第三章水溶液化学课件1.pptx
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1、第三章第三章 水溶液化学水溶液化学1第三章第三章 水溶液化学水溶液化学目目 录录 3.1 溶液的依数性溶液的依数性 3.2 酸碱平衡酸碱平衡 3.3 缓冲溶液缓冲溶液 3.4 难溶强电解质的溶解平衡难溶强电解质的溶解平衡 3.5 影响难溶强电解质溶解度的主要因素影响难溶强电解质溶解度的主要因素 3.6 离子的沉淀和分离离子的沉淀和分离 3.7 胶体胶体 3.8*水的净化和废水处理水的净化和废水处理2第三章第三章 水溶液化学水溶液化学溶液溶液:一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系。物质中所构成的均匀而又稳定的体系。溶
2、液是混合物,是溶液是混合物,是各部分的各部分的化学组成化学组成和和物理性质物理性质皆皆相同相同的一个的一个均相系统均相系统。(1)溶液的定义及分类溶液的定义及分类 溶剂和溶质溶剂和溶质:如果组成溶液的物质有不同的状态,通常将液态物质称为溶如果组成溶液的物质有不同的状态,通常将液态物质称为溶剂,气态或固态物质称为溶质,如果都是液态,则含量多的一种称为溶剂,气态或固态物质称为溶质,如果都是液态,则含量多的一种称为溶剂,含量少的一种为溶质。剂,含量少的一种为溶质。混合物混合物:多组分均匀体系中,溶质和溶剂不加区分,各组分均可选相同多组分均匀体系中,溶质和溶剂不加区分,各组分均可选相同的标准态,使用相
3、同的经验定律,这种体系称为的标准态,使用相同的经验定律,这种体系称为混合物混合物。可分为。可分为气态混气态混合物、液态混合物和固态混合物合物、液态混合物和固态混合物。3第三章第三章 水溶液化学水溶液化学溶溶质质+溶溶剂剂物物理理化化学学过过程程溶溶液液热效应热效应:NaOH+H2O,放热放热;NH4NO3+H2O,吸热,吸热体积变化体积变化:乙醇:乙醇+水,水,V V减小;苯减小;苯+醋酸,醋酸,V V增加增加溶液溶液液态溶液:食盐水溶液;有机物溶液液态溶液:食盐水溶液;有机物溶液气态溶液:气态混合物都是气态溶液气态溶液:气态混合物都是气态溶液固态溶液:固态溶液:Hg-Zn,Zn-Cu4第三章
4、第三章 水溶液化学水溶液化学液态溶液类型液态溶液类型 (根据溶质与溶剂的状态)(根据溶质与溶剂的状态)溶质溶质 溶剂溶剂气态物质(气态物质(NHNH3 3)+液态物质(液态物质(H H2 2O O)固态物质(固态物质(NaCI)+NaCI)+液态物质(液态物质(H H2 2O O)液态物质(液态物质(H H2 2SOSO4 4)+液态物质(液态物质(H H2 2O O)液态溶液液态溶液 根据溶液中的溶质的导电性又可分为根据溶液中的溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液和非电解质溶液电解质溶液。本章主要讨论液态的非电解质溶液。本章主要讨论液态的非电解质溶液。5第三章第三章 水溶液化学水溶液
5、化学(2)(2)溶解度溶解度 中学中学里介绍过把某温度下里介绍过把某温度下100100克克水里某物质溶解的最大克数叫水里某物质溶解的最大克数叫溶解溶解度。习惯度。习惯上按溶解度大小,上按溶解度大小,把溶液把溶液分为:分为:溶解度溶解度:一定温度和压力下溶质在一定量溶剂中形成一定温度和压力下溶质在一定量溶剂中形成饱和溶液饱和溶液时时,被被溶解溶解的溶质的量。的溶质的量。其实其实,从相平衡的角度理解溶解度更确切,即在一定温度和压力下,从相平衡的角度理解溶解度更确切,即在一定温度和压力下,固液达到平衡时的状态,固液达到平衡时的状态.这时把饱和溶液里的物质浓度称为这时把饱和溶液里的物质浓度称为“溶解度
6、溶解度”。按此把溶液分为:。按此把溶液分为:易溶易溶 10可溶可溶 1-10微溶微溶 0.1-1难溶难溶 ABAB强电解质强电解质ABAB弱电解质弱电解质 非电解质非电解质41第三章第三章 水溶液化学水溶液化学例例:将质量摩尔浓度均为将质量摩尔浓度均为0.10 molkg-1的的BaCl2,HCl,HAc,蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从大到小次序排序和渗透压按从大到小次序排序:解:按从大到小次序排序如下:解:按从大到小次序排序如下:粒子数粒子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖蒸气压蒸气压 蔗糖蔗糖 HAc HCl BaCl2沸
7、点沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖凝固点凝固点 蔗糖蔗糖 HAc HCl BaCl2渗透压渗透压 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖42第三章第三章 水溶液化学水溶液化学43解释:解释:1923年,年,Debye 及Hckel提出离子氛(ionic atmosphere)概念。观点:观点:强电解质在溶液中是完全电强电解质在溶液中是完全电离的,但是由于离子间的相互作用离的,但是由于离子间的相互作用,每一个离子都受到相反电荷离子,每一个离子都受到相反电荷离子的束缚,这种离子间的相互作用使的束缚,这种离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由,其表溶液中的离子并不完全自由,其表现是:现是
8、:溶液导电能力下降,电离度溶液导电能力下降,电离度下降(小于下降(小于100),依数性异常。),依数性异常。实验测得的解离度叫做实验测得的解离度叫做表观解离度表观解离度。溶液浓度越浓或。溶液浓度越浓或离子电荷越大,表观解离度越小。离子电荷越大,表观解离度越小。第三章第三章 水溶液化学水溶液化学44活度与活度系数活度与活度系数活度:活度:是指有效浓度,即单位体积电解质溶液是指有效浓度,即单位体积电解质溶液中表现出来的表观离子有效浓度,亦即扣除了中表现出来的表观离子有效浓度,亦即扣除了离子间相互作用的浓度。以离子间相互作用的浓度。以 a(activity)表示表示:a y c y:活度系数活度系数
9、。稀溶液中。稀溶液中,y HAc;碱性强度:碱性强度:Ac-Cl-。76第三章第三章 水溶液化学水溶液化学根据酸碱在水中行为可分根据酸碱在水中行为可分为三类:为三类:在水中能完全离解的酸在水中能完全离解的酸是强酸,共轭碱是极弱碱。是强酸,共轭碱是极弱碱。在水中只能部分离解的在水中只能部分离解的酸是弱酸,共轭碱是弱碱。酸是弱酸,共轭碱是弱碱。只有微弱酸性的物质是只有微弱酸性的物质是极弱酸,共轭碱是强碱。极弱酸,共轭碱是强碱。77第三章第三章 水溶液化学水溶液化学例例:下列下列质子转移反应的平衡方向是趋向于左还是右?质子转移反应的平衡方向是趋向于左还是右?解:解:在这个反应中,在这个反应中,H+从
10、从HSO4-转移到转移到CO32-,所以得,所以得HSO4-比比 HCO3-酸性更强(相对的酸性更强(相对的SO42-比比CO32-碱性更碱性更弱),弱),平衡移动的方向趋向于质子从更强的酸转移到更强的平衡移动的方向趋向于质子从更强的酸转移到更强的碱碱,因此,平衡移动的方向是向右的。,因此,平衡移动的方向是向右的。酸酸1 碱碱2 共轭碱共轭碱1 共轭酸共轭酸2)()()()(324234aqHCOaqSOaqCOaqHSO接收H+提供H+)()()()(324234aqHCOaqSOaqCOaqHSO78第三章第三章 水溶液化学水溶液化学酸和碱的强度与酸碱的本性有关 p 决定酸碱强度的主要因素
11、决定酸碱强度的主要因素如:如:以下三种酸的强度顺序为:以下三种酸的强度顺序为:HCl HAc HCN(盐酸)(盐酸)(醋酸)(醋酸)(氢氰酸)(氢氰酸)酸和碱的强度与酸和碱的强度与溶剂溶剂的性质有关的性质有关 同一种酸在不同的溶剂中,呈现出不同的强度。如同一种酸在不同的溶剂中,呈现出不同的强度。如硝酸(硝酸(HNO3)在水中为强酸,当其溶于冰醋酸中时,)在水中为强酸,当其溶于冰醋酸中时,其酸度大大降低,而如果溶于纯硫酸中时,却显碱性。其酸度大大降低,而如果溶于纯硫酸中时,却显碱性。所以讨论酸碱强度时,必须以同一溶剂作为比较标准。所以讨论酸碱强度时,必须以同一溶剂作为比较标准。79第三章第三章
12、水溶液化学水溶液化学 溶剂溶剂的的“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应”区分效应:区分效应:用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来开来,称为溶剂的,称为溶剂的“区分效应区分效应”。如:如:H2O 可以区分可以区分 HAc、HCN 酸性的强弱。酸性的强弱。HAc HCNKa1.8 10-5 5.810-10酸性强度:酸性强度:HAc HCN80第三章第三章 水溶液化学水溶液化学 强酸与水之间的酸碱反应几乎是不可逆的,强酸强酸与水之间的酸碱反应几乎是不可逆的,强酸在水中完全解离,水能够同等程度地将在水中完全解离,水能够同等程度地将HClO4、HCl、HNO3
13、等强酸的质子全部夺取过来,以水来区分它们等强酸的质子全部夺取过来,以水来区分它们给出质子能力的差别就不可能了;或者说,水对这些给出质子能力的差别就不可能了;或者说,水对这些强酸起不到区分作用,水把它们之间的强弱差别拉平强酸起不到区分作用,水把它们之间的强弱差别拉平了。了。拉平效应拉平效应:溶剂将酸或碱的强度拉平的作用,称为溶剂将酸或碱的强度拉平的作用,称为溶溶剂的剂的“拉平效应拉平效应”。溶剂水对很强的酸或极弱的酸都没有区分效应,溶剂水对很强的酸或极弱的酸都没有区分效应,只有拉平效应。只有拉平效应。81第三章第三章 水溶液化学水溶液化学如:如:下列强酸在冰醋酸中不完全解离,酸性强度依次为:下列
14、强酸在冰醋酸中不完全解离,酸性强度依次为:HI HClO4 HCl H2SO4 HNO3 如果要区分各种强酸之间的真实强弱,那么要选取如果要区分各种强酸之间的真实强弱,那么要选取比水的碱性更弱的碱,如冰醋酸为溶剂,才能体现出区比水的碱性更弱的碱,如冰醋酸为溶剂,才能体现出区分效应。分效应。溶剂的碱性愈强时溶质表现出来的酸性愈强。溶剂的碱性愈强时溶质表现出来的酸性愈强。故故区分强酸要用弱碱。弱碱对强酸有区分效应。同样,区分强酸要用弱碱。弱碱对强酸有区分效应。同样,强碱对弱酸也有区分效应。强碱对弱酸也有区分效应。同样,对碱来说,溶剂也存在着同样,对碱来说,溶剂也存在着“区分效应区分效应”和和“拉平
15、效应拉平效应”。82第三章第三章 水溶液化学水溶液化学p 酸碱电子理论(路易斯酸碱理论)内容 凡能接受电子对的物质是酸(路易斯酸),凡能给凡能接受电子对的物质是酸(路易斯酸),凡能给出电子对的物质是碱(路易斯碱)。出电子对的物质是碱(路易斯碱)。3、酸碱电子理论 酸是电子对的接受体:具有可以接受电子对的空轨道。酸是电子对的接受体:具有可以接受电子对的空轨道。如:如:Fe3+、Fe、Ag+、BF3 等。等。碱是电子对的给予体碱是电子对的给予体如:如:X-、:NH3、:CO、H2O:等。等。3d64s24d105s03d54s083第三章第三章 水溶液化学水溶液化学 酸碱之间以共价配位键相结合。酸
16、碱之间以共价配位键相结合。金属离子与路易斯碱通过配位键形成的集合体叫作金属离子与路易斯碱通过配位键形成的集合体叫作配位配位化合物化合物(带电离子叫作(带电离子叫作配位离子配位离子)。)。该平衡常数叫作配位化合物的该平衡常数叫作配位化合物的标准形成常数标准形成常数Kf 也有教材也有教材称为配合物的称为配合物的稳定常数稳定常数或或累积稳定常数累积稳定常数,用,用表示。表示。ofK73223Ag(NH)1.7 10Ag NH)()()(2)(233aqNHAgaqNHaqAg84第三章第三章 水溶液化学水溶液化学例例:一定浓度的氨加入到一定浓度的氨加入到0.010 molL-1AgNO3溶液中,平衡
17、时溶液中,平衡时NH3的浓度的浓度为为0.20 molL-1,计算溶液中,计算溶液中Ag的浓度。忽略由于的浓度。忽略由于NH3的加入引起的的加入引起的体积变化。体积变化。解:为了方便计算,假设解:为了方便计算,假设Ag全部转化为全部转化为Ag(NH3)2+。设平衡时。设平衡时Ag的的浓度为浓度为x。那么。那么平衡浓度平衡浓度/molL-1 x 0.20 0.010 x 因为因为Ag平衡浓度相对于平衡浓度相对于0.010非常小,近似计算时,非常小,近似计算时,0.010 x 0.010。)()()(2)(233aqNHAgaqNHaqAg代入形成常数表达式中,得:解得 xAg 1.510-8 m
18、olL-1计算结果表明 Ag(NH3)2+的生成极大地减小了溶液中的Ag浓度。ofK73 2223Ag(NH)0.0101.7 10Ag NH()(0.20)x85第三章第三章 水溶液化学水溶液化学 酸碱反应的实质是酸碱之间发生加合反应生成酸碱配酸碱反应的实质是酸碱之间发生加合反应生成酸碱配合物的过程。合物的过程。p 酸碱反应的实质A +B AB H+?OH H+OH-Ag+?NH3 NH3 Ag NH3+(路易斯酸)(路易斯酸)(路易斯碱)(路易斯碱)(酸碱加合物)(酸碱加合物)在路易斯酸碱电子理论中,酸碱的定义既无对溶剂品种的限制,在路易斯酸碱电子理论中,酸碱的定义既无对溶剂品种的限制,并
19、且也并且也适用于无溶剂的体系适用于无溶剂的体系。电子理论的酸碱范围极为广泛,酸碱配合。电子理论的酸碱范围极为广泛,酸碱配合物几乎无所不包。物几乎无所不包。凡是金属离子都是酸,与金属离子结合的不管是阴离凡是金属离子都是酸,与金属离子结合的不管是阴离子或中性分子都是碱。子或中性分子都是碱。而电离理论中所谓盐类如而电离理论中所谓盐类如 MgSO4、SnCl4 等,金等,金属氧化物如属氧化物如CuO、Fe2O3 等和各种配合物如等和各种配合物如 FeCl4-、Cu(NH3)42+等等都是酸碱配合物。都是酸碱配合物。86第三章第三章 水溶液化学水溶液化学Lewis酸碱酸碱的定义涉及到了物质的微观结构,使
20、酸碱理论与物质的定义涉及到了物质的微观结构,使酸碱理论与物质结构产生了有机联系,其应用范围更加广泛。几乎所有的正离结构产生了有机联系,其应用范围更加广泛。几乎所有的正离子都能起酸的作用,负离子都能起碱的作用,但子都能起酸的作用,负离子都能起碱的作用,但酸碱电子理论酸碱电子理论不能比较酸碱的强弱不能比较酸碱的强弱,许多配合物和有机化合物都是,许多配合物和有机化合物都是Lewis酸碱酸碱的加合物。的加合物。酸碱电子理论的优缺点:酸碱电子理论的优缺点:优点:优点:几乎可以解释所有的非氧化还原反应。几乎可以解释所有的非氧化还原反应。缺点:缺点:酸碱范围太过笼统,应当受到限制;酸碱强弱没有统一酸碱范围太
21、过笼统,应当受到限制;酸碱强弱没有统一标准,难以定量。标准,难以定量。87第三章第三章 水溶液化学水溶液化学5、强、强酸和强碱 水溶液的性质很大程度上依赖于溶液的水溶液的性质很大程度上依赖于溶液的pH,因此溶液,因此溶液的的pH 与酸碱浓度关系就比较重要了。与酸碱浓度关系就比较重要了。pH是拉丁语是拉丁语“Pondus hydrogenii”一词的缩写一词的缩写(Pondus=压强、压力压强、压力 hydrogenium=氢氢),亦称,亦称氢离子浓度指数,是氢离子浓度指数,是溶溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准程
22、度的衡量标准。通常。通常pH值是一个介于值是一个介于0和和14之间的数,当之间的数,当pH7的时候,溶液呈碱性,的时候,溶液呈碱性,当当pH=7的时候,溶液呈中性。的时候,溶液呈中性。88第三章第三章 水溶液化学水溶液化学89溶液溶液pH值的实验测定值的实验测定:pH试纸(广泛,精密)简单、方便、粗略 pH计(酸度计)较精确、可数字显示或自动记录 第三章第三章 水溶液化学水溶液化学按照酸碱质子理论,水的自身解离平衡可表示为:按照酸碱质子理论,水的自身解离平衡可表示为:或 标准平衡常数表达式:标准平衡常数表达式:或 2H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)H2O(l)H+(aq)+OH-(
23、aq)()(3wcOHccOHcK)()(wOHcHcKn 水的解离平衡水的解离平衡 90第三章第三章 水溶液化学水溶液化学 25 时,纯水中时,纯水中c(H+)=c(OH-)=1.0 10-7 molL-1 Kw 水的离子积常数,简称水的离子积。水的离子积常数,简称水的离子积。100 时,纯水时,纯水 Kw=5.43 10-13 Kw=1.0 10-14 可见,温度升高,可见,温度升高,Kw增大增大91第三章第三章 水溶液化学水溶液化学 溶液中的 H+和 OH 浓度的大小反映了溶液的酸碱性的强弱。水溶液的酸碱性可统一用 H+的浓度来表示。在化学科学中,通常以 pH 来表示溶液中 H3O+的浓
24、度大小,pH 就是 H3O+的浓度的负对数,即:pH =lg c(H3O+)n 溶液的溶液的 pH同样也可以用与同样也可以用与 pOH 来表示溶液中的来表示溶液中的 c(OH-),即,即:pOH=lg c(OH-)由于由于 25 时,在水溶液中时,在水溶液中:Kw =c(H3O+)c(OH-)=1.010-14因此因此:pKw=pH+pOH=14.00两边取负对数得两边取负对数得:-lg Kw=-lg c(H3O+)c(OH-)=14.0092第三章第三章 水溶液化学水溶液化学93 pH 是用来表示水溶液中酸碱性的一个标度。是用来表示水溶液中酸碱性的一个标度。pH 越小,越小,c(H+)越大,
25、溶液酸性越强,碱性越弱;反之,越大,溶液酸性越强,碱性越弱;反之,pH 越大,溶液的碱性越强,酸性越弱。越大,溶液的碱性越强,酸性越弱。酸性溶液:酸性溶液:pH 7溶液酸碱性与溶液酸碱性与 pH 的关系:的关系:pH 仅适用于仅适用于 c(H3O+)或或 c(OH-)为为 1 molL-1 以下的以下的溶液,若溶液,若 c(H3O+)1molL-1,pH 1molL-1,pH 14。此时直接写出。此时直接写出 c(H3O+)或或 c(OH-),而不用而不用 pH 来表示这类溶液的酸碱性。来表示这类溶液的酸碱性。第三章第三章 水溶液化学水溶液化学常见液体的常见液体的pH液体名液体名称称pH液体名
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