无机化学溶液讲义课件.ppt
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1、 建议把渗透浓度提前到渗透压后面,讲完后再统一讲渗透压的应用,避免讲应用时先出现渗透浓度 建议补充人体各种体液的渗透压即临床意义,如尿液的渗透压(看是否可联系尿常规的数据)、眼睛细胞的渗透压第一章 溶 液第一节非电解质稀溶液的通性第二节混合物和溶液的组成标度 教学目的与要求了解晶体渗透压力和胶体渗透压力;熟悉溶液的概念;掌握溶液浓度的各种表示法和相关计算,非电解质稀溶液的通性及其应用。本章重点B的质量分数;B的浓度;B的质量摩尔浓度;拉乌尔定律;难挥发非电解质稀溶液的沸点升高、凝固点降低;稀溶液的渗透压力;vant Hoff方程;B的渗透浓度 泥土 菜油 1/3试管水 振荡混匀 静置 蔗糖 食
2、盐前言前言 分散系分散系分散系=分散相+分散介质分 散 相(分散质):被分散的物质分散介质(分散剂):分散相所处的介质分散系:一种(或多种)物质以极小的微粒分散到另一种(或多种)物质中得到的体系。前言前言 分散系分散系均相(单相)分散系 非均相(多相)分散系 分散系按分散相粒子的组成分为什么是相?如何判断均相与非均相?前言前言 分散系分散系指在一个体系中,物理和化学性质完全相同的部分。分散相是否以单个分子(或离子)分散在分散介质中(是:均相分散系;否:非均相分散系)。分散系的分类分散系的分类 表表5-1 一些胶体的例子一些胶体的例子分散介质分散介质 分散相分散相 名名 称称 实实 例例 气体气
3、体 液体液体 气溶胶气溶胶 雾雾 气体气体 固体固体 气溶胶气溶胶 烟烟 液体液体 固体固体 液液溶胶溶胶 油漆油漆 溶溶 液液溶液(Solution)一种(或几种)物质(solute)以原子、分子或离子状态分散于另一种物质(solvent)中所构成的而的分散体系。溶液(Solution)理解:均匀:溶液中处处;非均匀:分散体系中有明确的;溶 液溶液分类溶液分类 以体系分1气态溶液:如新鲜的空气 2固态溶液:气态溶质,如氢溶解在钯中;液态溶质,如汞和金属的合金(汞齐);固态溶质,如钢铁;3液态溶液:气态溶质,如氧溶解在水中;液态溶质,以量多者为溶剂;固态溶质,如NaCl水溶液;溶解过程溶解过程
4、 的物理化学过程 1相互分散(interspersion)2溶剂化作用(solvation)溶解过程的和是以上两个步骤的综合表现。溶解过程溶解过程-相互分散相互分散溶解过程溶解过程-溶剂化作用溶剂化作用离子离子-偶极作用是溶剂化的本质偶极作用是溶剂化的本质 溶液的浓度与溶解度溶液的浓度与溶解度浓度(Concentration)中溶质、溶剂的相对含量,代表溶解的量;溶解度(Solubility)中溶质、溶剂的相对含量,代表溶解的。一、B 的质量分数二、B 的体积分数三、B 的质量浓度四、B 的分子浓度五、B 的浓度六、B 的摩尔分数七、溶质 B 的质量摩尔浓度第一节第一节 混合物和溶液的组成标度
5、混合物和溶液的组成标度浓度方法:1溶质与溶剂(或溶液)的质量分数wB、摩尔分数xB、质量摩尔浓度bB;其数值不随温度而变化;2中的溶质的含量质量浓度rB、物质的量浓度cB、分子浓度CB、体积分数 ;其数值随温度而变化。B第一节第一节 混合物和溶液的组成标度混合物和溶液的组成标度BBmwmdefBABmmmAAABmwmmAB1ww一、B 的质量分数(Mass fraction)下标下标B代表溶质代表溶质下标下标A代表溶剂代表溶剂例题SI1单位:例 1-1 100.0 g 铁矿石中含 50.4 g Fe2O3,试计算铁矿石中 Fe2O3 和 Fe 的质量分数。解:100.0 铁矿石中 Fe 的质
6、量为:2323112(Fe)(Fe)(Fe O)(Fe O)2 55.85 g mol 50.4 g159.7 g mol 35.3 gMmmM 铁矿石中 Fe 的质量分数为:(Fe)(Fe)35.3 g 0.353=1035.3%0.0 gmwm 铁矿石中 Fe2O3 的质量分数为:2323(Fe O)(Fe O)50.4 g 0.504100.0 gmwmBBAA*VVdef二、B 的体积分数(Volume fraction)例题 代表混合代表混合前的纯物质前的纯物质*SI1单位:VA代表混合代表混合前 所 有 纯 物前 所 有 纯 物质的体积和质的体积和2525*252(C H OH)(
7、C H OH)(C H OH)(H O)VVV70 mL70 mL 30 mL0.7070%例 1-2 20 时,将 70 mL 乙醇(酒精)与 30 mL 水混合,得到 96.8 mL 乙醇溶液,计算所得乙醇溶液中乙醇的体积分数。解:乙醇的体积分数为:三、B 的质量浓度(Mass concentration)-3-1-1-1SIkg mg Lmg Lg L单位:常用单位:,BBmVr rd e f例题V 代表溶液的体积代表溶液的体积612661261(C H O)(C H O)25g50 g L0.50LmVr解:葡萄糖溶液的质量浓度为:例 1-3 将 25 g 葡萄糖(C6H12O6)晶体
8、溶于水,配制成 500 mL 葡萄糖溶液,计算此葡萄糖溶液的质量浓度。BB NC Vdef四、B 的分子浓度(molecular concentration)(临床常用来表示血液细胞组成临床常用来表示血液细胞组成)-3-1-1SImLmL单位:医学常用单位:,V 代表溶液的体积代表溶液的体积大写大写-3-1SImol mmol L单位:常用单位:BB ncVdef五、B 的浓度(物质的量浓度)(Amount-of-substance concentration)使用注意:须指明,如 Na+、SO42-、Na2SO4V 代表溶液的体积代表溶液的体积小写小写世界卫生组织建议世界卫生组织建议:医学上
9、表示体液组成时,凡是体液中相对分子质量已知的物质,均应使用物质的量浓度;对于相对分子质量未知的物质,可以暂时使用质量浓度。B 的质量浓度与 B 的浓度之间的关系为:B=cBMB例题+11(Na)(Na)0.326g/23.0g mol0.142 mol L0.100LncV 正常人血清中 HCO3-的浓度为:33121(HCO)(HCO)0.165g/61.0 g mol2.7 10 mol L0.100 LncV解:正常人血清中 Na+的浓度为:例1-4 100 mL 正常人血清中含 326 mg Na+和 165 mg HCO3-,试计算正常人血清中 Na+和 HCO3-的浓度。例 1-5
10、 100 mL 生理盐水中含 0.90 g NaCl,试计算生理盐水的质量浓度和物质的量浓度。解:生理盐水的质量浓度为:生理盐水的物质的量浓度为:111(NaCl)9.0 g L(NaCl)0.15 mol L(NaCl)58.5g molcMr1(NaCl)0.90 g(NaCl)9.0 g L0.10 L mVr 由 A 和 B 两种物质组成的混合物:则有:对由多种物质组成的混合物,各组分的摩尔分数的总和等于 1。AAABnx=n+nBBABnx=n+nBBnxndef1ABxx六、六、B B 的摩尔分数的摩尔分数(Mole fraction)例题SI1单位:n代表代表溶液溶液的物质的量的
11、物质的量例 1-6 将 112 g 乳酸钠(NaC3H5O3)溶于 1.00 L 纯水中配制成溶液,计算该溶液中乳酸钠的摩尔分数。解:室温下,水的密度约为 1000 g L-1;乳酸钠的摩尔质量为 112 g mol-1;H2O 的摩尔质量为 18 gmol-1。溶液中乳酸钠的摩尔分数为:3533533532(NaC H O)(NaC H O)(NaC H O)(H O)112/112 112/112(1.00 1000/18)0.018nxnn例题-1SImol kg单位:七、七、B B 的质量摩尔浓度的质量摩尔浓度(Molality)BBAnbmdef例 1-7 将 0.27 g KCl
12、晶体 溶于 100 g 水中,计算溶液中 KCl 的质量摩尔浓度。解:KCl 的质量摩尔浓度为:21(KCl)(KCl)(H O)0.27/74.50.036(mol kg)0.10nbmBBBBABncVnmnmb注意:稀水溶液中,cBbB 一、难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降 二、难挥发非电解质稀溶液的沸点升高 三、非电解质稀溶液的凝固点降低 四、稀溶液的渗透压力第二节非电解质稀溶液的通性溶液的性质与溶质有关;如:密度,粘度,导电性与溶质无关;稀溶液的通性(依数性)依数性(Colligative properties)取决于所含溶质的,而与溶质无关;讨论范围:稀溶液(0.2molKg-1)
13、液体的蒸气压 一定温度下,当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时,液面上方的蒸气称为饱和蒸气,饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的,简称(vapor pressure)。蒸发与凝聚 蒸发:液态物质表面汽化;蒸发速率(单位时间单位液面积蒸发的液体分子数)是的函数。气相液相蒸发与凝聚凝聚:气态物质液化;凝聚速率是蒸气分子的函数。蒸发速率与凝聚速率相等时,体系处于平衡状态。气相液相平衡状态恒温时,密闭真空容器中液体的蒸发速率、蒸气的凝聚速率与时间的关系如图理解蒸气压概念 蒸气压是的函数,任何温度下总有足够数量的液体分子蒸发;温度升高,液体的蒸气压增大。蒸气压与液体的有关。相同温度下,不同的液体,其蒸气
14、压不同;蒸气压与液面上方无关;只在时谈论蒸气压才有意义;固体物质也具有一定的蒸气压。但一般情况下,固体的蒸气压较小。无论固体还是液体,蒸气压大的物质称为易挥发物质,蒸气压小的物质称为难挥发物质。表 1-1 不同温度下水的饱和蒸气压理解蒸气压概念表 1-1 293.15K时不同物质的饱和蒸气压蒸气压与蒸气压与物质的蒸气压与液面上方理解蒸气压概念一、稀溶液的依数性-蒸气压下降稀溶液的蒸气压 p 同温度下纯溶剂的蒸气压p*的现象称为蒸气压下降(vapor pressure lowering)。蒸气压下降遵循Raoults Law)。拉乌尔定律一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的 p 和溶质的 xB 成
15、,而与溶质的本性无关。AAAB*p=pp=p x 在溶液中:BBBBBAABAAAnnnx=b Mn+nnm/M AABB*p=p M b=kb数学表达式为:(最常用)理想溶液 ideal solution(s)溶液中的任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律1的溶液称为理想溶液。蒸气压下降的原因蒸气压下降的原因蒸发=凝聚蒸发凝聚蒸发=凝聚气相液相蒸气压曲线溶液的蒸溶液的蒸气压降低气压降低 pp*ps1ps2bb BT=k b二、稀溶液的依数性-沸点升高当溶液沸腾时,稀溶液的沸点Tb 必Tb*,这一现象称为沸点升高(boiling point elevation)。数学表达式为:沸点升高系数沸
16、点升高系数沸腾(Boil)沸腾是在同一温度下液体同时进行的现象。饱和小气泡(汽化核)T,小气泡中的饱和蒸气压T,气泡不断胀大;当饱和蒸气压增加到与外界压力相同时,气泡骤然胀大,在浮力作用下迅速上升到液面并放出蒸气 RE沸点 液体的蒸气压等于外压时,液体沸腾,沸腾时液体的温度称为液体的Tb(boiling point)。沸腾需要吸热,但沸腾时液体任何地方都发生蒸发带走热量,温度保持,此后液体的吸热全部用于汽化,直至全部液体蒸发完毕,加热快慢只影响其。RE 液体的沸点与外压有关,外压越大,沸点就越高。液体在101.325 kPa 下的沸点称为。液体的沸点必须指明外压,没有注明压力条件的沸点通常指正
17、常沸点。理解沸点概念 若液体过于洁净,缺乏小气泡,加热时将暴沸。RE表 1-3 几种溶剂的沸点和沸点升高系数*b/KT沸点升高的原因 当液体的蒸气压等于外界压力时,液体沸腾外界压力p外界压力p纯溶剂 溶液溶液蒸气压降低溶液的沸点升高是由溶液的的蒸气压曲线溶液的沸溶液的沸点升高点升高p溶液溶液p水,水,所所以在以在373K时时,溶液无法沸腾溶液无法沸腾升温升温,p溶液,最终最终 p溶液溶液p水水p水p溶液沸点升高的原因 当液体的蒸气压等于外界压力时,液体沸腾 相同温度时,稀溶液的蒸气压纯溶剂的蒸气压,所以在纯溶剂沸点Tb*时,溶液的蒸气压小于外压而无法沸腾 要使溶液沸腾,必须提高溶液的蒸气压,即
18、必须升温bBBAbk mM=mT 测定出稀溶液的沸点升高值,可计算出 B 的摩尔质量摩尔质量。沸点升高的应用例题bb BBBBbbAA/T=k bnmM =k=kmm课外例题已知苯的沸点是 80,萘的摩尔质量为128 gmol-1,取2.67 g萘溶于100 g苯中,测得该溶液的沸点升高了0.531 K,试求苯的沸点升高常数。解:bB 沸点升高的应用稀溶液的凝固点 Tf 必Tf*,此称为凝固点降低(freezing point depression)。数学表达式为:三、稀溶液的依数性-凝固点降低ffBT=k b凝固点降低凝固点降低系数系数凝固点 当,固、液熔化=凝固此时体系温度,称为液体的(f
19、reezing point)。纯水的凝固点(273 K)又称为,在此温度,水和冰的蒸气压相等。表 1-4 几种溶剂的凝固点和凝固点降低系数*f/T K凝固点降低的原因当,液体凝固溶液的凝固,开始析出的是溶剂的固体(不含溶质),溶质加到溶剂中,液相的蒸气压下降,但固相的蒸气压不变。溶液的凝固点降低是由溶液的的p溶液溶液p冰冰,所,所以在以在273K时时,溶液无法凝固溶液无法凝固p冰p溶液降温,降温,p冰冰,最最终终 p冰冰p溶液溶液溶液的凝溶液的凝固点降低固点降低蒸气压曲线注意随着沸腾或凝固的不断进行,溶液中溶剂的量,溶液的浓度也随之改变。所以,在沸腾和凝固整个过程,沸点、凝固点不断改变。我们所
20、说的沸点、凝固点的恒定,是对的溶液而言。难挥发溶质的溶液,在不断的沸腾过程中,沸点、凝固点是否恒定?凝固点降低的应用 凝固点降低法fBBfA=k mMT m例题凝固点测定ffBT=k bBBBBAA/nmMbmm def凝固点的测定步冷曲线冷却曲线(1)纯溶剂理想冷却曲线 (2)纯溶剂实验冷却曲线(3)溶液理想冷却曲线 (4)溶液实验曲线溶液的凝固点是指刚有溶剂固体析出的温度TfRE 例 1-8 从人尿中提取出一种中性含氮化合物,将 90 mg 纯品溶解在12 g 蒸馏水中,所得溶液的凝固点比纯水降低了 0.233 K,试计算此化合物的摩尔质量。解:此中性含氮化合物的摩尔质量为:fBBfAk
21、mMT m110.060 kg mol60 g mol11.86 K kg mol0.090 g0.233 K 12 g 凝固点降低法fBBfA=k mMT m例题该法比沸点升高法更优:kf 比 kb 大,测量相对误差较小;凝固点有晶体析出,现象明显,容易观察;尤其适用于不宜加热和某些挥发性溶质;重复测定溶液浓度不变。凝固点降低的应用凝固点测定凝固点降低的应用 防冻剂乙二醇、甘油;冰盐浴KCl溶液-10.7;NH4Cl溶液-15.4;NaCl 溶液-21.1;CaCl2溶液-55.0;冰和丙酮的混合物-70 C以下。丙三醇丙三醇(甘油)(甘油)乙二醇乙二醇凝固点降低的应用发动机防冻剂防冻液:低
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