第2章 溶液化学与离子平衡,Solution Chemistry and Ionic Equilibrum,& 教学要求,了解溶液的通性及其应用，对难挥发非电解质稀溶液的依数性（蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压）能作初步计算。 了解强弱电解质在解离方面的区别；掌握弱电解质的解离平衡常数(如Kw, Ka, Kb等)、解离度及其相互关系(稀释定律)；理解同离子效应和缓冲溶液的概念，能进行溶液pH值的有关计算。,第2章 溶液化学与离子平衡,& 教学要求,了解配合物的基本概念，掌握配离子稳定常数的意义，能从平衡的观点分析配离子的解离。 理解溶度积常数的意义及其与溶解度的换算，会运用溶度积规则分析溶解平衡移动，并进行有关计算。 *了解锅炉用水中杂质的危害和各项水质指标的意义；了解锅水处理和给水处理的主要措施；知道锅炉汽水共腾现象。,第2章 溶液化学与离子平衡,第2章 溶液化学与离子平衡,Solution Chemistry and Ionic Equilibrum,2.1 溶液的通性 2.2 酸碱平衡 2.3 配位平衡 2.4 沉淀溶解平衡 2.5 锅炉用水处理* 小结,2.1.1 溶液的蒸气压下降 2.1.2 溶液的沸点上升和凝固点下降 2.1.3 渗透压 2.1.4 稀溶液的依数性,2.1 溶液的通性,Colligative Properties of Dilute Solution,2.1 溶液的通性,与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等； 与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶质的本身性质无关溶液的依数性，如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。,蒸气压下降 沸点上升 凝固点下降 渗透压,稀溶液的依数性定律 （与纯溶剂比较）,稀溶液的依数性,难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，或称为依数性(colligative properties)。即：难挥发的非电解质所形成的稀溶液的性质与一定量溶剂中所溶解溶质的数量(物质的量)成正比，而与溶质的本性无关。包括：,在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压(vapor pressure) ，用p* 表示。,H2O (l) H2O (g),蒸发,凝聚,2.1.1 溶液的蒸气压下降,2.1.1.1 液体的蒸气压,2.1.1.1 液体的蒸气压,思考：蒸气压与什么有关系？ 不同溶剂蒸气压不同； 相同溶剂，温度升高，蒸气压增大。例如： p*(H2O, l , 298K)=3167.7 Pa p*(H2O, l, 373K)=101.325kPa,Vapor Pressure Lowering of Solution,说明溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压,2.1.1.2 溶液的蒸气压下降实验,液体中加入任何一种难挥发的物质时，液体的蒸汽压便下降。 在同一温度下，纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之差，称为溶液的蒸汽压下降（p）。,2.1.1.3 溶液的蒸气压下降,实验测定25C时，水的饱和蒸气压： p*(H2O) = 3167.7 Pa； 0.5 mol kg-1 糖水的蒸气压则为： p (H2O) = 3135.7 Pa； 1.0 mol kg-1 糖水的蒸气压为： p (H2O) = 3107.7 Pa。,解释：水中溶入难挥发非电解质后，溶液的表面被一部分难挥发非电解质的分子占据着，单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子比纯溶剂减少。一定温度下达到平衡时，液面上方溶剂分子的数目比纯溶剂液面上方的少，因此难挥发非电解质的蒸气压要比纯溶剂的低，这种现象称为溶液的蒸气压下降。,溶液浓度越大，蒸气压下降越多,2.1.1.3 溶液的蒸气压下降,对由溶剂 A 和难挥发非电解质 B 组成的稀溶液： 稀溶液中 由以上两式，得,结论：难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值只取决于溶剂的本性(k)及溶液的质量摩尔浓度bB,2.1.1.4 拉乌尔定律（Raoults law）,已知20时水的饱和蒸汽压为2.33 kPa，将17.1g蔗糖（C12H22O11）与3.00g尿素 CO(NH2)2分别溶于100g 水，计算形成溶液的蒸汽压。(修改）,解：两种溶质的摩尔质量是： M1=342 g/mol；M2=60.0 g/mol,则,例题1,两种溶液中水的摩尔分数相同：,所以，两种溶液的蒸汽压均为： p = 2.33 kPa0.991=2.31 kPa,只要溶液的质量摩尔数相同，其蒸汽压也相同。,例题1解,2.1.1.5 蒸气压下降的应用,测定溶质分子的相对摩尔质量 设质量为WB的溶质溶于质量为WA的溶剂中，则有：,干燥剂工作原理 CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。,2.1.2.1 溶液的沸点上升(Boiling-point Elevation),沸点：液体蒸气压达到外界压力101.325kPa(1atm或760mmHg)时的温度。 当溶液的蒸汽压下降，要使其沸腾，即蒸汽压达到外界压力，就必须使其温度继续升高Tb，达到新的沸点，才能沸腾。这叫稀溶液的沸点升高。,2.1.2 溶液的沸点上升和凝固点下降,凝固点（熔点）：液相和固相蒸气压相等时的温度固相与液相共存时的温度。 显然，溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。 必须注意到，溶质加到溶剂（如水）中，只影响到溶剂（如水）的蒸气压下降，而对固相（如冰）的蒸气压没有影响。,Freezing-point Depression of Solution,2.1.2.2 溶液的凝固点下降,bB等于溶解在1kg溶剂中所含溶质的物质的量 溶液越浓，其p越大， Tb 、Tf 越大，即： Tb p 、Tf p Kbp 和Kfp分别称为溶剂的摩尔沸点上升常数和凝固点下降常数，单位为Kkgmol-1。 Kbp 和Kfp决定于溶剂的本性。,难挥发的非电解质稀溶液的沸点上升Tb和凝固点下降Tf与溶质的质量摩尔浓度bB成正比。 Tb = TbTb * = Kbp bB Tf = Tf*Tf = Kfp bB,拉乌尔关系式,测定分子的相对摩尔质量 以凝固点下降应用较多。KfpKbp，TfTb，实验误差较小，且凝固时有结晶析出，易于观察。 当溶质的相对摩尔质量MB很大时，由于Tf太小，准确性差，因此只适用于MB不太大的情况。,防冻剂工作原理 冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,2.1.2.3 沸点和凝固点测定的应用,解：,冬天，在汽车散热器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的冻结。如在 200 g 的水中注入6.50 g 的乙二醇，求这种溶液的凝固点。,（）,这种溶液的凝固点为0.98。,Tf = Tf*Tf = Kfp bB,例题2,冷冻剂工作原理 工业冷冻剂如在冰水中加氯化钙固体，由于溶液中水的蒸气压小于冰的蒸气压，使冰迅速熔化而大量吸热，使周围物质的温度降低。,2.1.2.3 沸点和凝固点测定的应用,食盐-冰 （30g NaCl + 100g H2O(s)） -22 CaCl2-冰（42.5g CaCl2 + 100g H2O(s)） -55,2.1.3.1 渗透现象 只允许溶剂分子通过，不能允许溶质分子通过的膜叫做半透膜。用半透膜将浓度不等的溶液隔开。,浓度较低一边的溶剂分子透过半透膜进入浓度高的溶液一边，使其液面升高的现象叫做渗透现象。,2.1.3 渗透压,pure solvent,solution,net transform of solvent,osmotic pressure,membrane,（2）渗透压,当施加的压力达到某一值时，能实现膜的内外液面高度相等，此时溶液液面上所增加的压力等于溶液的渗透压(osmotic pressure) 。,2.1.3.2 渗透压,渗透压力与浓度cB 、温度T的关系： 1886 年，荷兰理论化学家vant Hoff总结得 vant Hoff law：,or,V = nBRT, = cBRT,该式形式上与理想气体状态方程相似，但气体的压力和溶液的渗透压产生的原因不同。 气体的压力是由于分子的运动碰撞器壁而产生的，但溶液的渗透压是溶剂分子渗透的结果。,范特霍夫公式,荷兰化学家Jacobus Hendricus Vant Hoff，因为在化学动力学和化学热力学研究上的贡献，获得1901年的诺贝尔化学奖，成为第一位获得诺贝尔化学奖的科学家。,2.1.2.3 渗透压测定的应用,测定分子的相对摩尔质量 渗透压有较大数值，容易测定，因此可以准确测定化合物的相对摩尔质量。,利用稀溶液的凝固点降低和稀溶液的渗透压力，均可计算溶质的摩尔质量。由于cBRT在数值上大于kfpbB，因此溶液的渗透压力在数值上也大于溶液的凝固点降低。当溶液的浓度很低时，Tf 很小，不能准确测定；但此时 仍比较大，可以准确进行测定。由于小分子溶质也能透过半透膜，因此渗透压力法仅适合于高分子化合物的摩尔质量的测定。,例题3,一种精制蛋白质物质，其相对分子质量约为 5104。 （1）已知 298.15 K 时水的密度是 997 kgm-3，估算溶质的质量分数为 0.02的该物质的水溶液的沸点升高、凝固点降低和298.15 K时的渗透压力。 （2）欲准确测定该物质的相对分子质量，选用哪种依数性能得到较好的结果？ （3）若选用渗透压力法测定该物质的相对分子质量，在 298.15 K 时测得质量分数为 0.02 的该物质的水溶液的渗透压力为 1033.5 Pa，计算该物质的相对分子质量。,解：为了计算方便，取 1 kg 溶液。该物质的质量摩尔浓度和物质的量浓度分别为：,例题3解,（1）溶液的沸点升高和凝固点降低约为：,溶液的渗透压力为：,(2)根据(1)的计算结果，可以看出Tb 和Tf 的数值太小，难以准确测定，而溶液的渗透压力较大，可以准确测定。因此采用渗透压力法测定溶质的相对分子质量，能得到较好的结果。,例题3解,该精制蛋白质的相对分子质量是 4.88104。,(3)该物质的摩尔质量为：,为什么测定普通物质分子量常用冰点下降法而不用沸点上升法，而测定生物大分子的分子量却又常用渗透压法?,例题3解,反渗透,若外加在溶液上的压力大于渗透压，则会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，使纯溶剂体积增加，该过程叫反渗透。广泛用于海水淡化、工业废水的处理及溶液的浓缩等，关键在于耐高压半透膜的制备。,2.1.4 稀溶液的依数性,难挥发非电解质稀溶液的性质(蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降以及溶液渗透压)与一定量溶剂中溶质分子的数目成正比，而与溶质本性无关的现象，称为稀溶液的依数性，也称稀溶液定律。,浓溶液中溶质的微粒数较多，溶质微粒间的相互作用及溶质微粒与溶剂分子间的相互作用复杂，使稀溶液定律的定量关系产生偏差。而在电解质溶液中，由于电解质的解离，使得稀溶液定律的定量关系不适用。,2.1.4 稀溶液的依数性,相同浓度的电解质溶液的蒸气压与非电解质比如何变化？,相同浓度的电解质溶液的蒸气压下降值比同浓度的非电解质大。,思考,根据阿仑尼乌斯电离理论知，电解质在水溶液中解离成离子，使得溶液中的微粒数增大，故它们的蒸汽压、沸点、熔点的改变和渗透压数值都比非电解质大。,练习4,将质量摩尔浓度均为0.10 molkg-1的BaCl2, HCl, HAc，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。,解：按从大到小次序排序如下： 粒子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖 蒸气压 蔗糖 HAc HCl BaCl2 沸点 BaCl2 HCl HAc