第四章 溶液 - 2013年西安交通大学《大学化学》ppt课件.ppt

1、溶 液 与 胶 体4.1 分散系 4.2 溶液 4.3 水溶液中的平衡 4.4 溶胶 4.5 表面活性剂 CuSO4 火山灰 牛奶物质以细小微粒分散在另一种中形成的不均匀混合物体系。 溶胶的特征 粒径1nm-100nm 多相体系 溶胶的性质 布朗运动 丁铎尔效应 电泳现象 聚沉溶胶的分类3、浊液浊液的特征 粒径100nm 不透明 不稳定，容易团聚有关溶液、溶胶、浊液的特征、性能比较，详见P156的表4.1。溶液是溶质以分子、离子等状态均匀分散于溶剂之溶液是溶质以分子、离子等状态均匀分散于溶剂之中的中的分散系统。形成溶液的过程是一个复杂的过程，不是分散系统。形成溶液的过程是一个复杂的过程，不是简

2、单简单的物理混合。溶解的机理尚不很清楚，只有的物理混合。溶解的机理尚不很清楚，只有相似相溶相似相溶的经验规律。的经验规律。 和人们的生产与生活最为密切最为重要的是和人们的生产与生活最为密切最为重要的是水溶液水溶液。以下对水溶液（简称以下对水溶液（简称溶液溶液）作较为详细的讨论。）作较为详细的讨论。4.2.1 4.2.1 水的特性水的特性4.2.2 4.2.2 稀溶液的通性稀溶液的通性4.2.3 4.2.3 水的解离和水溶液的水的解离和水溶液的 pHpH4.2 4.2 溶液溶液 水是生命的源泉，是人类一切生产、生活的基础。我们对水必须作较全面的研究4.2.1 水的特性温度温度/ 01020 30

3、 40 50水的饱和蒸汽压曲线P/kPa 106 101 80 53 27 0液态液态气态气态水的冰点、沸点和三相图 压力 p/kPa 101 0.611 0.6060.9991.0000.998-1001020温温度度/ /o oC C图图3 3- -1 1 水水的的密密度度随随温温度度的的变变化化 在在44时密度最大，为时密度最大，为1000kgm1000kgm-3-3。高于或低于此温度。高于或低于此温度密度都较小密度都较小, ,体积将膨胀。体积将膨胀。 3水有很高的标准生成焓水的这种“反常状态”主要来自它的强极性和强氢键作用。4水有很强的溶解能力，是性能优良的溶剂。 水的强溶解性来自于其

4、强的配位性，使电解质形成水合离子。溶解过程示意图溶解过程示意图5.水是中性物质，或者说是两性物质。在纯水中 c(H+) = c(OH-) 因此，水是一切化学反应十分理想的介质。4.2.2 稀溶液通性稀溶液通性不同的溶质和溶剂所组成的溶液往往有不同的性质，这些性质主要决定于溶液特别是溶质的本性。 但所有的稀溶液都具有一些共同的性质，这些性质与溶质的粒子数有关，而与溶质的本性无关，这些的共同性质称为稀溶液的依数性，或者叫通性难挥发非电解质稀溶液难挥发非电解质稀溶液的通性的通性 其它类型其它类型溶液的通性溶液的通性（依数性）（依数性）难挥发非电解质稀溶液的通性在同一温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气

5、压总是低于纯溶剂的蒸气压，这两者之间的差值称为溶液的把液体置于密闭容器中，在一定温度下，当液体的蒸发速率与蒸气的凝结速率相等时，气、液两相达到平衡。 此时蒸气的压力叫做饱和蒸气压， 简称蒸气压。蒸汽压示意图对于纯液体：蒸汽压的大小取决于液体的属性（分子间力） 和温度纯 溶 剂溶 液 对于难挥发稀溶液，蒸汽压（溶剂的蒸汽压）取决于温 度溶剂的属性溶质的浓度对于溶液拉乌尔定律拉乌尔定律 红框内的数学表达式，称为拉乌尔定律，它只有红框内的数学表达式，称为拉乌尔定律，它只有理想溶液，即理想溶液，即难挥发非电解质难挥发非电解质的的稀溶液稀溶液才成立。才成立。 其中：P o为纯溶剂的饱和蒸汽压， x1为溶

6、剂的摩尔分数p = x1 pop = (1 - x2 )po或 po-p = x2 po p = x2 po难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值 P 与溶液中溶质的摩尔分(粒子）数成比，而与溶质的本性无关。PP PT T溶 剂溶 液pT问 题： 在我们讨论的溶液中，蒸汽压是否有高于水的可能性？ 对电解质溶液 ，蒸汽压是否有高于水的可能性？ 我们为什么要限定为非电解质溶液？表1 水和乙醇的饱和蒸气压温度0102030405060708090100蒸气压水mm（Hg）4.579.1417.3631.5154.8791.98148.9233.3354.9525.5760乙mm（Hg）12.2423.1

7、74478.66133.4219.9350.2540.9811.811861692在一个密闭的容器内放置两个分别盛纯溶剂和溶液的烧杯，若干时间后溶剂会全部自动转入溶液中么？ 由于蒸气压下降必然导致溶液沸点升高和凝固点下降101.30.61T Tf f0 01 10 00 0T Tb b温温 度度 / /0 0C C图图 3 3- -4 4水水 溶溶 液液 的的 沸沸 点点 升升 高高 和和 凝凝 固固 点点 降降 低低 示示 意意 图图 沸点升高（凝固点降低）与溶液中的物 质的量成正比 tb = Kb m tf = Kf m 由上式可计算非电解质的物质的量，所需参数K Kb b、K Kf f见

8、课本。h半透膜半透膜溶液溶液溶剂溶剂由渗透作用引起的半透膜两边的压力差称为渗透压。nRTVnV90.55H44.80S89.79G14100 . 1K99.1315.298314.8303.210)89.79(303.2lg3RTGK14100 . 1)()(平COHCCHCKWKt/51015202530501001410/WK0.1860.2930.4520.6811.0081.4715.47651.314lg/ )(lg/ )(lgWWWpKpOHpHKpKCOHCpOHCHCpH水是很强的溶剂，许多物质在水中溶解，并解水是很强的溶剂，许多物质在水中溶解，并解 离成正、负离子，我们将这种

9、物质叫离成正、负离子，我们将这种物质叫电解质电解质。根。根 据电解质在水中解离的程度不同，又将其大致分据电解质在水中解离的程度不同，又将其大致分 为三类，为三类， 即通常把解离度通常把解离度 60% 60%的物质称为的物质称为 强电解质强电解质 5%104,采用近似计算就不会带来太大的误差。例：向向0.10mol.L0.10mol.L1 1的的HAcHAc溶液中添加固体溶液中添加固体NaAc,NaAc,使使NaAcNaAc的浓度为的浓度为0.10mol.L0.10mol.L-1-1, ,问溶问溶液的液的pH=? pH=? HAcHAc的离解度的离解度= =？HAc H Ac未加未加NaAcNa

10、Ac551075. 1)(1075. 110. 010. 0HCxx352103 . 1)(1075. 110. 0HCxxmol.L-1说明解离程度大幅度下降说明解离程度大幅度下降. .改变改变4 4个单位个单位改改变变0.010.01个个单单位位实践证明，由弱酸和弱酸盐或弱实践证明，由弱酸和弱酸盐或弱碱与弱碱盐组成的溶液，其碱与弱碱盐组成的溶液，其pHpH值不值不因外加少量的酸、碱或稀释作用而因外加少量的酸、碱或稀释作用而发生显著变化，这种溶液叫做发生显著变化，这种溶液叫做缓冲缓冲溶液。溶液。以以HAcHAcNaAcNaAc溶液为例，在此体系中，溶液中溶液为例，在此体系中，溶液中HAcHA

11、c和和AcAc的浓度都很大，的浓度都很大， 由于由于AcAc的同离子效应，可的同离子效应，可抵抗外来酸碱的对体系的影响抵抗外来酸碱的对体系的影响. .HAc HAcNaAc NaAc( (大量）大量）( (大量）大量）加少量加少量H+加少量加少量OH-OH-xCxCxK酸盐酸)(酸盐酸CCxK于是于是或或 加一滴酸，则加一滴酸，则C C盐盐，C C酸酸，但，但 变化很小。变化很小。加一滴碱，则加一滴碱，则C C盐盐，C C酸酸，但，但 变化很小。变化很小。 溶液的溶液的pHpH值几乎不变值几乎不变盐酸酸CCKHCx)(酸盐CCpKpHalg酸盐CC酸盐CC通常，尽量保持通常，尽量保持C C盐盐

12、和和C C酸酸近似近似相等，这样溶液将具有最大的缓相等，这样溶液将具有最大的缓冲能力。于是，缓冲溶液的冲能力。于是，缓冲溶液的pHpH值值将取决于将取决于Ka （或（或Kb ）。）。4108.1aK11106.53HCOK5108.1aK81023.642POHK5108.1bK水是一种水是一种“万能溶剂万能溶剂”，任何一种物质，任何一种物质在水中都有一定程度的溶解，绝对不溶的在水中都有一定程度的溶解，绝对不溶的物质是没有的，通常认为溶解度物质是没有的，通常认为溶解度 0.01g/100gH0.01g/100gH2 2O O的为的为难溶难溶 0.010.01 0.1g/100gH0.1g/10

13、0gH2 2O O的为的为微溶微溶 0.1g/100gH0.1g/100gH2 2O O的为的为易溶易溶1 1溶度积与溶解度溶度积与溶解度若难溶强电解质若难溶强电解质AmBnAmBn的溶解度为的溶解度为S S，将其，将其放入水中，形成下列多相离子平衡放入水中，形成下列多相离子平衡KSP 与与S的关系的关系 AB型型 KSP =S 2 AB2或或A2B KSP = (2S)2S = 4S 3 A3B或或AB3 KSP = 27S 4KSP=Cm(An+)Cn(Bm-)=(ms)m (ns)n=mmnnSm+nAmBn(S) mAn(aq) nBm(aq)对于如下解离平衡对于如下解离平衡依据平衡移

14、动原理，将依据平衡移动原理，将 与与比较能够判断比较能够判断沉淀沉淀溶解平衡的移动。溶解平衡的移动。KSP， 沉淀析出沉淀析出KSP， 溶液为饱和溶液溶液为饱和溶液KSP， 沉淀溶解沉淀溶解此规则称为此规则称为电解质溶液中，平衡的移动取决于离子电解质溶液中，平衡的移动取决于离子积的大小：积的大小：J =AnmBmnKSP溶液不饱和，无沉淀生成或原有沉淀继续溶解；J =AnmBmn = KSP溶液饱和，无沉淀生成也无沉淀溶解；J =AnmBmnKSP将产生沉淀。根据溶度积规则，可以讨论沉淀的生成、溶解，共同离子效应，沉淀先后，沉淀的转化等问题。向电解质溶液中加入某种沉淀剂，使其中某电解质的离子积

15、大于溶度积，则有该难溶电解质的沉淀析出。 若溶液中含有几种均能与加入的沉淀剂作用生成几种难溶电解质时，通常是最先达到沉淀析出条件的难溶电解质首先析出例：某溶液中含有FeCl2和CuCl2，两者浓度均为0.10mol.L1，不断通入H2S（0.10mol.L1）是否会生成FeS？已知已知: :解：解： 因为因为 KSP ,CuS KSP ,FeS CuS CuS先沉淀先沉淀解得解得x =2.68x10 x =2.68x10-13-13, ,非常小。非常小。c(Hc(H+ +)=0.2mol.L)=0.2mol.L1 1K=1.49x1012C(S2-)= FeS不会沉淀不会沉淀 K1（H2S）K

16、2(H2S） C(H2S）C2(H+）9.410-220.10(0.2)2=2.310-21 mol.L-1= C(S2-)C(Fe2+) = 2.3 10-21 0.10= 2.3 10-22 KSP(FeS)=6.31018根据溶度积规则，向含有难溶电解质AmBn的饱和溶液中，加入某种试剂，若能降低该电解质的某一离子浓度，使其离子积J 小于KSP(AmBn)则沉淀AmBn就会逐步溶解。利用生成气体、弱电解质、难溶盐、 难溶的氢氧化物的反应等 配离子的反应 氧化还原反应例例1 1：在在1.0LHA1.0LHAC C溶液中，溶解溶液中，溶解0.10mol.L0.10mol.L-1-1MnSMn

17、S， 问问HAcHAc的最初浓度至少应是多的最初浓度至少应是多mol.Lmol.L-1-1？解：解：MnS(S) 2HAc Mn22AcH2S平衡平衡 C(HAc) 0.1 20.1 0.1浓度浓度)()()()()()()()()()()()(222222222222HCSCHCSCHAcCSHCAcCMnCHAcCSHCAcCMnCK)()(,22SHKHAcKMnSKSPCaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2沉淀的转化反应，是把一种难溶电解质的沉淀转化为另一种难溶电解质的沉淀。它向生成更难溶解物质的方向进行。 沉淀的转化还可应用于分离混合物质、废水处理等方面。锅垢成分:CaCO

18、3、CaSO4 、MgCO3 、Mg(OH)2 清 除: CaSO4+ Na2CO3 = CaCO3 + N2aSO4 Ks, CaCO3=4.96x10-9 Ks, CaSO4 =7.1x10-5 Ks = Ks, CaSO4 /Ks, CaCO3 = 1.43x104 Hg2+S2-=HgS(Na2S)Hg2+FeS=HgS +Fe2+Pb2+FeS=PbS +Fe2+Cd2+FeS=CdS +Fe2+AgClAg2CrO4Cl-CrO42- AgNO3 1).配合物配合物 2). 2). 配合物的组成配合物的组成3).配合物的命名（略）配合物的命名（略）1).配合物配合物（配位化合物）

19、由配离子组成的化合物。 S SO O4 42 2- -2 2+ +C CH H2 2C CH H2 2H H2 2N NH H2 2N NC CH H2 2C CH H2 2N NH H2 2N NH H2 2Cu(NH2CH2CH2NH2)2SO4内内 界界中心离子中心离子(简单阳离子）简单阳离子）配位体配位体 (中性分子或阴离子）中性分子或阴离子）配位键配位键外外 界界2 2配离子的离解平衡配离子的离解平衡Cu(OH)2 +4NH3.H2O = Cu(NH3)4 2+ Cu(NH3)4 2+ + S2- = CuS(s)+NH3CuSO4 + 2NH3.H2O = Cu(OH)2 + (N

20、H4 )2SO4Ba2+ + Cu(NH3)4.SO4 = Cu(NH3)42+ + BaSO4显然，显然，K K稳稳1 1=1/=1/K K不不2 2，K K稳稳2 2=1/=1/K K不不1 1Ag2NH3 Ag(NH)2 K稳稳= K稳稳1. K稳稳2 = n Ag(NH3)NH3 Ag(NH3)2K稳稳2=8.3103AgNH3 Ag(NH3) K稳稳1=2.0 103Ag(NH3) Ag2NH3 K不不=K 不不1.K 不不2Ag(NH3) AgNH3 K不不2=4.9 10-4Ag(NH3)2 Ag(NH3)NH3 K不不1=1.210-4利用配离子的不稳定常数，可以判断配离子与另

21、一种配离子之间，配离子与难溶物之间的转化。对于类型相同的配离子可用的大小直接判断，也可以用计算转化反应的标准平衡常数来判断1)判断配离子和难溶物的相互转化例例1 1：将：将0.20mol0.20molL L-1-1AgNOAgNO3 3与与2.4mol2.4molL L-1-1NHNH3 3H H2 2O O等体积混合求生成等体积混合求生成Ag(NHAg(NH3 3) )2 2 溶液中的溶液中的C(AgC(Ag)=)=？C(Ag)=0.10mol.L1C(NH3.H2O)=1.2mol.L72323107 .1/)(/)(/)(平CNHCCAgCCNHAgC7107 . 1)20 . 1 (1

22、0. 0 xxx9109 . 5x即即C(Ag)= 5.91010-9-9 mol.L19109 . 5：在：在Fe(CFe(C3 3H H6 6O O3 3)3 3溶液中加入溶液中加入CNCN 离子，离子，Fe(CFe(C3 3H H6 6O O3 3)3 3能否转化成能否转化成 Fe(CN)Fe(CN)6 6 3 3？)()()()()()(36362363336FeCCNCOHFeCOHCCFeCCNFeCK35427363363109 . 7100 . 1109 . 7)()(K CNFeKOHCFe不不鉴定如：如：FeFe4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6 3 3分离Cl-、Br-

23、、I-Ag+AgCl、AgBr、AgINH3Ag（NH3）2+AgCl溶解 溶液沉淀Na2S2O3Ag（S2O3）23+溶液沉淀AgIAgBr溶解 + + + + + + + + + + + + + + + +M MN N电电 位位 滑滑 动动 界界 面面距距 离离d d 双电层 固粒表面吸附的离子和溶液中的 反离子构成。扩散双电层 带电表面及溶液中的反离子构成 z电势 ( (A Ag gI I) )m m n nI I- -, ,( (n n- -x x) )K K+ + x x- - x xK K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K

24、K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +K K+ +I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -I I- -( (A Ag gI I) )m m溶胶的稳定性，主

25、要原因是带有相同的电荷，胶粒间产生的排斥作用。一旦稳定条件破坏，溶胶中粒子就合并、长大，这一过程称1电解质的聚沉作用2相互聚沉现象3加热4.5.表面活性剂的结构、性质及应用加入少量而能显著降低液体表面张力的物质组成阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 两性离子表面活性剂皂类R1-COONa、烷基磺酸盐 R2 SO3Na等，其中R1中C原子数17，R2中C12）阳离子型（如长链烷基的季铵盐和胺类的盐酸盐RCl-等）氨基酸R(NH2)CH2COOH等 亲水基部分是多羟基、聚氧乙烯基、酯基和醚键等非 极 性 基 （ 疏 水 基 ） 极 性 基 （ 亲 水 基 ）阴 离 子 型CH3(CH2)15SO3

26、-Na+CH3阳 离 子 型CH3(CH2)11 N CH3+Cl- CH3CH3两 性 型CH3(CH2)10CH2 N+ CH2COO-CH3非 离 子 型CH3(CH2)10CH2 O (CH2-CH2O)nHCCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2oo-Na+表面活性剂溶于水时，其分子亲水的极性一端受到水分子的吸引，非极性的疏水部分被水分子所排斥。为了达到稳定，可以采取两种方式。 在液面形成单分子膜。 许多活性剂分子自动聚结，形成“胶束”。 好的湿润性，要求洗涤剂能与被洗涤的固体表面密切接触； 清除污垢的能力； 有使污垢分散或增

27、溶的能力； 能防止被清除的污垢重新在干净的固面上沉积或形成浮渣。 综合看来，非离子型洗涤剂效果最佳。分散质和分散剂都为液体时，这种分散系就称乳浊液。分为两类: 具有界面活性，加入少量就可显著降低油-水 间的界面张力； 能迅速吸附在水（或油）等微滴上，从而形 成牢固的保护膜； 能在水（或油）微滴上产生同种电荷，因相 互排斥而稳定。总之，能较大地提高O/W或W/O型乳浊液的稳性。主要有两类：物理方法，如离心、静电和超声物理化学方法，其原则是破坏吸附在界面上的乳化剂，使之失去乳化能力。常用破乳剂。它也是一种表面活性剂，由于表面活性相当高，故能将界面上原有的乳化剂顶走；但破乳剂分子一般具有分支结构，不

28、能在界面上形成牢固的界面膜，而使乳状液的稳定性大大降低。 降低水的表面张力和泡沫的表面能，为泡沫的生成和相对稳定创造条件； 在气泡周围形成一层具有一定机械强度的、坚固的薄膜，这是泡沫稳定存在的重 要因素。 用离子型表面活性剂做起泡剂所得的泡沫，其膜带有相同电荷，电势高，对泡沫的稳定性有利。 泡沫是气相分散在液相中的分散系，“泡”就是由液体薄膜包围着的气体。 b.泡沫在生产和科研上的应用泡沫分离。表面活性大的物质富集于先形成的泡沫中，而表面活性小的则富集于后形成的泡沫中，只要混合物中各组分的表面活性不同，即可用此法分开。 泡沫灭火剂中，含有表面活性剂稳定的CO2泡沫，使火源与空气隔绝。 固体泡沫则是将气体固定在固体中，如泡沫塑料、泡沫玻璃和泡沫水泥等，具有重量轻，隔音与保温性能好等优点，是一类很有前途的新型建筑材料。在许多场合，泡沫又会给人们造成麻烦，会引起操作不便，影响产品质量等问题。在许多场合，泡沫又会给人们造成麻烦，会引起操作不便，影响产品质量等问题。破坏泡沫可通过物理和化学方法来实现。化学上，通常是加入消泡剂。消泡剂1.物质的表面活性大，加入后能取代原来的起泡剂，但其本身链短，分子间力小，不能形成坚固的膜 2.使泡膜局部的表面张力降低，两者都是使泡沫破裂。 作业:P181 3、5、6、8、11、17