1、无机化学精品课程第三篇第三篇 水溶液化学原理水溶液化学原理 第八章第八章 水溶液水溶液2010年12月20日，星期一 第二十一次课 20102011学年第一学期化学系2010级应化专业教学内容：教学内容：1、8 1 溶液及溶解度溶液及溶解度 2、8 2 非电解质稀溶液通性非电解质稀溶液通性 3、8 3 电解质溶液电解质溶液教学重点：教学重点：非电解质稀溶液通性非电解质稀溶液通性教学难点：教学难点：非电解质稀溶液通性非电解质稀溶液通性 精品课程无机化学8-1 8-1 溶液及溶解度溶液及溶解度8-1 8-1-1 -1 溶液溶液1.1.定义定义由两种或两种以上物质混和而成的均相、稳定的稀释体系。2.
2、2.组成组成 溶质溶质+溶剂溶剂 精品课程无机化学溶液溶液气体溶液气体溶液 例：空气（21%O2，78 N2，1 CO2，CO，NOx，SOx，H2O(g)）液体溶液液体溶液 例：氨水，NaCl 水溶液，乙酸水溶液固体溶液固体溶液（合金）钢（Fe,C,Mn,Ni,Co）黄铜 Cu,ZnNd-Fe-B合金3.分类分类精品课程无机化学液体溶液可以分为：液体溶液可以分为：气体、固体（溶质）溶解于液体（溶剂）气体、固体（溶质）溶解于液体（溶剂）液体溶解于另一液体液体溶解于另一液体:量少量少 溶质溶质 量多量多 溶剂溶剂 溶液中还含有溶液中还含有“溶剂化物溶剂化物”即溶质与即溶质与溶剂互相作用的产物溶剂
3、互相作用的产物 精品课程无机化学4.4.溶液的形成溶解过程溶液的形成溶解过程 溶解过程是物理溶解过程是物理-化学过程，不是单纯物理化学过程，不是单纯物理过程，常有能量、体积、颜色变化。例如：过程，常有能量、体积、颜色变化。例如：H H2 2SOSO4 4(l)+H(l)+H2 2O(l)=HO(l)=H2 2SOSO4 4(aqaq)H H 0 0（放热）放热）NH NH4 4HCOHCO3 3(l)+H(l)+H2 2O(l)=NHO(l)=NH4 4HCOHCO3 3(aqaq)H H 0 0（吸热）吸热）精品课程无机化学ml100ml50ml50)aq(OHHC)l(OH)l(OHHC5
4、2252242)(4)()(02OHCusCuSlOH溶解过程分溶解过程分 2 2 个步骤个步骤:1.1.溶质分子或离子的离解溶质分子或离子的离解(H H 0,0,V V 0)0)；2.2.溶剂化作用溶剂化作用(H H 0,0,V V 0)0)?0,0VH精品课程无机化学8-1-18-1-1 溶解度溶解度 1 1、一定、一定温度温度和和压力压力下下溶质溶质在一定量在一定量溶剂溶剂中形成中形成饱和溶液饱和溶液时，被溶解的溶质的量称为该溶质的时，被溶解的溶质的量称为该溶质的溶解溶解度度。2 2、常用溶解度表示法：、常用溶解度表示法：100100g g溶剂中所能溶解的溶剂中所能溶解的物质的最大克数。
5、物质的最大克数。例如：例如：2020时时100100g g水中溶解水中溶解35.735.7g g NaClNaCl为该温为该温度下度下NaClNaCl的饱和溶液，即的饱和溶液，即2020时时NaClNaCl的溶解度为的溶解度为35.735.7g/100gg/100g（H H2 2O O），），此溶液的质量分数为此溶液的质量分数为26.3%26.3%，质量摩尔浓度为质量摩尔浓度为6.106.10molmolkgkg1 1。精品课程无机化学 温度对固体溶质的溶解度有明显的影响，压力几乎没有影响。讨论固体溶质的溶解度时必须标明温度。混合溶液中物质的溶解度问题，要用相图来讨论。过饱和现象是热力学上的介
6、稳态。气体的溶解度一般用单位体积的溶液中气体溶解的质量或物质的量表示。讨论气体溶解度时必须注明溶液的温度和气体的压力。精品课程无机化学亨利定律亨利定律气体的溶解度与气体的分压呈正比。表示为：p=K x（K 为亨利系数）只有当气体遵循理想气体行为时，亨利定律才有效。精品课程无机化学8 81 13 3 相似相溶原理相似相溶原理 溶解过程的一般规律是相似相溶。1、溶质分子与溶剂分子的结构越相似，相互溶解越容易。2、溶质分子的分子间力与溶剂分子的分子间力越相似，越易互溶。精品课程无机化学8-2 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 物质的溶解是一个物理化学过程，溶解的结果，溶质物质的溶解是一个
7、物理化学过程，溶解的结果，溶质和溶剂的某些性质发生了变化。这些性质变化分为两类：和溶剂的某些性质发生了变化。这些性质变化分为两类：第一类性质变化决定于溶质的第一类性质变化决定于溶质的本性本性，如溶液的，如溶液的颜色，密颜色，密度度,导电性导电性等。等。第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶质的第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶质的本性无关本性无关，如非电解质溶液的如非电解质溶液的蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降和蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降和渗透压等。渗透压等。依数性依数性只与溶液的浓度溶液的浓度（即单位体积内质点的数目）有关，而与溶质本身无关溶质本身无关的性质。精品课程无机化学8-2-1
8、 8-2-1 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律下图为稀溶液蒸气压下降的实验说明：溶液的溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。精品课程无机化学实验测定实验测定2525 C C时，水的饱和蒸气压时，水的饱和蒸气压:p p(H(H2 2O)=3167.7 PaO)=3167.7 Pa；0.5 mol 0.5 mol kg kg-1-1 糖水的蒸气压为糖水的蒸气压为:p p(H(H2 2O)=3135.7 PaO)=3135.7 Pa；1.0 mol 1.0 mol kg kg-1-1 糖水的蒸气压为糖水的蒸气压为:p p(H(H2 2O)=3107.7 PaO)
9、=3107.7 Pa 结论：结论：溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。精品课程无机化学拉乌尔定律拉乌尔定律(1887年，法国物理学家)在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数，p：溶液的蒸气压；纯溶剂的蒸气压pB*；溶剂的摩尔分数xB;设溶质的摩尔分数为xA p:纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差ABABBABBAxppxpppxppxx=-=*)1(1BBxpp=*精品课程无机化学对于稀溶液，溶剂物质的量nB 远远大于溶质物质的量nA，即nB nA ,xA=nA/nB 设溶液的浓度以1000g溶剂(水)中含的溶质物质的量nA为单位,则溶液的
10、质量摩尔浓度m为：m=nA(molkg-1)nB=1000/18=55.5 mol xA=nA/nB=m/55.5 P=PB*m/55.5 结论：结论：难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值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只取决于溶剂的本性(K)及溶液的质量摩尔浓度及溶液的质量摩尔浓度m。mKp=精品课程无机化学凝固点：在一定的外界压力下，物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度，为该物质的凝固点。溶液的凝固点是指溶液中的溶剂和它的固态共存的温度。溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，溶液凝固点会下降。Tf=Kf m Kf：溶剂凝固点降低系数；m：溶质的质量摩尔浓度。8
11、-2-2 8-2-2 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降精品课程无机化学沸点：沸点：液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度。压力时的温度。溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压；溶液的溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压；溶液的沸点升高沸点升高 Tb*为纯溶剂的沸点；为纯溶剂的沸点；Tb 为溶液的沸点为溶液的沸点 Tb=Kb m Kb：溶剂沸点上升常数，决定于溶剂的本性。溶剂沸点上升常数，决定于溶剂的本性。（与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。）（与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。）Kb物理意义：溶液的浓度物理意义：溶液的浓度m=1 mol kg-1时的溶时
12、的溶液沸点升高值。液沸点升高值。8-2-3 溶液的沸点上升溶液的沸点上升精品课程无机化学半透膜：半透膜：可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度大，渗透趋向大。溶液的渗透压：溶液的渗透压：由于半透膜两边的溶液单位体积内水分子数目不同而引起稀溶液溶剂分子渗透到浓溶液中的倾向。为了阻止发生渗透所需施加的压强，叫溶液的渗透压。渗透压平衡与生命过程的密切关系：渗透压平衡与生命过程的密切关系：给患者输液的浓度；植物的生长；人的营养循环。8-2-4 溶液的渗透性溶液的渗透性精品课程无机化学 与理想气体方程相似，但无本质联系。：渗透压；V：溶液
13、体积；R：气体常数；n：溶质物质的量；c：体积摩尔浓度；T：温度；R=8.388 J mol-1 K-1 结论结论：蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。nRTV=mRTcRT=精品课程无机化学电解质溶液的“依数性”偏离Raoult定律和Vant Hoff公式。几种溶液的凝固点（K）盐 C/mol.dm-3?Tf 计算值*/K?Tf 实验值/KTf实验值/Tf计算值KCl 0.20 0.372 0.673 1.81 KNO3 0.20 0.372 0.664 1.78 MgCl2 0.10 0.186
14、0.519 2.79 Ca(NO3)2 0.10 0.186 0.461 2.48*计算值按Raoult定律。实验值偏离Raoult定律原因由于电离，质点数上升。8-3 8-3 电解质溶液电解质溶液精品课程无机化学 Arrhenius电离学说 活度（Activity,a）Ddbye和Hiickel的“离子氛”观点 精品课程无机化学 Arrhenius电离学说电离学说 1.电解质在溶液中因溶剂的作用而离解为带正、负电荷的质点正、负离子，称为“电离”。2.溶液中电解质只是部分电离：电解质分子=阳离子+阴离子 电离的百分率称为“电离度”100%=电电解解质质分分子子总总数数已已电电离离的的电电解解质
15、质分分子子数数 精品课程无机化学3.电离是在电解质溶解的过程发生的；溶液中离子浓度，则溶液的导电能力 Arrhenius用“依数性法”和“电导法”测定了一些电解质的电离度，结果令人信服。精品课程无机化学 活度（活度（Activity,a）1907年由美国物理化学家年由美国物理化学家Lewis提出。他认为提出。他认为“非理想溶液非理想溶液”（实际溶液）不符合（实际溶液）不符合Raoult定律，定律，是由于溶剂分子与溶质分子之间存在复杂的作用是由于溶剂分子与溶质分子之间存在复杂的作用，在认清这种作用之前，可以用实验数据对溶液的在认清这种作用之前，可以用实验数据对溶液的实际浓度作修正。实际浓度作修正
16、。精品课程无机化学活度：活度：即被校正过的溶液的有效浓度。符号a，量纲 1。a f c f 称为活度系数，且称为活度系数，且 0 f 1 当溶液无限稀时，当溶液无限稀时，f 1,a c 活度系数可以用活度系数可以用凝固点法凝固点法、蒸气压法蒸气压法、溶解度溶解度法法、电动势法电动势法等测定。等测定。精品课程无机化学 Ddbye和和Hckel的的“离子氛离子氛”观点观点)298(509.0lgKIZZf-=式中，0.509是理论 计算的常数值，-ZZ是正、负离子电荷的绝对值，I称“离子强度”)(212iiZCI=1 电解质在水溶液中完全电离；2 异性离子之间互相吸引，形成“离子氛”，故其行动不完全自由，迁移速率，表观需要用正、负离子的平均活度系数 f来校正。精品课程无机化学例：求BaCl2水溶液的离子强度 解：)(arI 322020.0010.0010.02-dmmolClBaBaCl030.0)1020.02010.0(21)(21222=iiZCI精品课程无机化学作业：P.308 87；89；810精品课程无机化学
