第三章-溶液与水溶液中的离子平衡课件.ppt

1、一、溶液一、溶液 一种物质以分子或离子分散于另一种物质中所一种物质以分子或离子分散于另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系，称为溶液。构成的均匀而又稳定的体系，称为溶液。 溶液及浓度的表示方法溶液及浓度的表示方法 溶液组成可以有哪些形式溶液组成可以有哪些形式? ? 气态溶液气态溶液( (虽然不是液体虽然不是液体, ,但按定义也是溶液但按定义也是溶液) ) 液态溶液液态溶液( (气、固、液分散在液体中气、固、液分散在液体中) ) 固态溶液（固体分散在另一固体中）固态溶液（固体分散在另一固体中） 例：例：58.558.5克食盐溶解于克食盐溶解于100100克水中，求该溶液的克水中，求该溶液的质量摩

2、尔浓度。质量摩尔浓度。二、溶液浓度的表示方法二、溶液浓度的表示方法 1 1质量摩尔浓度质量摩尔浓度m m 单位：单位：mol/Kgmol/Kg定义：每公斤溶剂中含溶质的摩尔数。定义：每公斤溶剂中含溶质的摩尔数。 如果在如果在WA克溶剂中溶解克溶剂中溶解WB克溶质，克溶质，MB为溶质的为溶质的摩尔质量，按定义，溶质的摩尔质量，按定义，溶质的质量摩尔浓度公式为？质量摩尔浓度公式为？/1000BBBAWMmW 4.4.摩尔分数摩尔分数 xB B 5.5.体积分数体积分数3.3.质量分数质量分数(w)(w)（百分浓度）（百分浓度）2 2物质的量浓度（物质的量浓度（c c） 单位：单位： mol/dmm

3、ol/dm3 3BncVB溶质B的物质的量溶液的体积100%Bmwm溶质溶液100%BnxnBBBVV总 难挥发的非电解质稀溶液的性质（包括溶液的蒸难挥发的非电解质稀溶液的性质（包括溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压）主要取决于所含气压、沸点、凝固点和渗透压）主要取决于所含溶质溶质粒子的数目粒子的数目，而与溶质本身的性质无关。这些性质称，而与溶质本身的性质无关。这些性质称为为依数性依数性。3.3.1 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 液体分子液体分子蒸气分子蒸气分子蒸发：蒸发：液面上能量较大的分液面上能量较大的分子克服液体分子间的引力从子克服液体分子间的引力从表面逸出，成为蒸气分子的表面逸出，

4、成为蒸气分子的过程，又称过程，又称气化气化。液体分子液体分子蒸气分子蒸气分子H0，S0蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子凝聚：凝聚：液面上空的蒸气分子液面上空的蒸气分子不断运动时，某些蒸气分子不断运动时，某些蒸气分子可能撞到液面，被液体分子可能撞到液面，被液体分子吸引而进入液体中的过程。吸引而进入液体中的过程。蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子H0，S0当当v(蒸发蒸发)=v(凝聚凝聚) )时，时，H2O(g)所具有的压力所具有的压力p(H2O)即为该温度下即为该温度下水的蒸气压。水的蒸气压。例：例：P(H2O)蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子此时，蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气此时，

5、蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压，简称压，简称蒸气压蒸气压。A(l)A(g)p(H2O, l , 298K)=3167 Pap(H2O, l , 373K)=101.325kPaH2O(l) H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气压增大。蒸气压增大。(2)(2)溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 实验表明：实验表明：同一温度下，溶有难挥发溶质同一温度下，溶有难挥发溶质B的溶液中的的溶液中的蒸气压总是低于纯溶剂蒸气压总是低于纯溶剂A的蒸气压。的蒸气压。p (溶液溶液, T) TbpTfp 400， 0.50 x 0.

6、5 52a1076150)(.xK35109725010761.x-33-3dmmol10972dmmol)(H.xcpH = lg c( H+) = lg(2.9710-3) = 3 0.47 = 2.53（2）一元弱碱）一元弱碱B(aq)+H2O(l) = BH+(aq) + OH(aq)c/cc/cc/cK(B)(OH)(BH(B)eqeqeqb)1 ()1 ()(B)(OH)(BH(B)22eqeqeqbccccccK若不考虑若不考虑Ka的量纲，则的量纲，则当当很小时，很小时，2b(B) cKcKbcKccb-)(OHcKcca)(H任何共轭酸碱的解离常数之间均存在这样的关系：任何共轭

7、酸碱的解离常数之间均存在这样的关系：wKccKK)(OH)(HeqeqbaKa与与Kb成反比，酸越强，其共轭碱越弱，反之亦然。成反比，酸越强，其共轭碱越弱，反之亦然。所以所以(B)(OH)(BH)(BH(B)(H(B)(BHeq-eqeqeqeqeqbaccccccKK14w-eqeq101)(OH)(HKcc水的离子积常数水的离子积常数碱碱B的共轭酸的共轭酸BH+的的Ka为为)(BH(B)(H)(BHeqeqeqacccK 多元弱酸多元弱酸( (碱碱) )的解离是分级进行的，每一级解离都的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数。以磷酸为例：有一个解离常数。以磷酸为例：(aq)POH(a

8、q)H(aq)POH4243一级解离一级解离： 34342110527)PO(H)PO(H)(H.cccK,a(aq)HPO(aq)H(aq)POH2442二级解离二级解离： 842242a10256)PO(H)(HPO)(H.cccK,(aq)PO(aq)H(aq)HPO3424三级解离三级解离： 13243431022)(HPO)(PO)(H.cccK,a（3 3） 多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱 可见，可见，Ka,3 K a,2 K a,1，每级解离常数相差，每级解离常数相差36个数个数 量级。因此，量级。因此， H+浓度的计算以一级解离为主。浓度的计算以一级解离为主。 计算计算H

9、+浓度时，若浓度时，若Ka,2 / K a,110-3，可忽略二、三级，可忽略二、三级 解离平衡。解离平衡。 比较多元弱酸的酸性强弱时，只需比较它们一级解离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。常数值即可。 多元弱碱和多元弱酸有着类似的规律。多元弱碱和多元弱酸有着类似的规律。 例例3.4 已知已知H2CO3的的Ka,1= 4.3010-7， K a,2 = 5.6110-11。计算计算0.0200 moldm-3 H2CO3溶液中溶液中H+和和 的浓度及的浓度及pH值。值。 -23CO解：解： Ka,2 K，平衡逆向移动；平衡逆向移动；当当Q= =K，处于平衡状态；，处于

10、平衡状态；当当Q K，平衡正向移动。，平衡正向移动。例例3.9 往盛有往盛有1.00dm3纯水的烧杯中加入纯水的烧杯中加入0.10cm3 0.010moldm-3 的的CaCl2溶液和溶液和0.10cm30.010moldm-3 Na2CO3溶液。问此时是否溶液。问此时是否有沉淀生成？当继续往溶液中加入固体有沉淀生成？当继续往溶液中加入固体Na2CO3 ，使，使Na2CO3的的浓度达浓度达0.025moldm-3，此时溶液有什么变化？，此时溶液有什么变化？解解：(1) 混合溶液中混合溶液中Ca2+和和CO32-的浓度分别为：的浓度分别为：c(Ca2+)=(0.1010-30.010)/1.00

11、=1.010-6 moldm-3c(CO32-)=(0.1010-30.010)/1.00=1.010-6 moldm-3Q=c(Ca2+)c(CO32-)=1.010-12Ksp(CaCO3)=4.9610-9Q Ksp=4.9610-9 溶液中有白色的溶液中有白色的CaCO3沉淀生成沉淀生成。例例3.10 废水中废水中Cr3+的浓度为的浓度为 0.010 moldm-3, 加入固体加入固体NaOH使之生成使之生成Cr(OH)3 沉淀沉淀, 设加入固体设加入固体NaOH后溶液体积不变，后溶液体积不变，计算：计算：1) 开始生成沉淀时，溶液中开始生成沉淀时，溶液中OH-的最低浓度的最低浓度;

12、2) 若要使若要使Cr3+的浓度小于的浓度小于7.710-5 moldm-3以达到排放标准，以达到排放标准，此时溶液的此时溶液的pH值最小应为多少？值最小应为多少？解：解：1) Cr(OH)3(s) = Cr3+(aq) + 3OH-(aq)若要生成沉淀，必使若要生成沉淀，必使 Q Ksp。设。设c(OH-) = xQ=c(Cr3+) c(OH-)3 = 0.010 x3 6.310-31 ，则，则 c(OH-) = x 4.010-10 moldm-32) 若要使若要使Cr3+浓度小于浓度小于7.710-5moldm-3 ，必使大量，必使大量Cr3+沉淀除去。则沉淀除去。则Q=c(Cr3+)

13、 c(OH-)3 =7.710-5x3 6.310-31, 得得 c(OH-) = x2.010-9 moldm-3pOH = lg c(OH-)8.7，即，即pH14 8.7 = 5.3 同离子效应同离子效应在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做同离子效应同离子效应。CaCO3(s)Ca2+ + CO32-Na2CO32Na+ + CO32-此时：此时：Q(CaCO3) KSP (CaCO3)，向生成，向生成CaCO3的方向的方向移动，使移动，使C

14、aCO3的溶解度降低。的溶解度降低。比如：比如：解解: 在水中在水中 KspMg(OH)2=c(Mg2+).c(OH-)2 1.210-11=4s3解得：解得： sMg(OH)2=1.410-4 mol.dm-335-dmmol0030501081)(OH.ccb bK K例例3.11 求求25时时Mg(OH)2在水中的溶解度和在在水中的溶解度和在0.5mol.dm-3 氨水中的溶解度。氨水中的溶解度。 (已知已知KspMg(OH)2=1.210-11） sMg(OH)2= c(Mg2+) =1.3310-6 mol.dm-3KspMg(OH)2=c(Mg2+).c(OH-)2 = c(Mg2

15、+)(0.003)2=1.210-11同离子效应使同离子效应使Mg(OH)2的溶解度降为原来的一百分之一。的溶解度降为原来的一百分之一。 在氨水中在氨水中2. 2. 沉淀的转化沉淀的转化CaSO4(s) Ca2+(aq) + SO42-(aq)Na2CO3(s) CO32-(aq) + 2Na+(aq)+ +CaCO3(s)KspCaSO4=7.1010-5KspCaCO3=4.9610-9平衡时平衡时Ca2+浓度为浓度为7.0410-4 moldm-3CaSO4转化成了溶度积转化成了溶度积更小的更小的CaCO3沉淀。沉淀。KspCa3(PO4)2=2.0710-33 平衡时平衡时Ca2+的浓

16、度为的浓度为3.4210-7moldm-3Na3PO4Ca3(PO4)2沉淀的转化：沉淀的转化：一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。沉淀转化程度可以用反应的沉淀转化程度可以用反应的平衡常数平衡常数K来表达。来表达。如：如： PbCl2(s) + 2I-(aq) PbI2(s) + 2Cl-(aq) 白白 黄黄Ksp(PbCl2) = 1.610-5 Ksp(PbI2) = 1.3910-8)(Pb)(I)(Pb)(Cl)(I)(Cl2eq2-eq2eq2-eq2eq2-eqccccccK3852sp2sp10151103911061)(PbI)(Pb

17、Cl.KK污水处理中沉淀的转化：污水处理中沉淀的转化：FeS(s) + Cd2+ CdS(s) + Fe2+ K = 1.01010FeS(s) + Hg2+ HgS(s) + Fe2+ K = 5.810333. 3. 沉淀的溶解沉淀的溶解根据溶度积规则，离子积根据溶度积规则，离子积Q Ksp , 有沉淀析出有沉淀析出Q = Ksp , 溶解溶解-结晶达到平衡结晶达到平衡QKsp , 沉淀溶解沉淀溶解mnmnccQ)(B)(A)B(Anm沉淀溶解的条件：沉淀溶解的条件：降低溶度积常数中相关离子的浓度，使降低溶度积常数中相关离子的浓度，使QKsp 。沉淀溶解的方法：沉淀溶解的方法：1）利用酸碱

18、反应；）利用酸碱反应；2）利用氧化还原反应。）利用氧化还原反应。1）利用酸碱反应）利用酸碱反应 CaCO3(s) Ca2+ + CO32- + H+ H2O + CO2(g) c(CO32-)下降，下降，QKsp，CaCO3溶解。溶解。又如：又如： Fe(OH)3(s) +3H+(aq)= Fe3+ +3H2O(l)部分金属硫化物部分金属硫化物FeS、ZnS、MnS、NiS等能溶于稀酸：等能溶于稀酸： ZnS(s) +2H+(aq)= Zn2+ +H2S(g) 2）利用氧化还原反应）利用氧化还原反应 一些金属硫化物如一些金属硫化物如Ag2S、CuS、PbS等，不溶于非氧等，不溶于非氧 化性的酸

19、，但可加入氧化性酸，降低化性的酸，但可加入氧化性酸，降低S2-离子的浓度，离子的浓度， 使之溶解。使之溶解。如：如： 3PbS + 8HNO3(稀稀) = 3Pb(NO3)2 +3S(s)+2NO(g)+4H2O(l) HNO3将将S2-氧化为氧化为S，大大降低了，大大降低了S2-的浓度，使的浓度，使 c(Pb2+)c(S2-)Ksp(PbS)，PbS沉淀溶解。沉淀溶解。第三章总结第三章总结 难挥发的非电解质稀溶液的依数性：难挥发的非电解质稀溶液的依数性： Tb = Tb Tb = kbm Tf = Tf Tf = kfmRTVncRTnRTV p = pAxB= pA(nB/n)蒸气压下降蒸

20、气压下降沸点上升沸点上升凝固点下降凝固点下降渗透压渗透压 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡2.2.酸和碱在水溶液中的电离平衡及酸和碱在水溶液中的电离平衡及pHpH值的计算值的计算电离平衡，电离常数电离平衡，电离常数Ka，Kb1)1 ()(HA)(A)(H(HA)22eqeqeqaccccccK1)1 ()(B)(OH)(BH(B)22eqeqeqbccccccKwKccKK)(OH)(Heqeqba对于共轭酸碱对对于共轭酸碱对1. 水的离子积水的离子积w2eqeqeqO)(H)(OH)(HKKccc水的离子积常数水的离子积常数cKccb-)(OHcKcca)(H 溶度积和溶

21、解度的关系溶度积和溶解度的关系AB型型难溶电解质难溶电解质A2B型或型或A2B型型难溶电解质难溶电解质3sp4sK2spsKspKs 溶度积规则溶度积规则Q Ksp , 溶液过饱和，有沉淀析出溶液过饱和，有沉淀析出Q = Ksp , 溶解溶解-结晶达到平衡，饱和溶液结晶达到平衡，饱和溶液QKsp , 溶液不饱和，无沉淀析出溶液不饱和，无沉淀析出mnmnccQ)(B)(A)B(Anm离子积离子积同离子效应同离子效应在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做解质时，难溶电解质的溶解度降低。这种现象叫做

22、同离同离子效应子效应。 沉淀的转化沉淀的转化 一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。一种沉淀向另一种更难溶的沉淀转化的过程。沉淀转化程度可以用反应的沉淀转化程度可以用反应的平衡常数平衡常数K来表达。来表达。(B)(A)spspKKK 3. 3. 缓冲溶液和缓冲溶液和pHpH的控制的控制)()(lgppH共共轭轭碱碱共共轭轭酸酸ccKa共轭酸共轭酸 = 共轭碱共轭碱 + H+mnmnccK)(B)(A)B(AneqmeqspnAm+(aq)+ mBn- -(aq)AnBm(s)Ksp与浓度无关，受温度影响。可由热力学数据计算。与浓度无关，受温度影响。可由热力学数据计算。 难溶电解质在水溶液中的溶解平衡难溶电解质在水溶液中的溶解平衡RTGKmrspln溶度积溶度积 沉淀的溶解沉淀的溶解 降低溶度积常数中相关离子的浓度，使降低溶度积常数中相关离子的浓度，使QKsp 方法：方法：1）利用酸碱反应；）利用酸碱反应；2）利用配合反应；）利用配合反应；3）利用氧化还原反应。）利用氧化还原反应。