都为3
3、 01 1023个 因此 物质的量nB与基本粒子数N 阿佛加德罗常数NA之间存在着如下关系 或N nB NA 二 摩尔质量 一 摩尔质量摩尔质量 1mol物质所具有的质量 用符号MB或M B 来表示 它是等于该物质的质量mB与该物质的物质的量nB的比值 即 显然 摩尔质量的国际单位是kg mol 1 化学上和医学上多采用g mol 1 中文符号是克 摩 1 如 MNaCl或M NaCl 表示氯化钠的摩尔质量 12恰好是碳的相对原子质量 因为元素的相对原子质量是元素的平均原子量与原子质量的1 12之比 由此可以推出其它元素原子的摩尔质量 分子的摩尔质量 离子的摩尔质量 也是以g mol 1为单位
4、 数值上就等于它们的相对原子量 相对分子量或相对离子量 例如 1molC的质量是12g 记为 M C 12g mol 11molFe的质量是56g 记为 M Fe 56g mol 1 综上所述 任何物质的摩尔质量MB是以g mol 1为单位 其数值就等于这种物质的化学式量 由摩尔质量的定义可得 物质的量nB 物质的质量mB与物质的摩尔质量MB三者之间的关系为 或mB nB MB 例2 128g的氯化钠含NaCl的物质的量为多少摩 其中含钠原子 氯原子的物质的量各为多少摩 解 因为NaCl的摩尔质量为58g mol 1所以 n O 1 n NaCl 1 0 5 0 5moln H 1 n NaC
5、l 1 0 5 0 5mol答 29g氯化钠含NaCl的物质的量是 0 5mol 钠原子 氯原子的物质的量是0 5mol 例2 3mol的葡萄糖 C6H12O6 的质量为多少克 其中含碳 氢 氧原子的物质的量是多少摩尔 解 葡萄糖 C6H12O6 的摩尔质量是 180g mol 1则3mol葡萄糖的质量为 m C6H12O6 n C6H12O6 M C6H12O6 3mol 180g mol 1 54gn C n O 6 n C6H12O6 6 3 18moln H 12 n C6H12O6 12 3 36mol答 3mol的的质量为54克 碳 氢 氧原子的物质的量各是18 18 36摩尔 二
6、 气体摩尔体积气体摩尔体积是指1mol气体物质所占有的体积 一般用单位L mol 实验证实 在标准状况下 0 101325Pa 1mol任何气体所占的体积都约为22 4L 这个体积叫做气体摩尔体积 根据气体的体积 可以计算出气体的物质的量 在标准状况下 由于气体物质的体积是由分子之间的距离来决定的 不同物质气体的分子之间的距离几乎相等 因而它们的气体的摩尔体积几乎相等 而液体 固体的体积是由它们的分子或原子大小来决定的 不同的分子或原子的的大小不同 因而固 液体的摩尔体积是没有相应的规律 例2 31 204 1024个H2分子的物质的量 质量和体积各为多少 解 因为1molH2的分子个数是6
7、02 1023个 所以1 204 1024个H2分子的物质的量是 n H2 又因为H2的摩尔质量是2g mol 1 故H2的质量 m n H2 M H2 2mol 2g mol 1 4gH2的体积为2mol 22 4L mol 44 8L答 1 204 1024个H2O分子的物质的量是2mol 其质量是4g 体积为44 8L 第二节溶液的浓度 溶液是由溶质和溶剂两部分组成的分散系 溶液的浓度主要是指溶液中的溶质与溶液的比值 浓度 溶质的量可用质量 物质的量 体积等来表示 溶液的量也可用质量 体积等来表示 所以溶液浓度的表示方法有很多种 而本章仅将在医学上常用的几种方法介绍如下 一 溶液浓度的表
8、示法 一 物质的量浓度物质的量浓度简称为浓度 它的定义为 溶质B的物质的量nB与溶液的体积V之比 用符号CB来表示 即 CB 物质的量浓度的单位是mol m 3 医学上常用mol L 1 mmol L 1 umol L 1 使用物质的量浓度必须指明基本单元 因为在电解质溶液中溶质大多是以离子分散在溶剂中 例如C NaCl 0 2mol L 1的溶液中 C Na 0 2mol L 1 C Cl 0 2mol L 1 例2 4临床上给病人输液采用的生理盐水 NaCl的水溶液 的规格是 0 5L的生理盐水中含有4 5g的NaCl 则生理盐水的物质的量浓度为多少 解 已知 m NaCl 4 5gV 0
9、 5L M NaCl 58 5g mol则 C NaCl 0 154mol L 1答 生理盐水的物质的量浓度为0 154mol L 1 二 质量浓度溶液的质量浓度是指溶质B的质量mB与溶液的体积V之比 用符号 B来表示 即 B B的SI单位是kg m 3 医学上常用g L 1 mg L 1 ug L 1 例2 7临床上治疗酸中毒常用乳酸钠 NaC3H5O3 注射针剂 它的规格是每支20ml中含乳酸钠的质量是2 24g 计算该针剂的质量浓度为多少 解 已知m NaC3H5O3 2 24g V 20ml 0 02L B 112g L 1答 临床上治疗酸中毒的乳酸钠针剂的质量浓度为112g L 1
10、三 质量分数溶液的质量分数是指 溶质B的质量mB与溶液的质量m之比 用符号 B来表示 即 B 质量分数的量纲为1 可以用小数或百分数来表示 例如 工业浓硫酸的质量分数是 B 0 98或 B 98 即100g浓硫酸溶液中含纯硫酸是98g 例2 10高温操作的工人 由于出汗太多 常常需要喝一些盐水来调节体内NaCl的平衡 这些盐水是每1000g的饮用水中加入9克的食盐 则这种盐水的质量分数是多少 解 已知 m NaCl 9gm 1000g 9g 1009g则 NaCl 0 009答 这种食盐水的质量分数是0 009 四 体积分数溶液的体积分数是指在相同的温度和压强下 溶质B的体积VB与溶液的体积V
11、之比 用符号 B来表示 即 B 体积分数的量纲也和质量分数一样为1 可用小数或百分数来表示 当溶质在常温常压下是液态时 临床上常用体积分数来表示这种溶液的浓度 如临床上用的消毒酒精的体积分数为 B 0 75或 B 75 它表示的物理意义是100ml消毒酒精中 含纯乙醇是75ml 二 溶液浓度的换算 一 物质的量浓度CB与质量浓度 B之间的换算根据溶液的质量浓度公式 B 和物质的量浓度的计算公式CB 可得出质量浓度 B和物质的量浓度CB之间的换算公式是 CB 或 B CB MB 例2 12正常人每100ml血清中含165 2mgHCO3 离子 计算正常人血清中HCO3 的质量浓度和物质的量浓度分
12、别为多少 解 由 B 得正常人血清中HCO3 质量浓度为 HCO3 1 652g L又 CB C HCO3 0 027mol L答 正常人血清中HCO3 的质量浓度和物质的量浓度分别为 1 652g L和0 02 二 质量分数 B与物质的量浓度CB之间的换算根椐溶液的质量分数的计算公式 B 和溶液的物质的量浓度的计算公式CB 可推导出溶液的质量分数 B与物质的量浓度CB之间的换算公式为 CB 或 B 其中 是溶液的密度 与质量浓度 B是有区别的 三 溶液的稀释稀释就是在一定量的溶液中再加入一定量的溶剂使溶液的体积增大 浓度减少的过程 因此稀释前后溶质的量是没有改变的 即 稀释前溶质的量 稀释后
13、溶质的量稀释前溶液的浓度 稀释前溶液的体积 稀释后溶液的浓度 稀释后溶液的体积由此可得稀释公式为 CB1 V1 CB2 V2 B1 V1 B2 V2 B1 V1 B2 V2对于浓度为质量分数时时 其稀释公式是 B1 m1 B2 m2这些稀释公式可以统一用一个式子来表示 即CB1 V1 CB2 V2使用这个稀释公式时 一定要注意 浓度的表示方法要前后一致 体积的单位要前后一致 例2 14临床上需要配制mol L 1乳酸钠 NaC3H5O3 溶液600ml来治疗酸中毒 需要1mol L 1乳酸钠多少支 每次规格是20ml 解 已知C NaC3H5O3 1 1mol L 1C NaC3H5O3 2
14、mol L 1 V2 600ml CB1 V1 CB2 V2 C NaC3H5O3 1 V1 C NaC3H5O3 2 V21mol L 1 V1 mol L 1 600mlV1 100ml100 20 5 支 答 配制mol L 1乳酸钠 NaC3H5O3 溶液600ml来治疗酸中毒 需要1mol L 1乳酸钠5支 四 溶液的配制 第三节溶液的渗透压 一 渗透现象和渗透压力1 渗透现象 溶剂分子通过半透膜从纯溶剂进入溶液或从稀溶液进入浓溶液的过程 简称渗透 半透膜 只允许某些物质透过 而不允许另外一些物质透过的薄膜 动物的膀胱膜 细胞膜 人造羊皮纸和火棉胶膜等都是半透膜 细胞膜只允许水 葡萄
15、糖 CO2 O2 氨基酸等小分子物质通过 而不允许蛋白质 核酸 脂类等大分子物质通过 2 渗透现象的产生 条件 有半透膜存在 半透膜两侧存在浓度差 结果 缩小膜两侧的浓度差 方向 溶剂 水 分子从纯溶剂向溶液渗透或从稀溶液向浓溶液渗透 原因 单位体积内纯溶剂中的溶剂分子数目大于溶液中的溶剂分子数目 在单位时间内 由纯溶剂通过半透膜进入溶液中的溶剂分子比由溶液进入纯溶剂中的溶剂分子多 致使液面升高 3 渗透压力 在一定温度下 将液面高度相等的溶液和纯溶剂用半透膜隔开 恰能阻止渗透发生而在溶液上方所施加的压力称为该温度下该溶液的渗透压 用符号 表示 SI单位为Pa 二 渗透压力与浓度 温度的关系
16、1886年 荷兰化学家Van tHoff归纳出稀溶液的渗透压力与溶液的热力学温度 浓度成正比 用方程式表示 溶液的渗透压力 Pa T 绝对温度 K 绝对温度 摄氏温度 273R 摩尔气体常数 R 8 314J K 1 mol 1cB 物质的量浓度 mol m 3 的重要意义 Van tHoff方程表明 在一定温度下 稀溶液的渗透压仅与溶液的浓度成正比 即 仅与单位体积内溶质的质点数成正比 而与溶质的性质无关 不论溶质微粒是小分子或大分子 只要溶液中溶质粒子的数目相等 则渗透压就相同 例 将35 0g血红蛋白 Hb 溶于纯水中 配制成1 00L溶液 在298K时测得溶液的渗透压力为1 33kPa 求Hb的相对分子量 解 答 Hb的相对分子量为6 52 104g mol 渗透浓度cos 溶液中能产生渗透效应的各种溶质粒子 分子或离子 的总的物质的量的浓度称为渗透浓度 用符号cos表示 常用单位为mol L mmol L 对于 非电解质溶液 电解质溶液 例1 生理盐水和葡萄糖溶液的质量浓度分别为9g L和50g L 计算生理盐水和葡萄糖溶液的渗透浓度各为多少 解 NaCl为强电解质 在溶液中
