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第三篇第三篇水溶液化学原理水溶液化学原理第第8章章水溶液水溶液 Chapter 8 Water Solution 第1页第1页1.进一步掌握溶液浓度表示办法。进一步掌握溶液浓度表示办法。2.理解稀溶液通性。理解稀溶液通性。3.初步理解强电解质理论。初步理解强电解质理论。本章教学要求本章教学要求第2页第2页8-1 溶液浓度和溶解度溶液浓度和溶解度8-2 非电解质稀溶液依数性非电解质稀溶液依数性8-3 电解质溶液电解质溶液本章教学内容本章教学内容第3页第3页8-1溶液浓度和溶解度溶液浓度和溶解度8-1-1溶液浓度溶液浓度8-1-2溶解度溶解度8-1-3相同相溶原理相同相溶原理第4页第4页8-1-1溶液浓度溶液浓度1.溶液浓度表示办法溶液浓度表示办法广义浓度定义是：广义浓度定义是：溶液中溶质相对于溶液或溶剂相对溶液中溶质相对于溶液或溶剂相对量。量。近年来多采用是：近年来多采用是：一定体积溶液中溶质一定体积溶液中溶质“物质量物质量”。第5页第5页类型类型 符符 号号 单单 位位物质量浓度物质量浓度 c mol/L 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 m(b)mol/kg质量分数质量分数 w 无单位无单位摩尔分数摩尔分数 x(B)无单位无单位 2.溶液浓度几种表示办法溶液浓度几种表示办法 第6页第6页8-1-2溶解度溶解度1.溶解度溶解度一定温度和压力下溶质在一定量溶一定温度和压力下溶质在一定量溶剂中形成饱和溶液时，被溶解溶质剂中形成饱和溶液时，被溶解溶质量。量。第7页第7页第8页第8页第9页第9页 从相平衡角度理解溶解度即为：从相平衡角度理解溶解度即为：在一定温度和压力下，固液达到平衡在一定温度和压力下，固液达到平衡时状态。这时把饱和溶液里物质浓度称时状态。这时把饱和溶液里物质浓度称为为“溶解度溶解度”。按此把溶液分为：。按此把溶液分为：不饱和溶液不饱和溶液饱和溶液饱和溶液过饱和溶液过饱和溶液第10页第10页 通常把某温度下通常把某温度下100100克水里某物质克水里某物质溶解最大质量叫溶解度。溶解最大质量叫溶解度。习惯上按溶解度大小，把溶液分习惯上按溶解度大小，把溶液分为：为：易溶易溶 10g可溶可溶 110g微溶微溶 0.1 1g难溶难溶 0.1g第11页第11页2.溶解度影响原因溶解度影响原因 (1)温度影响：温度影响：第12页第12页(2)压力压力 压力改变对固体溶质和液体溶质溶压力改变对固体溶质和液体溶质溶解度普通影响不大，但对气体溶质溶解解度普通影响不大，但对气体溶质溶解度却有很大影响。度却有很大影响。第13页第13页表表8-2 气体溶解度与气体压力关系气体溶解度与气体压力关系 压力压力/Pal373K时CO2溶解度/moldm-3 压力压力/Pal298K时N2溶解度/moldm-3 80.11050.38625.31050.0155106.51050.47750.71050.0301120.01050.544101.31050.061160.11050.707202.61050.100200.11050.887第14页第14页3.享利定律享利定律-气体溶解定律气体溶解定律享利定律：享利定律：在一定温度下，一定体积液体中在一定温度下，一定体积液体中所溶解气体质量与该气体分压成正比。所溶解气体质量与该气体分压成正比。数学表示式：数学表示式：p=K x (K享利常数享利常数)第15页第15页 由于当气体压强增长由于当气体压强增长n n倍，那么倍，那么气体进入液体机会也增长气体进入液体机会也增长n n倍，因此气倍，因此气体溶解质量也增长体溶解质量也增长n n倍。故亨利定律与倍。故亨利定律与其它气体分压无关。其它气体分压无关。亨利定律只适合用于溶解度小，不亨利定律只适合用于溶解度小，不与溶剂互相作用气体。因此与溶剂互相作用气体。因此HCl、NH3等气体都不合用。等气体都不合用。第16页第16页第17页第17页8-1-3 相同相溶原理相同相溶原理“相同相溶相同相溶”原理主要表现在：原理主要表现在：(1)溶溶质质分分子子与与溶溶剂剂分分子子结结构构越越相相同同，互相溶解越容易；互相溶解越容易；(2)溶溶质质分分子子分分子子间间作作用用力力与与溶溶剂剂分分子间作用力越相同，越易互溶。子间作用力越相同，越易互溶。如如非非极极性性物物质质能能够够溶溶解解在在非非极极性性溶溶剂剂中中(碘碘溶溶于于四四氯氯化化碳碳中中)，极极性性物物质质和和离离子型晶体易溶于极性溶剂子型晶体易溶于极性溶剂(如水如水)中。中。第18页第18页8-2非电解质稀溶液通性非电解质稀溶液通性8-2-1溶液蒸气压下降溶液蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律8-2-2溶液凝固点下降溶液凝固点下降8-2-3溶液沸点升高溶液沸点升高8-2-4溶液渗入压溶液渗入压第19页第19页溶质溶解是一个物理化学过程，溶溶质溶解是一个物理化学过程，溶解结果，溶质和溶剂一些性质发生了改解结果，溶质和溶剂一些性质发生了改变。变。但有几种性质是普通稀溶液所共有。但有几种性质是普通稀溶液所共有。这类性质与浓度相关，或者说与溶液中这类性质与浓度相关，或者说与溶液中“粒子数粒子数”相关，而与溶质本性无关。相关，而与溶质本性无关。称其为称其为“依数性依数性”。这里要尤其注意这里要尤其注意是是“难挥发难挥发”，“非电解质非电解质”，“稀稀”溶液。溶液。第20页第20页 溶液几种性质与水比较溶液几种性质与水比较 物质物质 Tb/Tf/20/(gcm-3)纯水纯水 100.00 0.00 0.9982 0.5molkg-1糖水糖水 100.27 -0.93 1.0687 0.5molkg-1 100.24 -0.94 1.0012尿素溶液尿素溶液第21页第21页液体蒸发和蒸气压：液体蒸发和蒸气压：液体分子也在不断运动，当运动速率液体分子也在不断运动，当运动速率足够大时，分子就能够克服分子间引力，足够大时，分子就能够克服分子间引力，逸出液面而气化。这种液体表面气化现象逸出液面而气化。这种液体表面气化现象叫叫蒸发蒸发。而在液面上气态分子叫蒸气。一。而在液面上气态分子叫蒸气。一定温度下液体与其蒸气处于动态平衡时这定温度下液体与其蒸气处于动态平衡时这种气体称为饱和蒸气，它压力称饱和蒸气种气体称为饱和蒸气，它压力称饱和蒸气压，简称压，简称蒸气压蒸气压。8-2-1溶液蒸气压下降溶液蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律第22页第22页 液体蒸气压是液体主要性质，它与液体本性和温度相关，与液体量多少和在液体上方蒸气体积无关。同一温度下，不同液体有不同蒸气压；同一个液体，温度不同时蒸气压也不同。因为蒸发是吸热过程，因此升高温度有利于液体蒸发，即蒸气压随温度升高而变大。第23页第23页1.溶液蒸气压下降溶液蒸气压下降 试验测得，在同一温度下，溶液蒸试验测得，在同一温度下，溶液蒸汽压比纯溶剂蒸汽压低，汽压比纯溶剂蒸汽压低，纯溶剂蒸气压纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压差值叫做溶液蒸气压下降。与溶液蒸气压差值叫做溶液蒸气压下降。蒸气压下降是由于溶剂部分表面被蒸气压下降是由于溶剂部分表面被溶质所占据，在单位时间内从溶液中逸溶质所占据，在单位时间内从溶液中逸出液面溶剂分子数相对减少，达平衡时，出液面溶剂分子数相对减少，达平衡时，溶液蒸气压必定低与纯溶剂蒸气压。溶液蒸气压必定低与纯溶剂蒸气压。第24页第24页纯溶剂纯溶剂正常正常溶液溶液少少第25页第25页第26页第26页蒸汽压下降蒸汽压下降 p溶液溶液 p纯溶剂纯溶剂溶液蒸气压下降示意图溶液蒸气压下降示意图溶溶剂剂溶溶液液温度温度 p po okpa 蒸蒸 气气 压压pB101.3kpa101.3kpaAB第27页第27页第28页第28页2.拉乌尔定律拉乌尔定律 依据试验结果，在一定温度下，依据试验结果，在一定温度下，稀溶液蒸汽压等于纯溶剂蒸汽压乘以稀溶液蒸汽压等于纯溶剂蒸汽压乘以溶剂在溶液中摩尔分数，即：溶剂在溶液中摩尔分数，即：第29页第29页第30页第30页p=Km，K：蒸气压下降常数：蒸气压下降常数对对于水溶于水溶剂剂：拉乌尔定律可表述为拉乌尔定律可表述为：在一定温度下，在一定温度下，难挥发难挥发非非电电解解质质稀稀溶液蒸气溶液蒸气压压下降，近似地与溶液下降，近似地与溶液质质量摩量摩尔尔浓浓度呈正比。度呈正比。第31页第31页例：例：已知已知20 时水饱和蒸汽压为时水饱和蒸汽压为2.33 kPa.将将17.1g蔗糖蔗糖（C12H22O11）与与3.00g尿素尿素 CO(NH2)2分别溶于分别溶于100g水。水。计算计算形成溶液蒸汽压。形成溶液蒸汽压。解：解：两种溶质摩尔质量是两种溶质摩尔质量是M1=342 g/mol ，M2=60.0 g/mol第32页第32页 因此，两种溶液蒸汽压均为：因此，两种溶液蒸汽压均为：p=2.33 kPa0.991=2.31 kPa溶液质量摩尔数相同，蒸汽压也相同。溶液质量摩尔数相同，蒸汽压也相同。第33页第33页8-2-2溶液凝固点下降溶液凝固点下降凝固点：凝固点：在原则情况下，纯液体蒸气压和它在原则情况下，纯液体蒸气压和它固相蒸气压相等时温度为该液体凝固固相蒸气压相等时温度为该液体凝固点。点。溶液蒸气压总是低于纯溶剂蒸气溶液蒸气压总是低于纯溶剂蒸气压，因此压，因此溶液凝固点下降。溶液凝固点下降。第34页第34页溶液凝固点下降溶液凝固点下降p/Pa611t/CTf 0ACB纯水纯水溶液溶液Tf=Kf b第35页第35页Kf：溶剂凝固点减少常数溶剂凝固点减少常数 ；m：溶质质量摩尔浓度。溶质质量摩尔浓度。拉乌尔证实拉乌尔证实：难挥发难挥发非非电电解解质质稀溶液凝固点稀溶液凝固点Tf(Tf=Tf*-Tf)下降，与溶液下降，与溶液质质量摩量摩尔尔浓浓度度呈正比。呈正比。第36页第36页一些常见溶剂凝固点下降常数一些常见溶剂凝固点下降常数溶溶剂剂水水苯苯乙酸乙酸萘萘硝基苯硝基苯苯酚苯酚凝固点凝固点/Kf/KkJmol-10.05.516.680.55.7431.8554.93.96.877.007.78应用凝固点下降试验能够测定溶质摩应用凝固点下降试验能够测定溶质摩尔质量尔质量，是测定相对分子质量典型试，是测定相对分子质量典型试验办法之一。验办法之一。第37页第37页例：例：解：解：冬天，在汽车散热器水中注入一定冬天，在汽车散热器水中注入一定量乙二醇可预防水冻结。如在量乙二醇可预防水冻结。如在 200 g 水水中注入中注入6.50 g 乙二醇，求这种溶液凝固乙二醇，求这种溶液凝固点。点。（）第38页第38页8-2-3 溶液沸点升高溶液沸点升高 当溶液蒸汽压下降，要使其沸腾，即蒸当溶液蒸汽压下降，要使其沸腾，即蒸汽压达到外界压力，就必须使其温度继续汽压达到外界压力，就必须使其温度继续升高升高 ，达到新沸点，才干沸腾。，达到新沸点，才干沸腾。这这叫稀溶液沸点升高。叫稀溶液沸点升高。溶液越浓，其溶液越浓，其 p p 越越大，大，T Tb b 越大，即越大，即 T Tb b p p，则：则：第39页第39页主线原因：主线原因：蒸汽压下降蒸汽压下降 p溶液溶液 p纯溶剂纯溶剂溶液沸点上升示意图溶液沸点上升示意图Tb*T b溶溶剂剂溶溶液液温度温度 p po okpa 蒸蒸 气气 压压pTbB101.3kpa101.3kpaAB第40页第40页 Kb为沸点升高常数，与溶剂摩尔质量、沸点、气化热相关，可由理论推算，也可由试验测定：直接测定几个浓度不同稀溶液Tb，然后用Tb对m作图，所得直线斜率即为Kb。第41页第41页一些常见溶剂沸点上升常数一些常见溶剂沸点上升常数溶剂溶剂tb/Kb/KkJmol-1溶剂溶剂tb/Kb/KkJmol-1水水乙醇乙醇丙酮丙酮苯苯乙酸乙酸10078.456.280.1117.90.5121.221.712.532.93氯仿氯仿萘萘硝基苯硝基苯苯酚苯酚樟脑樟脑61.7218.9210.8181.72083.635.805.243.565.95沸点上升试验也是测定溶质摩尔质量沸点上升试验也是测定溶质摩尔质量（相对分子质量）典型试验办法之一，但（相对分子质量）典型试验办法之一，但凝固点下降测得数据更准确。凝固点下降测得数据更准确。第42页第42页例：例：已知纯苯沸点是已知纯苯沸点是 80.2，取，取 2.67 g萘（萘（C10H8）溶于）溶于100g苯中，测得该苯中，测得该溶液沸点为溶液沸点为 80.731，试求苯沸点，试求苯沸点升高常数。升高常数。解：解：第43页第43页8-2-4 溶液渗入压溶液渗入压 半透膜：半透膜：能够允许溶剂分子自由通过能够允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。而不允许溶质分子通过。渗入：渗入：溶剂分子透过半透膜向溶液扩溶剂分子透过半透膜向溶液扩散使溶液变稀现象。散使溶液变稀现象。溶剂透过半透膜进入溶液趋向取决于溶剂透过半透膜进入溶液趋向取决于溶液浓度大小，溶液浓度大，渗入趋向大。溶液浓度大小，溶液浓度大，渗入趋向大。第44页第44页渗入现象：渗入现象：水分子水分子蔗糖分子蔗糖分子半透膜半透膜蔗糖溶液蔗糖溶液水溶液水溶液渗入作用产生条渗入作用产生条件：件：半透膜存在；半透膜存在；膜两侧溶液膜两侧溶液浓度不相等。浓度不相等。第45页第45页 渗入压：渗入压：施于溶液液面制止溶剂透过施于溶液液面制止溶剂透过半透膜向溶液渗入压强。半透膜向溶液渗入压强。第46页第46页（3）渗入压测定渗入压测定渗入压测定：渗入压测定：第47页第47页 内管是镀有亚铁氰化铜内管是镀有亚铁氰化铜Cu2Fe(CN)6 无釉磁管，它半渗性较好。管右端与带活无釉磁管，它半渗性较好。管右端与带活塞漏斗相连，用以加水，左端连结一毛细塞漏斗相连，用以加水，左端连结一毛细玻璃管，管上有一水平刻度玻璃管，管上有一水平刻度(l)。外管是。外管是普通玻璃制，上方带口，能够调整压力，普通玻璃制，上方带口，能够调整压力，若外管充斥糖水溶液，内管由漏斗加水至若外管充斥糖水溶液，内管由漏斗加水至毛细管液面到达毛细管液面到达l l处。处。因内管蒸气压不小因内管蒸气压不小于外管，水由内向外渗入，液面于外管，水由内向外渗入，液面l l就有改就有改变，若在外管上方口处加适当压力变，若在外管上方口处加适当压力p p，则，则可制止水渗入而维持液面可制止水渗入而维持液面l不变，按定义不变，按定义所加压力所加压力p p就是渗入压。就是渗入压。第48页第48页 渗入压定律：渗入压定律：1877年，年，Pfeffer 试验结果：试验结果：在在0 蔗糖溶液渗入压蔗糖溶液渗入压溶液浓度溶液浓度 渗入压渗入压c/gdm-3 /atm 10.03 0.68 0.06820.14 1.34 0.06740.60 2.75 0.06861.38 4.04 0.066 第49页第49页1%蔗糖溶液在不同温度渗透压 温度温度 T/K 渗入压渗入压/atm 273 0.648 2.37287 0.691 2.41295 0.721 2.44309 0.746 2.41第50页第50页 为一常数，并与抱负气体常数为一常数，并与抱负气体常数 R 值相同。因而认为稀溶液渗入压定律与值相同。因而认为稀溶液渗入压定律与抱负气体定律相同，可表述为：抱负气体定律相同，可表述为：1885年，年，vant Hoff 把这些数据把这些数据归纳、比较，发觉：归纳、比较，发觉：第51页第51页与抱负气体方程无本质联系。与抱负气体方程无本质联系。：渗入压；渗入压；V：溶液体积；溶液体积；R：气体常数；气体常数；n：溶质物质量；溶质物质量；c：体积摩尔浓度；体积摩尔浓度；T：温度；温度；R=8.314 J mol-1 K-1第52页第52页反渗入：反渗入：对溶液附加压力不小于渗入压时，对溶液附加压力不小于渗入压时，水分子将由溶液向渗入，这个过程称为水分子将由溶液向渗入，这个过程称为反渗入。反渗入。利用反渗入作用能够进行海水淡化。利用反渗入作用能够进行海水淡化。渗入压平衡与生命过程密切关系渗入压平衡与生命过程密切关系：给患者输液浓度；给患者输液浓度；植物生长；植物生长；人营养循环。人营养循环。第53页第53页 测得人体血液冰点减少值测得人体血液冰点减少值 Tf=0.56，求，求在体温在体温 37 时渗入压。时渗入压。例：例：解：解：第54页第54页8-3电解质溶液电解质溶液 1887年，年，Arrhenius依据电解质溶依据电解质溶液对非电解质溶液依数性偏差和溶液液对非电解质溶液依数性偏差和溶液导电性试验结果，提出了电解质电离导电性试验结果，提出了电解质电离理论，基本要点是：理论，基本要点是：（1）电解质在溶液中会自发解离成带）电解质在溶液中会自发解离成带电粒子电粒子电离。电离。第55页第55页（2）正、负离子互相接触碰撞又会结）正、负离子互相接触碰撞又会结合成份子，使电解质只发生部分电合成份子，使电解质只发生部分电离，电离百分率称为电离度。离，电离百分率称为电离度。（3）溶液导电是由于离子迁移引起）溶液导电是由于离子迁移引起。溶液中离子越多，导电性越。溶液中离子越多，导电性越强。强。第56页第56页几种盐水溶液冰点下降情况几种盐水溶液冰点下降情况 盐盐 m T/K T/K molkg-1 (计算值计算值)(试验值试验值)KCl 0.20 0.372 0.673 1.81KNO3 0.20 0.372 0.664 1.78MgCl2 0.10 0.186 0.519 2.79Ca(NO3)2 0.10 0.186 0.461 2.48第57页第57页数据表明：数据表明：对对于于正正负负离离子子都都是是一一价价电电解解质质，如如KNO3，NaCl，其其T(实实)较较为为靠靠近近，并并且且近似为计算值近似为计算值T2倍；倍；正正负负离离子子为为二二价价电电解解质质溶溶液液试试验验值值T（实）与计算值（实）与计算值T(计计)比值较一价小；比值较一价小；电解质溶液越浓，试验值与计算值比电解质溶液越浓，试验值与计算值比值越小。值越小。第58页第58页表观电离度表观电离度:强电解质电离度应为强电解质电离度应为100%，但导，但导电性试验测得结果小于电性试验测得结果小于100%，被称，被称为表观电离度。为表观电离度。电解质电解质KCl ZnSO4 HCl HNO3 表观电离度表观电离度86 40 92 92电解质电解质 H2SO4 NaOH Ba(OH)2表观电离度表观电离度 61 91 81强电解质表观电离度强电解质表观电离度(298K,0.10mol.L-1)第59页第59页表观解离度表观解离度理论上：强电解质完全解离理论上：强电解质完全解离 =1试验中：试验中：1 在强电解质溶液中，离子浓度较大，在强电解质溶液中，离子浓度较大，离子间存在互相作用，离子行动不完全离子间存在互相作用，离子行动不完全自由。自由。第60页第60页电解质电解质KCl ZnSO4 HCl HNO3 表观电离度表观电离度86 40 92 92电解质电解质 H2SO4 NaOH Ba(OH)2表观电离度表观电离度 61 91 81强电解质表观电离度强电解质表观电离度(298K,0.10mol.L-1)l浓度不同时：KCl溶液 0.1 molL-1,=0.862l 1.0 molL-1,=0.756l 2.0 molL-1,=0.712第61页第61页1.离子氛和离子强度离子氛和离子强度 强电解质在水溶液中是完全电离，但强电解质在水溶液中是完全电离，但离子并不是自由，存在着离子并不是自由，存在着“离子氛离子氛”。第62页第62页 离子氛示意图离子氛示意图+第63页第63页这种离子间互相作用使溶液中离子并这种离子间互相作用使溶液中离子并不完全自由，其表现是：不完全自由，其表现是：溶液导电能力下降，电离度下降，溶液导电能力下降，电离度下降，依数性异常。依数性异常。用用I 离离 子强度表示子强度表示 离子与离子与“离子离子氛氛”之间强弱，之间强弱，Zi表示溶液中种表示溶液中种i离子电离子电荷数，荷数，mi表示表示i种离子质量摩尔浓度，则：种离子质量摩尔浓度，则：I=第64页第64页离子强度离子强度I表示了离子在溶液中产生表示了离子在溶液中产生电场强度大小。电场强度大小。离子强度越大，正负离子间作用力离子强度越大，正负离子间作用力越大。越大。第65页第65页 求下列溶液离子强度。求下列溶液离子强度。(1)0.01 molkg-1BaCl2溶液。溶液。(2)0.1 molkg-1盐酸和盐酸和0.1 molkg-1CaCl2溶液等体积混合后形成溶液溶液等体积混合后形成溶液.例：例：解：解：(1)第66页第66页(2)混合溶液中混合溶液中第67页第67页2.活度和活度系数活度和活度系数 电解质溶液中离子实际发挥作用浓电解质溶液中离子实际发挥作用浓度，称为度，称为有效浓度有效浓度或或活度活度。显然。显然 a=fc a活度，活度，c 浓度，浓度，f 活度系数。活度系数。Z 越高，越高，I 较大，较大，f 数值越小。数值越小。c 越大，越大，I 较大，则较大，则a与与c 偏离越大。偏离越大。第68页第68页 c 很低，很低，I 也很小，普通可近似认为也很小，普通可近似认为 f=1.0，可用可用 c 代替代替 a 一个适于一个适于 r离子半径离子半径 3 10 8 cm,I 0.1molkg-1半经验公式为：半经验公式为：第69页第69页P307-309习习题题l8-2，8-4，8-7，8-9；l8-1，8-5，8-12，8-13第70页第70页第第9章章酸碱平衡酸碱平衡自学思考题自学思考题l1.什么是质子酸、碱？什么是共轭酸碱？什么是质子酸、碱？什么是共轭酸碱？l2.什么是水离子积？什么是溶液酸什么是水离子积？什么是溶液酸度？如何表示溶液酸度？如何测定溶度？如何表示溶液酸度？如何测定溶液酸度？液酸度？l3.什么是拉平效应和区别效应？什么是拉平效应和区别效应？第71页第71页l4.如何计算一元弱酸、一元弱碱溶液如何计算一元弱酸、一元弱碱溶液H+和和OH-?l5.什么是同离子效应和盐效应？它们什么是同离子效应和盐效应？它们 对弱电解质电离平衡有何影响？对弱电解质电离平衡有何影响？l6.多元弱酸、弱碱电离平衡有何特多元弱酸、弱碱电离平衡有何特 点？点？l7.什么是缓冲溶液？如何选择和配制什么是缓冲溶液？如何选择和配制 缓冲溶液？如何计算缓冲溶液缓冲溶液？如何计算缓冲溶液pH?第第9章章酸碱平衡酸碱平衡自学思考题自学思考题第72页第72页