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1、第第8章章 水溶液水溶液主讲：柴雅琴主讲：柴雅琴化学化工学院化学化工学院第三篇第三篇 水溶液化学原理水溶液化学原理一、溶液的浓度一、溶液的浓度 浓盐酸浓度：浓盐酸浓度：12 mol/L（36%） 浓硝酸浓度：浓硝酸浓度：16 mol/L（72%） 浓硫酸浓度：浓硫酸浓度：18 mol/L（96%） 浓氨水浓度：浓氨水浓度：15 mol/L（28%）8-1 溶液的浓度和溶解度溶液的浓度和溶解度二、溶解度二、溶解度1.1.饱和溶液的溶解度饱和溶液的溶解度 a.溶解平衡是一个动态平衡溶解平衡是一个动态平衡 b.饱和溶液的浓度也可以认为是溶解度。饱和溶液的浓度也可以认为是溶解度。 即溶解度除了用即溶解
2、度除了用g/100gH2O表示表示, 还可用还可用 mol/L，% 表示。表示。 c.在室温下，绝对不溶的物质是没有的。在室温下，绝对不溶的物质是没有的。 2.享利定律（享利定律（Henrys law）-气体溶解定律气体溶解定律定律定律：在一定温度下，一定体积的液体中，所：在一定温度下，一定体积的液体中，所溶解的气体质量与该气体的分压成正比。溶解的气体质量与该气体的分压成正比。解释解释：当气体的压强增加：当气体的压强增加n倍；那么气体进入液倍；那么气体进入液体的机会也增加体的机会也增加n倍，所以气体溶解的质量也增倍，所以气体溶解的质量也增加加n倍。倍。 故亨利定律与其它气体的分压无关故亨利定律
3、与其它气体的分压无关数学表达式数学表达式: p=kc c：物质的量浓度：物质的量浓度 p=km m：质量摩尔浓度：质量摩尔浓度 p=kxi x：物质的量分数物质的量分数 (k: Henrys constant) Sample Exercise 20时，氧气溶解在水中的亨利定律常数为时，氧气溶解在水中的亨利定律常数为2.95107 mmHg柱，在通常大气中，氧分压为柱，在通常大气中，氧分压为0.21 atm，此时有多少摩尔氧气溶在，此时有多少摩尔氧气溶在1000 g水水中？中？ Solution： 由亨利定律由亨利定律 得：得：p=kxx x氧气氧气= (0.21atm 760mmHg/atm)
4、/2.95 107 mmHg =5.41 10-6 亨利定律得应用条件亨利定律得应用条件气体必须遵循理想气体行为气体必须遵循理想气体行为要求气体的溶解是单纯的，不与溶剂发生化要求气体的溶解是单纯的，不与溶剂发生化学反应或发生电离等过程学反应或发生电离等过程 物质的溶解是物理化学过程，溶解结物质的溶解是物理化学过程，溶解结果使溶质和溶剂的某些性质发生了变化。果使溶质和溶剂的某些性质发生了变化。第一类性质变化决定于溶质的本性。第一类性质变化决定于溶质的本性。 颜色、密度、导电性等颜色、密度、导电性等第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶质的本性无关质的本性无关。（
5、适用于难挥发的非电解。（适用于难挥发的非电解质稀溶液质稀溶液稀溶液通性）稀溶液通性） 非电解质溶液的沸点、凝固点等非电解质溶液的沸点、凝固点等8-2 非电解质稀溶液通性非电解质稀溶液通性稀溶液的依数性稀溶液的依数性（ colligative properties of dilute solution）Colligative 来自希腊语，意为团结、一起的意思。来自希腊语，意为团结、一起的意思。依数性依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性质，指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性质，而与溶质的种类无关。而与溶质的种类无关。.饱和蒸气压下降饱和蒸气压下降 Lowering the vapor pr
6、essure.沸点升高沸点升高 Elevation of the boiling point.凝固点下降凝固点下降 Freezing point depression.渗透压渗透压 Osmotic pressure一、溶液的饱和蒸气压下降一、溶液的饱和蒸气压下降Lowering the vapor pressure 1. 饱和蒸气压饱和蒸气压 1） 纯溶剂的饱和蒸气压纯溶剂的饱和蒸气压(po)达平衡时的压力达平衡时的压力po为纯溶剂的饱和蒸气压；为纯溶剂的饱和蒸气压；蒸气压蒸气压p po时，平衡左移，气体液化。时，平衡左移，气体液化。稀溶液稀溶液依数性依数性的核心的核心 2）溶液的饱和蒸气压（
7、）溶液的饱和蒸气压（p）一般性的结论：一般性的结论：在相同的温度下，溶在相同的温度下，溶液的饱和蒸气压低于液的饱和蒸气压低于纯溶剂的饱和蒸气压。纯溶剂的饱和蒸气压。 An aqueous solution and pure water in a closed environment. (a) Initial stage, (b) After a period of time, the water is transferred to the solution.p溶剂溶剂p溶剂溶剂1) 1) 定量关系定量关系拉乌尔定律拉乌尔定律在一定温度下，稀溶液中溶液的蒸气压等于在一定温度下，稀溶液中溶液的蒸气
8、压等于纯溶剂纯溶剂的蒸气压乘以溶液中的蒸气压乘以溶液中溶剂溶剂的摩尔分数的摩尔分数在定温下，难挥发在定温下，难挥发非电解质稀溶液的非电解质稀溶液的蒸气压降低值蒸气压降低值 p等等于于纯溶剂的蒸气压纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶质的乘以溶液中溶质的摩尔分数摩尔分数思考：蒸气压下降值思考：蒸气压下降值 p=？xA+xB=1p=pB*(1-xA)= pB*- pB*xA pB*-p =pB*xA2. 拉乌尔定律拉乌尔定律 Raoults lawSample Exercise 1：Glycerin, C3H8O3, is a nonvolatile nonelectrolyte with a densit
9、y 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 vapor pressure of pure water at 25 is 23.8 torr.Method. Solution. 1 atm = 760 mmHg = 1.01325105 Pa1torr=1 mmHg摩尔分数摩尔分数x对于稀溶液，对于稀溶液，n质质T1=373Kp/PaT1 T2 水aq101.325KPa冰CDC
10、D1）液体的沸点要高于纯溶剂的沸点。）液体的沸点要高于纯溶剂的沸点。2) 沸点升高的数值与溶液中溶质的摩尔分沸点升高的数值与溶液中溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。数成正比，而与溶质的本性无关。 Tb=k p=k Km质质沸点升高的数值沸点升高的数值溶剂的摩尔沸点上升常数溶剂的摩尔沸点上升常数溶质的质量摩尔浓度溶质的质量摩尔浓度kb为为molar boiling point elevation constant。在数。在数值上恰好等于值上恰好等于1 kg mol 1溶液的沸点上升的度数，溶液的沸点上升的度数，其单位为（其单位为（）K kg mol 1。 3) Application a
11、已知已知 Tb，求，求KbSample Exercise ：1.00g尿素尿素CO(NH2)2溶溶解于解于75.0 g水中，测得其溶液的沸点为水中，测得其溶液的沸点为100.114,已知尿素的分子量为已知尿素的分子量为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）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下沸点升高了下沸点升高了0.156K，求葡萄，求葡萄糖的摩
12、尔质量糖的摩尔质量M。解：解：已知水的已知水的理论值为理论值为180g/mol180g/molb已知已知 Tb，求溶质的摩尔质量，求溶质的摩尔质量半透膜：半透膜：允许某些物质透过而不允许另一些允许某些物质透过而不允许另一些 物质透过的多孔性薄膜。物质透过的多孔性薄膜。如细胞膜、萝卜皮、动物肠衣、牛皮纸等。如细胞膜、萝卜皮、动物肠衣、牛皮纸等。渗透现象：渗透现象：溶剂透过半透膜而进入溶液的现象溶剂透过半透膜而进入溶液的现象。渗透压：渗透压：溶剂在半透膜内溶剂在半透膜内外的渗透作用过平衡时半外的渗透作用过平衡时半透膜两边的静压力差。透膜两边的静压力差。溶液溶液溶剂溶剂即阻止渗透作用所施加于即阻止渗
13、透作用所施加于溶液的最小外压。溶液的最小外压。半半透透膜膜四、渗透压四、渗透压 Osmotic pressure1. Van t Hoff 方程：方程： 1887年年 Van t Hoff（18521911）研究）研究溶液的渗透压（溶液的渗透压（1901年获诺贝尔化学奖）年获诺贝尔化学奖）其结论为：其结论为：溶质分散在一定体积的溶剂中的渗透压溶质分散在一定体积的溶剂中的渗透压和溶质扩散在等体积中的气体压力一样，和溶质扩散在等体积中的气体压力一样，即：即： V = nRT or = cRT 2. 注意事项：注意事项：a此公式只适用于非电解质稀溶液此公式只适用于非电解质稀溶液b在极稀溶液中，在极稀
14、溶液中，1 L溶液近似看作溶液近似看作1kg溶溶剂，所以剂，所以 mRT；c只有在半透膜存在下，才能表现出渗透只有在半透膜存在下，才能表现出渗透压；压；d虽然稀溶液的虽然稀溶液的 = cRT与气体的与气体的pV = nRT完全符合，但完全符合，但与与p产生的原因是不产生的原因是不同。同。3. Application a求分子量。渗透压常用于极高分子量的求分子量。渗透压常用于极高分子量的物质的测定。物质的测定。Sample exercise：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，试求，试求聚苯乙烯的分子量？聚苯乙烯的分子量？Soluti
15、on： = 7.6 / 760 = 0.01（atm）T= 298K， 由由 = cRT得得故聚苯乙烯的分子量为故聚苯乙烯的分子量为1.22104 g/mol= 1.22104（g / mol） b配制等渗溶液（配制等渗溶液（isotonic solution） 渗透压相等的溶液，例如红血球的渗透渗透压相等的溶液，例如红血球的渗透压与压与0.9%的的NaCl(aq)、5葡萄糖葡萄糖 的渗的渗透压相同。透压相同。Sample exercise 2：The average osmotic pressure of blood is 7.7 atm at 25. What concentration
16、of glucose, C6H12O6, will be isotonic with blood?Solation：由：由 = cRT得得（mol/L）c可使海水淡化可使海水淡化稀溶液依数性的总结稀溶液依数性的总结(1)(1)当不挥发性的非电解质溶解在溶剂中，当不挥发性的非电解质溶解在溶剂中，形成极稀溶液，它的蒸气压降低、沸点升形成极稀溶液，它的蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低以及渗透压与在一定的溶高、凝固点降低以及渗透压与在一定的溶剂或一定体积的溶液中所溶解的溶质的摩剂或一定体积的溶液中所溶解的溶质的摩尔质量数成正比，而与溶质的本质无关。尔质量数成正比，而与溶质的本质无关。我们把这种溶液在性质上变化的规律性称我们把这种溶液在性质上变化的规律性称为稀溶液的依数性。为稀溶液的依数性。(2)(2)蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低都蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低都是由是由xsolvent solvent 来决定，因此它们之间有联系，来决定，因此它们之间有联系，而蒸气压下降是核心。正是由于蒸气压的而蒸气压下降是核心。正是由于蒸气压的下降，引起了沸点升高和凝固点降低。下降，引起了沸点升高和凝固点降低。 测定分子的摩尔质量测定分子的摩尔质量溶液依数性的应用溶液依数性的应用
