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1、1,第三章 溶液中的离子平衡,工程化学导论,2,了解溶液，特别是水溶液中的化学反应，对材料的清洗、保护，促进生命健康，以及合理利用和保护水资源等方面都具有重要的实际意义。本章从化学反应原理出发，讨论与溶液密切相关的酸碱反应、沉淀反应、配位反应，以及这些反应在水体保护中的一些应用；同时简单介绍蒸馏、萃取等技术的原理及非水溶液化学反应。,内 容 提 要,3,3. 1 分散系统概述 3. 2 弱电解质的解离平衡 3. 3 沉淀、溶解平衡 3. 4 配位平衡 3.5 氧化还原平衡和电化学基础,目 录,4,分散质(dispersion phase) 分散系 分散剂(dispersion medium)
2、分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。,3.1 分散系统概述,5,表 3-1 按聚集状态分类的各种分散系分 散 质 分 散 剂 实 例气 气 空气、家用煤气 液 气 云、雾 固 气 烟、灰尘气 液 泡沫、汽水液 液 牛奶、豆浆、农药乳浊液 固 液 泥浆、油漆、墨水 气 固 泡沫塑料、木炭、浮石 液 固 肉冻、硅胶、珍珠 固 固 红宝石、合金、有色玻璃,6,表 3-2 按分散质粒子大小分类的各种分散系分散质 分散系类型 分散质 主要性质 粒子直径100nm 粗分散系： 分子的大集合体 多相,不稳定,扩散很慢 乳浊液 、 颗粒不能透过滤纸悬浮液,7,3.1.1 浊液,浊液： 分散质以微小粒子（粒子
3、直径大于100nm)分散在液体物质中形成的分散系统，系统呈浑浊状态。 浊液包括悬浊液和乳浊液。,8,3.1.2 胶体,分散相直径在 1100 nm 范围内称为胶体分散体系。,分散系,分散相,分散介质,根据分散相粒子直径大小分为,离子分散系,胶体分散系,粗分散系,9,SiO2. nH2O (左侧烧杯)和 Fe2O3. nH2O (右侧烧杯) 溶胶,丁铎尔现象,10,1. 胶团的结构,例：稀AgNO3与过量的稀KI溶液反应制备AgI溶胶。,图 1-3 KI过量时形成的AgI胶团结构示意图,11,AgI胶团结构简式：,（AgI)m nI- （n-x）K+x-xK+胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附
4、层 扩散层胶粒胶团,12,AgNO3 + KI KNO3 + AgI,胶团的结构表达式,图5-5 AgI 胶团结构示意图,例：,目前人们普遍认同的胶团结构为双电层结构。,胶团结构,过量的 KI 作稳定剂,13,氢氧化铁、三硫化二砷和硅胶的胶团结构式可表示如下:,(Fe(OH)3)mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-(As2S3)mnHS-(n-x)H+x-xH+(H2SiO3)mnHSiO3-（n-x）H+X-xH+ 注意 :在制备胶体时,一定要有稳定剂存在。通常稳定剂就是在吸附层中的离子。,14,2. 胶体溶液的性质,光学性质溶胶的动力学性质溶胶的电学性质,胶体溶液的性质,15,(1).
5、 光学性质,1869年，丁达尔(Tyndall)在研究胶体时，他将 一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线垂直方 向上观察到一条发亮的光柱。这一现象称为丁达 尔效应(Tyndall effect)。由于丁达尔效应是胶体 所特有的现象，因此，可 以通过此效应来鉴别溶液 与胶体。,16,产生原因：,光线照射到物体表面时，可能产生两种情况： （1）颗粒的直径远远大于入射光的波长，此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应； （2）物质的颗粒直径比入射波长小的话，则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。因为溶胶的粒子直径在1一100nm，而一般可见光的波长范围在400一760nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显
6、的散射作用。,17,(2). 溶胶的动力学性质,溶胶的布朗运动 ：在超显微镜下看到溶胶的散射现象的同时，还可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动的，它们是在作无休止、无规则的运动。,18,(3). 溶胶的电学性质,电泳(electrophoresis) ：在电场中，溶胶体系的溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移。,如U形管中装入棕红色的氢氧化铁溶胶 结论：氢氧化铁溶胶粒子带正电。,19,溶胶粒子带电的主要原因 ：,（1）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是FeCl3 溶液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中，有大量的FeO+存在，由于Fe(OH)3 对FeO+的吸附因而溶胶带正电。 （2）电离作用 ：
7、硅胶粒子带电就是因为H2SiO3电离形成HSiO3- 或SiO32-，并附着在表面而带负电。H2SiO3HsiO3- + H+ SiO32- + 2H+,20,溶胶的互聚,两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶同样会发生聚沉。 例： 明矾净水作用。天然水中胶态的悬浮物大多带负电，明矾在水中水解产生的Al(OH)3溶胶带正电，它们相互聚沉而使水净化。,21,3. 溶胶的稳定性和聚沉,1. 溶胶的稳定性布朗运动 胶粒的双电层结构 溶胶的聚结稳定性 溶剂化膜,溶胶的稳定性,22,溶胶的稳定性,热力学不稳定体系,动力学稳定体系,布朗运动、胶粒带电及溶剂化作用,多相、高分散系统，具有很大的表面能
8、,23,胶粒因聚集而发生沉降的过程称为聚沉，使溶胶聚沉的方法主要有：,(1) 加电解质 (2) 加热 (3) 加带相反电荷的溶胶,溶胶聚沉,24,2. 溶胶的聚沉聚沉(coagulation) ：胶体分散系中的分散质从分 散剂中分离出来的过程。 影响溶胶聚沉的因素主要有：（1）电解质对溶胶的聚沉作用 （2）溶胶的互聚,25,电解质对溶胶的聚沉作用,电解质的聚沉能力 ：用聚沉值的大小来表示。 聚沉值 指一定时间内，使一定量的溶胶完全聚沉所需要的电解质的最低浓度。 电解质的聚沉值 ，聚沉能力 。 电解质聚沉值 ，聚沉能力 。 例：Fe(OH)3正溶胶：聚沉能力：K3Fe(CN)6MgSO4AlCl
9、3,26,As2S3负溶胶： 聚沉能力：AlCl3MgSO4K3Fe(CN)6,带负电溶胶 ：聚沉能力：Rb+K+Na+Li+ 结论 （1）与胶粒所带电荷相反的离子电荷越高，对溶胶的聚沉作用就越大。（2）随着离子半径的减小，离子的聚沉能力减弱。,27,3.1.3 溶液,1.溶液浓度的表示方法 （1）B的物质的量浓度CB B的物质的量浓度 ，单位为molL-1。 nB 物质B的物质的量，单位为mol。V 混合物的体积，单位为L 。,28,注意：使用物质的量单位mol时要指明物质的基本单元。,例： c(KMnO4)=0.10molL-1 c(1/5KMnO4)=0.10molL-1的两个溶液。两种
10、溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克， 后者为3.16克。,29,（2 ） 溶质B的质量摩尔浓度,bB 溶质B的质量摩尔浓度，单位为molKg-1。nB 溶质B的物质的量，单位为mol。mA 溶剂的质量，单位为kg。,30,（3）B的质量分数,mB 物质B的质量；m 混合物的质量； B的质量分数，SI单位为1。,31,（4）B的摩尔分数,nBB的物质的量，SI单位为mol； n 混合物总的物质的量，SI单位为mol ； SI单位为1。,32,两组分的溶液系统 ：,溶质B的量分数:溶剂A的量分数:任何一个多组分系统，则,33,例1-1 求(N
11、aCl)=10%的NaCl水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数。,解：根据题意，100g溶液中含有NaCl10g，水90g。即m(NaCl)=10g, 而m(H2O)=90g因此,34,35,（5 ）几种溶液浓度之间的关系,1. 物质的量浓度与质量分数CB 溶质B的量浓度; 溶液的密度;溶质B的质量分数; MB 溶质B的摩尔质量。,36,2物质的量浓度与质量摩尔浓度,CB 溶质B的量浓度; 溶液的密度; m 溶液的质量; nB 溶质B的物质的量。,37,若该系统是一个两组分系统，且B组分的含量较少，则溶液的质量m 近似等于溶剂的质量 mA，上式可近似成为：,若该溶液是稀的水溶液，则：,38,难挥发的非
12、电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，或称为依数性。 包括：稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下降和稀溶液的渗透压。（与纯溶剂比较）,2 .非电解质溶液的依数性,39,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、比重、酸碱性和导电性等； 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：如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。,40,（1） 溶液蒸气压的下降,饱和蒸气压（saturated vapor pressure）,简称蒸气压(po) ：将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目
13、相等时，这时液体上方的蒸气所具有的压力 。,41,纯溶剂的表面少量地被加入非挥发性溶质粒子所占据，使溶剂的表面积相对减小，单位时间内逸出液面的溶剂分子数相对比纯溶剂要少。达到平衡时溶液的蒸气压就要比纯溶剂的饱和蒸气压低。,溶液蒸气压的下降的原因：,42,法国物理学家拉乌尔(FMRoult)在1887年总结出一条关于溶剂蒸气压的规律。,p =poA P 溶液的蒸气压，单位为Pa； po 溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa； A 溶剂的摩尔分数。,43,由于A十Bl，即Al一B， 所以 p = po（1-B）=po-p oB,po-p = p oBp = po-p = p oB p 溶液蒸气压的下降值，单位为Pa；B 溶质的摩尔分数。 结论 : 在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律,44,（2） 溶液沸点的升高和疑固点下降,Tb*和Tb分别为纯溶剂和溶液 的沸点。,
