Chapter4溶液化学与离子平衡课件.ppt
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- Chapter4 溶液 化学 离子 平衡 课件
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1、上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-11.溶液的通性(蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压)2.酸碱质子理论,pH值的计算3.缓冲溶液的概念、应用和计算4.溶度积规则、计算5.配离子的解离平衡6.表面化学与胶体溶液上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-14.1.1上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 水的蒸发热大:40.67 kJmol-1(101.3kPa)水的等压热容:75.30 Jmol-1K-1 水的沸点:100 密度反常:4为最大 良好的溶剂Ammonia,NH34.70Liquid water,H2O4.184Ethylene glycol,C2H6O2
2、2.42Ice,H2O2.01Water vapor,H2O2.0Aluminum,Al0.90Iron,Fe0.451Silver,Ag0.24Gold,Au0.13几种常见物质的热容(J/gK)上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1溶液(solution)广义地说,两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。溶液以物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。本章前半部分主要讨论液态的非电解质溶液。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1溶剂(solvent)和溶质(solute)如果组成溶液的物质有不
3、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,则把含量多的一种称为溶剂,含量少的称为溶质。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1混合物(mixture)多组分均匀体系中,溶剂和溶质不加区分,各组分均可选用相同的标准态,使用相同的经验定律,这种体系称为混合物,也可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 在液态的非电解质溶液中,溶质B的浓度表示法主要有如下四种:1.物质的量分数2.质量摩尔浓度3.物质的量浓度4.质量分数上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-11.物质的量分数 (mole fraction)Bx
4、BB def (nxn总)溶质B的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B的物质的量分数,又称为摩尔分数,单位为1。p108上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-12.质量摩尔浓度mB(molality)BBA def nmm 溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为溶质B的质量摩尔浓度,单位是 。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液,不受温度影响,电化学中用的很多。-1kgmolp108上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-13.物质的量浓度cB(molarity)B def BncV 溶质B的物质的量与溶液体积V的比值称为溶质B的物质的量浓度,或称为溶质B的浓度,单
5、位是 ,但常用单位是 。3mmol3dmmol上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-14.质量分数wB(mass fraction))(BB总mmw 溶质B的质量与溶液总质量之比称为溶质B的质量分数,单位为1。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 如果把液体(如水)置于密闭的容器中,将发生蒸发与凝聚两个过程.蒸发是吸热过程是系统熵值增大的过程。凝聚是放热过程,系统的熵值减小。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 由于液体在一定温度时的蒸发速率是恒定的,蒸发刚开始时,蒸气分子不多,凝聚的速率远小于蒸发的速率。随着蒸发的进行,蒸气浓度逐渐增大,凝聚的速率也就随之加大。当凝
6、聚的速率和蒸气的速率达到相等时,液体和它的蒸气就处于平衡状态。此时蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压,或简称蒸气压。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 溶液的通性:1)蒸气压下降 2)沸点上升 3)凝固点下降 3)渗透压改变等 稀溶液定律:难挥发的非电解质稀溶液的性质与一定量溶剂中所溶解溶质的物质的量成正比,又称为依数定律。以上性质又称为稀溶液的依数性。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1拉乌尔定律(Raoults Law)1887年,法国化学家Raoult从实验中归纳出一个经验定律:在定温下,在稀溶液中,溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压 乘以溶液中溶剂的物质的量分
7、数 ,用公式表示为:Ax*ApoAAApp xoAAB(1)ppxABoAoAppxp1BA xx如果溶液中只有A,B两个组分,则拉乌尔定律也可表示为:溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。p108上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1亨利定律(Henrys Law)1803年英国化学家Henry根据实验总结出另一条经验定律:在一定温度和平衡状态下,气体在液体里的溶解度(用物质的量分数x表示)与该气体的平衡分压p成正比。用公式表示为:xpk x/xxp k 或 式中 称为亨利定律常数,其数值与温度、压力、溶剂和溶质的性质有关。若浓度的表示方法不同,则其值亦不等,即:x
8、kmBpk mBcckp 上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1使用亨利定律应注意:(1)式中p为该气体的分压。对于混合气体,在总压不大时,亨利定律分别适用于每一种气体。(3)溶液浓度愈稀,对亨利定律符合得愈好。对气体溶质,升高温度或降低压力,降低了溶解度,能更好服从亨利定律。(2)溶质在气相和在溶液中的分子状态必须相同。如 ,在气相为 分子,在液相为 和 ,则亨利定律不适用。HClH-ClHCl上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 对于二组分稀溶液,加入非挥发性溶质B以后,溶剂A的蒸气压会下降。ooAAABpppp x 这是造成凝固点下降、沸点升高和渗透压的根本原因。上一内
9、容下一内容回主目录O返回2023-1-1例5-1 已知100时水的蒸气压为101.3kPa,溶解3.00g尿素CO(NH2)2于100g水中,计算该溶液的蒸气压。解解:nurea3.00/60.00.05 mol nwater100.0/18.05.55 molkPa904.03.10155.505.005.00pnnnpwaterureaureakPa4.100904.03.1010ppp上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 溶液的蒸气压力比纯溶剂的要低,其原因可以理解如下:由于溶剂溶解了难挥发的溶质,溶剂的一部分表面或多或少地被溶质的微粒所占据,从而使得单位时间内从溶液中蒸发出的
10、溶剂分子数比原来从纯溶剂中蒸发出的分子数要少,也就是使得溶剂的蒸发速率变小。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1当液体的蒸气压力等于外界压力时,液体就会沸腾,此时的温度称为该液体的沸点,以bp(boil Point)表示。物质的凝固点(或溶点)是该物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度,以fp(freezing point的缩写)表示。若固相蒸气压力大干液相蒸气压力,则固相就要向液相转变,即固体融化。反之,若固相蒸气压力小于液相蒸气压力,则液相就要向固相转变。总之,若固液两相的蒸气压力不等,两相就不能共存,必有一相要向另一相转化。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1
11、称为凝固点降低系数(freezing point lowering coefficients),单位fpk1K molkg 。fpfpBTk m*fpfpfpTTT 为非电解质溶质的质量摩尔浓度,单位:Bm1mol kg 。这里的凝固点是指纯溶剂固体析出时的温度。常用溶剂的 值有表可查。用实验测定 值,查出 ,就可计算溶质的摩尔质量。fpkfpkfpT凝固点降低p110上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 称为沸点升高系数(boiling point elevation coefficients),单位 。常用溶剂的 值有表可查。测定 值,查出 ,就可以计算溶质的摩尔质量。bpkkg
12、molK1bpTbpkbpkbpbpBTk m*bpbpbpTTT沸点升高p109上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1如图所示,在半透膜左边放溶剂,右边放溶液。只有溶剂能透过半透膜。由于纯溶剂一侧的溶剂浓度大于溶液一侧中的溶剂浓度,所以溶剂有自左向右渗透的倾向。为了阻止溶剂渗透,在右边施加额外压力,使单位时间内溶剂分子从半透膜两侧通过的数目相等,即达到渗透平衡。这样,溶液液面上所增加的压力就是这个溶液的渗透压力。渗透压是为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外施加的压力。渗透压(osmotic pressure)上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1渗透压
13、渗透压:因溶液中的溶剂分子可以通过半透膜,而溶质分子不能透过半透膜而产生的压力,以符号表示。半透膜:只允许水分子自由通过而不允许溶质分子或离子通过的膜状物质如:细胞膜、肠衣、牛皮纸上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1范霍夫范霍夫(J.H.Vant.Hoff)方程方程:非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液浓度的关系具有与理想气体状态方程式相同的形式。RTnV:溶液的渗透压,kPa V:溶液的体积,dm-3 n:溶质的物质的量,mol c:溶液的浓度,moldm-3RTc或p111上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1(18521911)was born in Rotterdam,T
14、he Netherlands,on August 30,1852.Of the numerous distinctions he himself mentioned the award of the first Nobel Prize in Chemistry(1901)to him as the culmination-point of his career.Jacobus Henricus vant Hoff in 1904 上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 在一定温度和体积下,渗透压只与溶质的粒子数有关,而与溶质溶剂的本性无关 造成渗透压的原因在于:半透膜两边的蒸气压不等
15、植物细胞汁的渗透压可达 20105Pa 人体血液平均的渗透压为 7.7105Pa 食物过咸、排汗过多,组织中的渗透压升高 淡水中游泳时,眼球容易“红胀”静脉注射或输液时采用“等渗液”:0.9%的生理盐水;5.0%的葡萄糖溶液上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1例5-4 1dm-3溶液中含5.0g马的血红素,在298K时测得溶液的渗透压为1.80102Pa,求马的血红素的摩尔质量。解解:mVn RTRTM 4135.0 8.314 2986.9 10180 101mRTMg molV上一内容下一
16、内容回主目录O返回2023-1-1 如果外加在溶液上的压力超过了渗透压,则反而会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动,使纯溶剂的体积增加,这个过程叫做反渗透。反渗透的原理广泛应用于海水淡化、工业废水或污水处理和溶液的浓缩等方面。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 电解质溶液,或者浓度较大的溶液也与非电解质稀溶液一样具有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质。稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 这是因为在浓溶液中,溶质的微粒较多,溶质微粒之间的相互影响以及溶质微粒与溶剂分子之间的相互影响大大加强
17、。这些复杂的因素使稀溶液定律的定量关系产生了偏差。而在电解质溶液中,这种偏差的产生则是由于电解质的解离。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1为此,路易斯(G.N.Lewis)提出了活度的概念。,B,BBxxax其定义为:弱电解质在水溶液中是小部分解离的,而强电解质在水溶液中可认为是完全解离成离子的,但由于离子相互作用的结果,使强电解质溶液的i值不等于正整数,而小于2、3等,由实验测得的解离度小于100。这种由实验测得的解离度,并不代表强电解质在溶液中的实际解离百分率,所以叫做表观解离度。i值表示电解质溶液与同浓度的非电解质溶液的凝固点下降的比值。其中B为浓度,,B为活度系数,,B为活
18、度。浓度越稀,离子活动的自由程度越大,活度系数越接近于1。上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1 Kw称为水的离子积(常数)。己精确测定过纯水中的H浓度。在22时纯水中含有c(H+)1.0010-7mol.L-1 因此,KwH+OH-1.0010-14 和其他弱电解质的离解有些不同,水离解时吸收的热量较多故水的Kw随温度的上升,有较大的增加。纯水是一种很弱的电解质,存在着下列离解平衡:其平衡常数表达式:+-2H OH K=(2)H O+-w2K=K H OH OH(3)因水的离解很少,H2O可视为常数,则有H2O(l)H+OH-+p121上一内容下一内容回主目录O返回2023-1-1
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