大学无机化学溶液.pptx

1.掌握关于溶液的基本概念：分散系、物质的量及其单位、掌握关于溶液的基本概念：分散系、物质的量及其单位、摩尔质量、溶液的浓度、溶解度与相似相溶原理。摩尔质量、溶液的浓度、溶解度与相似相溶原理。2.理解非电解质稀溶液的依数性；理解非电解质稀溶液的依数性；3.初步掌握溶液依数性在实际工作中的应用；初步掌握溶液依数性在实际工作中的应用；4.了解渗透压在生物医学上的应用。了解渗透压在生物医学上的应用。本章教学要求本章教学要求第一节：第一节：溶液浓度溶液浓度分散体系分散体系溶液溶液胶体胶体粗分散体系粗分散体系 r10-910-9r10-7 定义:把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相。n溶液：由两种或多种组分所组成的物理、化学性质均匀、稳定溶液：由两种或多种组分所组成的物理、化学性质均匀、稳定的分散体系。（的分散体系。（真溶液真溶液）一、概述一、概述二、分类二、分类分类分类 半径半径r/nmr/nm例如例如溶液 r1 CuSO4溶液、生理盐水、胶体 1r100 奶油、泥浆水、烟尘等另外，按照分散体系所处相态的不同，分散体系还可以分成：另外，按照分散体系所处相态的不同，分散体系还可以分成：溶液可以分为：溶液可以分为：液态溶液液态溶液(如糖水、食盐水如糖水、食盐水)、固态溶液、固态溶液(如合金如合金)、气态溶液、气态溶液(如空气如空气)。如：H2SO4溶于水 放热放热 NH4NO3溶于水 吸热吸热 50mlC2H5OH50mlH2O 100ml 50mlHAc50mlH2O 100ml 白色的无水CuSO4溶于水 蓝色蓝色溶液形成过程总伴随着能量变化、体积变化或颜色变化：溶液形成过程总伴随着能量变化、体积变化或颜色变化：二、分类二、分类特殊的物理、特殊的物理、化学过程化学过程为什么溶解过程往往伴随着能量变化、体积改变呢？从微观层面看，溶解其实包括两个过程：从微观层面看，溶解其实包括两个过程：（1）溶质在溶剂中的分散）溶质在溶剂中的分散（2）溶质的）溶质的“溶剂化溶剂化”过程过程吸热、体积增大吸热、体积增大放热、体积减少放热、体积减少 整个溶解过程到底是放热还是吸热、体积如何改变整个溶解过程到底是放热还是吸热、体积如何改变取决于上述两微观过程总体效应。取决于上述两微观过程总体效应。三、组成三、组成溶液溶质：溶解前后物质状态发生改变。溶剂：溶解前后物质状态不发生改变。溶质：四：四：溶液及其浓度的表示方法溶液及其浓度的表示方法（一）质量摩尔浓度（一）质量摩尔浓度SI单位：单位：molkg-1 1特别要注意的是特别要注意的是:指每指每1kg1kg溶剂中含溶质的物质的量溶剂中含溶质的物质的量.（二）物质的量浓度（二）物质的量浓度nBc cB B V=nBb bB B mA=SI单位：单位：molL-1 1（三）摩三）摩 尔尔 分分 数数SI 单单 位：位：1（四）质（四）质 量量 浓浓 度度mBB B V V=ni ix xi i n总总=SI单位：单位：kg L-1 1药典中常采用这种浓度的表示方法药典中常采用这种浓度的表示方法（五）体积分数（五）体积分数（六）质（六）质 量量 分分 数数【例例1-11-1】将将63.0g63.0g草酸晶体（草酸晶体（H H2 2C C2 2O O4 42H2H2 2O O）溶于水）溶于水中，使之成为体积为中，使之成为体积为1.00L,1.00L,密度为密度为1.02g1.02gcmcm-3-3的草酸的草酸溶液，求该溶液的物质的量浓度和质量摩尔浓度。溶液，求该溶液的物质的量浓度和质量摩尔浓度。解：草酸的摩尔质量：解：草酸的摩尔质量：21+212+416=90g/mol【例例1-21-2】将将8.0gNaOH8.0gNaOH溶解在溶解在180g180g水中配成溶水中配成溶液，液，求该溶液中求该溶液中NaOHNaOH和和H H2 2O O的摩尔分数。的摩尔分数。【例例1-3】浓浓硫硫酸酸的的质质量量分分数数为为0.980，密密度度为为1.84 gml-1，求求浓浓硫硫酸酸的的物物质质的的量量浓浓度度；质质量量摩摩尔尔浓度；浓度；H2SO4和和H2O的摩尔分数。的摩尔分数。一、溶解度一、溶解度1.1.定义定义 在一定温度和压力下，一定量饱和溶液在一定温度和压力下，一定量饱和溶液中溶质的含量。中溶质的含量。2.2.表示方法表示方法A.A.可用饱和溶液的浓度表示溶解度可用饱和溶液的浓度表示溶解度B.B.习惯上最常用在一定温度和压力下，溶质在习惯上最常用在一定温度和压力下，溶质在100g100g溶剂中达饱和状态时所溶解的质量来表示溶溶剂中达饱和状态时所溶解的质量来表示溶解度。解度。如：如：2020时硝酸钾的溶解度是时硝酸钾的溶解度是31.6g/100gH31.6g/100gH2 2O O。五、溶解度与相似相溶原理五、溶解度与相似相溶原理提示：气体的溶解度一般用单位体积的溶液中气提示：气体的溶解度一般用单位体积的溶液中气体溶解的质量或物质的量表示。体溶解的质量或物质的量表示。气体溶质的溶解度随温度的升高而减小。如气体溶质的溶解度随温度的升高而减小。如101kPa101kPa、00时氢气在水中的溶解度是时氢气在水中的溶解度是2.14ml/100g2.14ml/100g水，而水，而101kPa 101kPa、8080则是则是0.88 0.88 ml/100gml/100g水。水。气体在液体中的溶解度随其分压的增大而增大。气体在液体中的溶解度随其分压的增大而增大。如如2020时，氨气的分压为时，氨气的分压为93.2 kPa,100g93.2 kPa,100g水中的水中的溶解度为溶解度为65.3L,65.3L,而分压为而分压为266 kPa266 kPa，100g100g水中的水中的溶解度溶解度,126L,126L。二、相似相溶原理二、相似相溶原理1.溶质与溶剂在结构和极性上越相似，分子间的作溶质与溶剂在结构和极性上越相似，分子间的作用力的类型和大小也差不多相同，越容易相溶。用力的类型和大小也差不多相同，越容易相溶。例如，水、乙醇、甲醇都是由例如，水、乙醇、甲醇都是由-OH-OH基和另一个不大的基和另一个不大的基团连接而成的分子，结构很相似，因此，它们之基团连接而成的分子，结构很相似，因此，它们之间可无限互溶。间可无限互溶。戊醇在水中的溶解度却比较小，因为戊醇虽也有戊醇在水中的溶解度却比较小，因为戊醇虽也有-OH-OH基，但由于碳氢链较长，与水的结构差别较大。基，但由于碳氢链较长，与水的结构差别较大。二、相似相溶原理二、相似相溶原理2.极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶质。质易溶于非极性溶质。3.结构相似的一类气体，沸点越高，分结构相似的一类气体，沸点越高，分子间作用力越接近于液体，他们在液体中子间作用力越接近于液体，他们在液体中的溶解度也越大。的溶解度也越大。例题例题1-4:1-4:将将2.50gNaCl溶于溶于497.5g水中配制成溶液水中配制成溶液,此此溶液的密度为溶液的密度为1.002g/ml,求求NaCl溶液的质量摩尔浓度、溶液的质量摩尔浓度、物质量浓度、物质的量分数。物质量浓度、物质的量分数。第二节第二节 稀稀 溶溶 液液 的的 依依 数数 性性 溶液的某些性质只与溶质的浓度有关，如蒸气压的下降、溶液的某些性质只与溶质的浓度有关，如蒸气压的下降、沸点的升高、凝固点下降和渗透压，这类性质仅由其中所含溶沸点的升高、凝固点下降和渗透压，这类性质仅由其中所含溶质分子的数目来决定，而与溶质的本性无关，称为依数性。质分子的数目来决定，而与溶质的本性无关，称为依数性。溶液中溶质的微粒数目就可以确定溶液中溶质的微粒数目就可以确定微粒间没有作用力微粒间没有作用力糖水糖水一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）饱和蒸气压：饱和蒸气压：在密闭容器中，恒温条件下，某物质的液体和其气体处于平衡时，该气体的压力。H2O(l)H2O(g)蒸蒸 发发凝凝 聚聚气气 液平衡液平衡 纯溶剂的纯溶剂的蒸气压与物质的本质和温度有关。不同的物质有不蒸气压与物质的本质和温度有关。不同的物质有不同的蒸气压，同一物质的饱和蒸气压随温度升高而增大同的蒸气压，同一物质的饱和蒸气压随温度升高而增大.一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）278K278K293K293K水水0.872kPa2.34kPa乙醚乙醚57.6kPa 当把不挥发的非电解质溶入纯溶剂形成稀溶液后，稀溶液的蒸气压与纯溶剂相比较，将发生怎样的变化呢？H2O(l)溶质分子占据了部分液面，使单位时间内从液面逸出的溶剂分子数减少了。模 拟实 验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模 拟实 验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩模拟实验糖水糖水纯水纯水有机玻璃罩有机玻璃罩证明：证明：一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）仔细观察下列实验现象，我们将得到什么启示呢？纯溶剂溶 液一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）H2O(l)H2O(l)在相同的温度下，当把不挥发的非电解质溶入溶剂形成溶液后，稀溶液的蒸气压比纯溶剂的低，这一现象称为溶液的蒸气压下降。1887年法国的物理学家拉乌尔（Raoult F.M）根据实验总结出一条规律：在一定的温度下，稀溶液的蒸气压下降值与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。p溶液 pA*xA 或 p溶液 pA*xB一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）对于稀溶液 n A n B又一、蒸气压降低（一、蒸气压降低（p）二、沸点升高二、沸点升高沸点：液体的蒸气压等于外界压力时的温度,称为该液体的沸点。H2O(l)将破未破之时将破未破之时 沸点示意图沸点示意图液体的蒸气压外界压力液体的蒸气压外界压力TTbTbTfTfpopBB纯溶剂纯溶剂溶液溶液固体纯溶剂固体纯溶剂CAA 图示：图示：溶液的沸点升高和凝固点降低溶液的沸点升高和凝固点降低由于溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，所以要使溶液的蒸气压由于溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，所以要使溶液的蒸气压等于外压，必须升高溶液的温度，高于纯溶剂的沸点。等于外压，必须升高溶液的温度，高于纯溶剂的沸点。溶液的沸点随着溶液浓度的溶液的沸点随着溶液浓度的增加而提高，在沸腾过程中，增加而提高，在沸腾过程中，随溶剂的不断蒸发，溶液浓度随溶剂的不断蒸发，溶液浓度将逐渐增大，其蒸气压不断下将逐渐增大，其蒸气压不断下降，沸点会越来越高，直至形降，沸点会越来越高，直至形成饱和溶液，达到恒沸状态。成饱和溶液，达到恒沸状态。需要指出的是：需要指出的是：某一指定浓度的溶液的沸点，是指此溶液刚开始沸腾时的温度。TbBB溶液溶液纯溶剂纯溶剂AA时间时间恒沸状态恒沸状态TbT三、凝固点降低三、凝固点降低 凝固点：在101.3kPa下，液体和它的固相平衡共存时的温度，称为该液体的凝固点。冰 凝固点示意图H2O(l)冰水共存液体与固相共存时p液液p固固TTbTbTfTfpopBB纯溶剂纯溶剂溶液溶液固体纯溶剂固体纯溶剂CAA 图示图示 溶液的沸点升高和凝固点降低溶液的沸点升高和凝固点降低 由于溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，所以要使溶液的蒸气压pp固固，必须降低溶液的温度，低于纯溶剂的凝固点。当把不挥发的非电解质溶入溶剂形成稀溶液后，稀溶液的沸点将升高、凝固点将降低，本质原因是：蒸气压下降了！近似公式：近似公式：稀溶液的沸点的升高值、凝固点的下降值均与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。溶溶 剂剂 kbkf 水 0.5121.86 苯5.805.10醋 酸 2.933.90乙 醇 1.221.99三氯甲烷 3.634.90四氯化碳5.0332.0表一表一 几种常用溶剂的沸点升高常数与凝固点降低常数几种常用溶剂的沸点升高常数与凝固点降低常数 汽车水箱中加甘油或乙二醇汽车水箱中加甘油或乙二醇 t tf f 冰盐水冷冻剂冰盐水冷冻剂（30g NaCl+1000 g水）水）tf=22冬天除去道路上的积雪冬天除去道路上的积雪,你有什么好办法你有什么好办法?依数性的应用一依数性的应用一四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压渗透现象：用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为渗透现象：用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为溶剂）隔开，将发生纯溶剂的净迁移现象。溶剂）隔开，将发生纯溶剂的净迁移现象。半半透透膜膜H2O(l)浓浓溶溶液液产生渗透压的条件产生渗透压的条件:1.1.半透膜半透膜2.2.具有浓度差具有浓度差四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压渗透现象：用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为渗透现象：用半透膜使两种不同浓度的溶液（或一种为溶剂）隔开，将发生纯溶剂的净迁移现象。溶剂）隔开，将发生纯溶剂的净迁移现象。产生渗透压的条件产生渗透压的条件:1.1.半透膜半透膜2.2.具有浓度差具有浓度差四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压半透膜的特性：半透膜的特性：半透膜（a）半透膜（b）半透膜（c）净净迁迁移移渗透压：为阻止溶剂的净迁移所需在溶液上方施加的最小静压力。四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压四、溶液的渗透现象与渗透压1866年，荷兰化学家范特霍夫(vant Hoff)指出：渗透压：为阻止溶剂的净迁移，所需在溶液上方施加的最小静压力。半透膜H2O(l)浓溶液1.测得人体血液的凝固点降低值Tf=0.56K，求在体温37时血液的渗透压。解：根据 T f =Kf bB 得 bB=T f /Kf =bBRT=课堂习题 临床医学上的实际应用临床医学上的实际应用高渗溶液高渗溶液 低渗溶液低渗溶液 等渗溶液等渗溶液 红细胞在不同浓度红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态示意图溶液中的形态示意图 等渗、高渗和低渗是以血浆的渗透压为标准确定的。正常人血浆的渗透浓度为303.7mmolL1。临床上规定渗透浓度在280320 mmolL1的溶液为生理等渗溶液。FM型冰点渗透压计 FM型冰点渗透压计，用于测定溶液和各种体液渗透压的仪器。在医学床上，测定血清、尿液、胃液、唾液、透析液等溶液的渗透压，对于研究水盐代谢平衡，评价肾功能紊乱，监护糖尿病，都有着重要意义，为疾病的诊断提供科学的参数。FM型冰点渗透压计型冰点渗透压计反 渗 透 技 术淡水淡水盐盐水水(a)正常渗透系统反渗透系统 反渗透现象的应用：海水淡化，污水处理（浓缩）淡水淡水盐水盐水P(b)质xPP=bBkTbb=bBkTff=cRT=p 称取一定量未知分子量物质配成溶液，测量其P 或Tb或Tf或均可测出分子量。依数性的应用二依数性的应用二 依数性的应用二依数性的应用二根据实验测定的溶液沸点升高数值,就可算出溶质B的摩尔质量:bBkTbb=提示：由于提示：由于 p、Tb、Tf一般数值较小，测量分子量大一般数值较小，测量分子量大的物质较为困难，此时可用的物质较为困难，此时可用 方法。方法。2.将1.00 g牛血红蛋白溶于适量纯水中，配制成100 ml溶液在293K时测得该溶液的渗透压为0.366 kPa，求牛血红蛋白的相对分子质量。即：课堂习题 2.将1.00 g牛血红蛋白溶于适量纯水中，配制成100 ml溶液在293K时测得该溶液的渗透压为0.366 kPa，求牛血红蛋白的相对分子质量。即：课堂习题1.把一块冰放在273K的水中，另一块冰放在273K 的盐水中，各有什么现象？冰-水共存 冰融化，温度下降。随堂练习2.用半透膜将溶液隔开，如下式所示：左|右C（Na2SO4）=0.15 molL1 C（KCl）=0.20 molL1其渗透方向为：。1.今有葡萄糖、氯化钠、氯化钙三种溶液，它们的浓度均为0.1 molL-1,试比较三者渗透压的大小。:CaCl2 NaCl C6H12O62.用质量相同的下列化合物作为防冻剂，哪一种防冻效果最好？为什么？乙醇（C2H5OH）（2）甘油（C3H8O3）葡萄糖（C6H12O6）质量摩尔浓度 最大课堂习题