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1、Aquatic Chemical Reaction&Water PollutionChapter 5第第5 5章章 水溶液中的反应水溶液中的反应 水污染水污染 (3)掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有关计算。关计算。(1)了解溶液的通性。了解溶液的通性。(2)(2)明确酸碱的近代概念，酸碱的解离平衡和明确酸碱的近代概念，酸碱的解离平衡和缓冲溶液的概念，掌握有关缓冲溶液的概念，掌握有关pHpH的计算。的计算。本章教学要求本章教学要求 (4)了解水体的主要污染物的来源及其危害。了解水体的主要污染物的来源及其危害。制作:张思敬等2 5.1 5.1 溶液的通性溶液
2、的通性 5.2 5.2 均相离子平衡均相离子平衡 5.3 5.3 多相离子平衡多相离子平衡 5.4 5.4 水污染及处理水污染及处理制作:张思敬等35.1 溶液的通性溶液有两大类性质：1）与与溶溶液液中中溶溶质质的的本本性性有有关关：溶液的颜色、密度、酸碱性和导电性等；2）与与溶溶液液中中溶溶质质的的独独立立质质点点数数有有关关：而与溶质的本身性质无关溶液的依数性，如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。l难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性共同性和规律性规律性。该类性质称为稀溶液的通性通性，或称为依数性依数性。l包括：稀稀溶溶液液蒸蒸气气压压的的下下降降、沸沸点点上上升
3、升、凝凝固固点点下下降降和稀溶液的渗透压。稀溶液的渗透压。（与纯溶剂比较）。制作:张思敬等41.1.蒸气压下降蒸气压下降 在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压饱和蒸气压，简称蒸气压蒸气压。思考思考：蒸气压与温度有什么关系？答：不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气压增大。例如：p(H2O,l,298K)=3167 Pap(H2O,l,373K)=101.325kPa制作:张思敬等5 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=pAxB其中xB是
4、溶质B在溶液中的摩尔分数，pA是纯溶剂的蒸汽压。若溶液的质量摩尔浓度为mB，则 式中，k为只与溶剂性质有关的常数。制作:张思敬等62.2.溶液的沸点上升溶液的沸点上升沸点沸点：液体蒸气压达到101.325kPa(1atm)时的温度。沸腾温度沸腾温度：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。固体表面的分子也能蒸发，具有一定的蒸气压。固体与其蒸气在密闭容器中可达到平衡。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 Tb=kbpm kbp称为溶剂的摩尔沸点上升常数，单位为Kkgmol-1。pT溶剂溶液101.325kPaTbTbp p101.325kPa图5-1 沸点上升示意图制
5、作:张思敬等7 溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，它们之差为：Tfp=TfpTf =kfp mkfp 称为溶剂的摩尔凝固点下降常数。特点特点Kfp,kbp只与溶剂种类有关只与溶剂种类有关同种溶剂：同种溶剂：kfp kbp凝固点凝固点（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。pT溶剂溶液溶剂的液-固平衡线TfTfp图5-2 凝固点下降示意图3.3.溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降制作:张思敬等8沸点和凝固点测定的应用沸点和凝固点测定的应用 测定分子的相对分子质量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
6、出，易于观察。当溶质的相对摩尔质量MB很大时，由于Tf太小，准确性差，因此只适用于MB较大的情况。防冻剂工作原理防冻剂工作原理 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。制作:张思敬等94.4.溶液的渗透压溶液的渗透压渗渗透透现现象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）渗渗透透压压阻止渗透进行所施加的最小外压,用表示。在数值上，图5-3 溶液渗透压示意图制作:张思敬等10渗透压测定的应用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。例如：浓度为
7、0.00100molkg-1的某高分子物质（如蛋白质）的水溶液，其沸点升高的数值为Tfp =0.00186K，因此用沸点升高的方法测定是十分困难的。若用渗透压法，则=cRT =（0.001001038.314298.15）Pa =2.48103 Pa 此数值可以很精确地测定。制作:张思敬等11 5.2 5.2 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 5.2.1 5.2.1 酸碱质子理论酸碱质子理论5.2.2 5.2.2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡5.2.3 5.2.3 同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液制作:张思敬等125.2.1 5.2.1 酸碱质子理论酸碱质子理论 酸
8、碱的概念酸碱的概念酸碱电离理论的缺陷：酸碱电离理论的缺陷：无法解释NH3、Na2CO3均不含OH，也具有碱性。（1 1）酸碱电离理论（阿氏水离子论）酸碱电离理论（阿氏水离子论）在水溶液中解离时所生成的正离子全部是H+的化合物是酸酸；所生成的负离子全部是OH的化合物是碱碱。把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。Svante August Arrhenius 瑞典化学家瑞典化学家（Arrhenius acid-base concept）制作:张思敬等13（2 2）酸碱质子理论）酸碱质子理论定义：凡能给给出出质质子子的物质都是酸酸(donor)；凡能结结合合质质子子的物质都是碱碱(acceptor)
9、。如在水溶液中 HCl(aq）H+(aq)+Cl(aq)HAc(aq)H+(aq)+Ac(aq)NH4+(aq)H+(aq)+NH3(aq)HCO3(aq)H+(aq)+CO32-(aq)Al(H2O)63+H+(aq)+Al(H2O)5(OH-)2+酸 质子 +碱 Bronsted J N丹麦物理化学家丹麦物理化学家(Proton transfer theory)制作:张思敬等14酸酸:反应中能给出质子的分子或离子，反应中能给出质子的分子或离子，即质子给予体即质子给予体(donor)碱碱:反应中能接受质子的分子或离子，反应中能接受质子的分子或离子，即质子接受体即质子接受体(acceptor)
10、H2O(l)+NH3(aq)OH(aq)+NH4+(aq)H2S(aq)+H2O(l)H 3O+(aq)+HS-(aq)水水是是两两性性 酸碱反应是质子由给予体向接受体转移的过程。酸碱反应是质子由给予体向接受体转移的过程。HF(g)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)气相中气相中溶剂中溶剂中HF(aq)+NH3(aq)NH4+(aq)+F(aq)制作:张思敬等15 酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后可以再结合质子，因此酸给出质子后就变为碱：质子理论的特点质子理论的特点:酸酸 质子质子 +碱碱 (质子给予体）质子给予体）(质子接受体）质子接受体）制作:张思敬等16两个共轭酸碱对之
11、间的质子传递两个共轭酸碱对之间的质子传递 酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸 和碱的方向进行。和碱的方向进行。酸碱反应的实质酸碱反应的实质制作:张思敬等17共轭酸碱概念共轭酸碱概念 酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系共轭关系。碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸共轭酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共轭酸碱对共轭酸碱对。例如:酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱共轭碱。HAc+H2O H3O+Ac-(电离)HAc/Ac-,H3O+
12、/H2O H3O+NH3 H2O+NH4 (中和)NH4/NH3，H3O+/H2O H2O+CN-OH-+HCN (水解)HCN/CN-,H2O/OH-H2O+CO3 HCO3 +OH(水解)HCO3/CO3,H2O/OH-2-+2-(conjugate acid-base pair)制作:张思敬等18酸碱质子理论扩大了酸碱的范围，它比电离理论更广泛，其酸碱的定义只以H+为判据，与溶剂无关，可以解释NH3、Na2CO3以及NH4Cl等的酸碱性。两性物质(Amphoteric substance):H2O,HCO3 (所有酸式根)无盐的概念:NH4Cl (酸碱复合物)酸碱质子理论是概念的一场革新
13、：酸碱质子理论是概念的一场革新：制作:张思敬等19（3 3）酸碱电子理论）酸碱电子理论 凡能接受电子对的物质是酸，凡能给出电子对的物质是碱,也称为路易斯酸碱理论。例2 Cu2+4NH3 Cu(NH3)42+深蓝色 酸 碱 加合物例1 H+OH=H2O 酸+碱=酸碱加合物 酸碱电子理论摆脱了酸必须含有H的限制，包括的范围更广。酸碱电子理论的优点：酸碱电子理论的优点：Lewis G N美国物理化学家美国物理化学家制作:张思敬等205.2.2 5.2.2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡HAc(aq)=H+(aq)+Ac(aq)1.1.一元弱酸、弱碱的解离一元弱酸、弱碱的解离 由于 取1.0mo
14、lL-1，不会引起计算数值的改变，故在计算过程中（不考虑各物质量纲的情况下）常常省去不写。制作:张思敬等21 HF,H2SO3,HNO2,H3PO4 一般称为中强酸。如：HF(3.5310-4)和HAc(1.7610-5)由解离常数值的大小可得出同类型弱酸(碱)的相对强弱。故:HF的酸性比HAc强。故：故：Ka 表示弱酸的解离常数解离常数Kb 表示弱碱的解离常数制作:张思敬等22设一元弱酸HA的浓度为c,解离度为 HA =H+A-起始浓度 c 0 0平衡浓度 c(1-)c c 由此可知：浓度越稀，解离度越大，称为稀释定律。稀释定律。制作:张思敬等23同理，对于一元弱碱：pH=lgc(H+)因此
15、pOH=lgc(OH)制作:张思敬等24 HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)平衡浓度/molL-1 0.5 x x x解解：设溶液中H+的平衡浓度为x molL-1,则Ka=1.7610-5Ka 10-4 0.50 x 0.5例例:已知HAc的Ka=1.7610-5，计算浓度为0.5 molL-1的HAc 的pH值。制作:张思敬等25c(H+)=2.9710-3 molL-1 =3 0.47 =2.53 pH=lg(H+)=lg(2.9710-3)制作:张思敬等26例例:计算0.1 molL-1 NH4Cl溶液中H+浓度及其pH值。pH=lg(7.5210-6)=5.12 解解：NH
16、4Cl(aq)=NH4+(aq)+Cl(aq)NH4+(aq)+H2O(l)=NH3(aq)+H3O+(aq)Ka=5.6510-10制作:张思敬等272.2.多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱 多元弱酸(碱)的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数一级解离：例:制作:张思敬等28二级解离：三级解离：制作:张思敬等29说明：说明：（1）计算H+浓度时，当Ka,2/K a,110-3时，可忽略二、三级解离平衡。（2）比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离常数值即可。式中：Ka,3 K a,2 K a,1因此：H+浓度的计算以一级解离为主。制作:张思敬等30思考思考：根据反应式 H2S(aq)=2H+(aq)+S2-，H+浓度是S2-离子浓度的两倍，此结论是否正确？答答:是错误的。是错误的。H2S(aq)以一级电离为主，因此，因此H2S溶液中溶液中c(H+)c(HS)。制作:张思敬等31 pH=lg 9.2710 5=4.03解解：Ka,2 平衡向左移动，沉淀析出；s sKp p J s sKp p制作:张思敬等56例：1L溶液（2 2）分步沉淀）分步沉淀制作:张思敬等57
