第一章溶液

第一章溶液教学目的：1．理解溶液的概念，掌握溶液的四种浓度表示法并且熟练运用。2．理解溶液的蒸气压，沸点，凝固点，渗透压概念，了解它们在稀溶液中变化的原理，并且能熟练的做相应计算。教学重点：掌握并熟练运用溶液的浓度表示法和溶液的依数性。教学难点：理清几种溶液浓度表示法的关系，在计算和以后章节的学习中能熟练运用。深刻理解溶液的蒸气压的本质和它下降的原因。3．溶液，大家都很熟悉，在生活中随处可见，那我先提几个简单的问题。我们经常喝的矿泉水，属于溶液吗？佳得乐呢？果粒橙呢？为了能够准确的判断是否属于溶液，我们需要了解溶液的定义。4．了解溶液的定义之前，先介绍一个化学中专业的名称叫分散系。分散系：一种物质的质点（最小微粒）分散在另一个物质中所形成的体系，就叫做分散系。按照分散质粒子的大小，常把分散系分为三类分类：粒子从大到小分别是粗分散系，胶体分散系，低分子分散系。5．表中列出了三类分散质的主要性质和代表物质，可以看出它们的代表物质基本都是生活中常见的，例如（板书：粗分散系内粒子的直径大于100纳米，主要性质是多相，不稳定，颗粒不能透过滤纸。建筑用的泥浆就属于粗分散系，是将泥土分散到水中形成的体系。胶体分散系又分为溶胶和高分子溶液，二者的粒子直径都是1到100纳米，溶胶是多相，较稳定体系，颗粒不能透过半透膜，实验室中常见的碘化银属于溶胶，是通过将碘化银溶于水形成的。而高分子溶液是均相，稳定体系，颗粒也不能透过半透膜，人体内的血液就是属于高分子溶液，是蛋白质溶解在水中形成的。最后一种是低分子分散系，体系内粒子直径小于1纳米，它和高分子溶液一样，也是均相稳定的体系，而且它的颗粒可以通过半透膜，生活中常见的食盐水就是属于低分子分散系。）。6．了解了分散系的概念以后，我们就可以进一步深入来介绍溶液的概念了。一种或几种物质以分子、原子或离子分散到另一种物质中所形成的均匀而又稳定的分散体系叫做溶液。溶质可以都多个，溶剂是唯一的。溶液的定义说明溶液是分散系的一种，也可以说是一种状态，它的特点就是均匀稳定。再回到分散质的类别中，根据溶液的定义，就可以看出，分子分散质和高分子溶液是属于溶液的范畴，高分子溶液是否属于溶液还有争论，我们在这认为它是属于溶液的。因为它们符合溶液的特点：均匀，稳定。像泥浆这样的分散系，它溶解物颗粒太大，不均匀，停止搅拌会有沉淀，不稳定，因此就不属于溶液。矿泉水是矿物质金属离子溶于水形成的溶液，佳得乐是碳水化合物溶液，而果粒橙不属于溶液，里面有果肉，不均匀，不稳定。可乐二氧化碳溶于水。(1)溶液的概念是广义的有固体溶液，液体溶液，气体溶液三种，也就是说，溶液不仅表现出液体状态，还可以是气态或者固态，例如空气含有氮气，氧气和二氧化碳等，它就是气态溶液。而锌熔于铜生成的黄铜就是固体溶液。(2)我们最常见的当然是液体溶液，液体溶液有三种类型气体溶于液体，固体溶于液体，液体溶于液体。这里的液体都是指溶剂，溶质可以是气体，液体，固体中的一种。(3)以水为溶剂的溶液称为水溶液7．了解了溶液的概念和基本类型以后，我们来学习溶液浓度表示法。日常生活中，大家都知道溶液有稀有浓，那我们如何判断稀浓？比如说白糖水，浓得自然比较甜，稀的就没什么味道，那么这个是可以喝的，我们可以通过味道来判断，在实验室里面很多溶液是不能喝的，喝了会出事，那我们如何判断稀浓呢。提问：通过溶质的多少来判断，溶质加的多的溶液肯定比溶质加的少的溶液浓，这个说法对吗？当然不对，还是以糖水为例，在第一个，一小杯水里面加一勺糖，第二个大瓶水里面加两勺糖，最后一大杯水里面加三勺糖，你不能肯定第三杯浓于第二杯浓于第一杯，因为它们溶剂的量不一样，这就说明溶液的稀浓既要考虑溶质，又要考虑溶剂。为了能精确的定量计算溶液的“稀浓”程度，我们引入了溶液浓度的概念。有了浓度这个概念以后，在实验室里面我们不仅可以定性的研究一种溶液，还可以做定量的精确计算。8．溶液浓度:一定量溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度.我们可以看出它是以一种溶质和溶剂的比值形式来表示溶质的含量。溶液浓度有四种常见的表示法：溶质B的浓度或溶质的物质的量浓度，这是最常见的溶液浓度表示法。溶质的摩尔数，溶液的体积。单位摩尔每升。注意，如果是溶质溶剂都是液体，那溶液体积不等于二者体积简单相加。只有质量守恒，没有提及守恒的说法。这种表示法简洁，容易计算，在实验中配比也很容易，天平称出一定量溶质，量筒或者移液管量出一定体积溶剂。溶质B的质量摩尔浓度，在1千克溶剂中所含溶质的摩尔数。溶质的摩尔数，溶剂的质量。单位摩尔每千克。特别注意mA单位是千克，如果是克，最后要乘以1000。9．B的摩尔分数。溶质的摩尔数，溶质溶剂的摩尔数之和，如果有多种溶质，都要算进分母。质量分数。注意分母是溶液的总质量。溶质的质量，溶质溶剂的质量和，同样有多种溶质的话都要加进分母。前面两种浓度表示法都有单位，很好区分，后面两种没有单位，在题目中遇见说某某溶质含量是多少，没有单位的话，如果是零点几表示，那就是摩尔分数，如果是百分数表示，那就是质量分数。10．这四种溶液浓度表示法的计算求解是最基本的，都要熟练掌握，来看这道例题，已知，分别求它的四种浓度。13．前面已经提到过，最后所得溶液的体积不能直接用两种液体混合前的体积相加，所得溶液质量为1.2*90+450=558g，求得体积为558/1.03=541.75mL，HNO3质量为1.2*90*32%=34.56g，物质的量为34.56/63=0.549mol，所以物质的量浓度为0.549/0.542=1.01mol/L，质量分数为34.56/558=6.19%再看一下教材11页的选择题第一题。大家思考一下。各杯中溶液浓度表示法不一样，我们要将它们转换成一种表示法。先比较a和b，A杯溶液浓度是质量摩尔浓度，每千克水中含有1mol葡萄糖，也就是每升水中含有1mol葡萄糖，溶剂的体积是1升，溶液的体积肯定大于1升，因此该杯中溶质摩尔浓度小于1mol/L；B杯中溶质的摩尔浓度正好等于1mol/L；然后比较a和c，c杯中溶质质量分数为10%，也就是说溶质溶剂的质量比为1:9，每升水为1千克，那么每升水中葡萄糖就有1000/9=111克=0.62mol，因此该杯中溶质摩尔浓度小于0.62mol/L。所以葡萄糖含量是b大于a大于c。15．前面已经提到过，溶液定义：以一种物质为溶质，另一种物质为溶剂，溶质在其中以离子或分子形式形成的均匀稳定的系统，称为溶液。而溶液的性质有两类，一类是由溶质本性决定的，如密度、颜色、导电性、酸碱性等,也包括前面提到的溶解度。就是说只要是不同的溶质，这一类的性质就会发生变化。另一类是由溶质粒子数目的多少决定的。如溶液的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等。这些性质均与溶质粒子数目多少有关，而与溶质的本性无关，称为依数性。举个例子也就是说，即使完全不同的两种溶质溶到水里，只要溶液浓度一样，那它们的依数性就一样。16．第一种依数性和蒸气压有关，了解蒸气压之前我们先来看一下蒸发的概念:水面上一部分水分子自水面逸出，扩散到容器空间，变成水蒸气，这一过程称为液体的蒸发。这个大家都知道，那么为什么会发生蒸发，看这个图。因为水是由很多水分子构成，这些水分子在做无规运动，彼此对对方都有吸引力。内部水分子受到来自四周的水分子的引力是均匀的，因此运动速率和能量不会有大的变化，而水面的水分子受到的引力不均匀，运动速率和能量会不断发生变化，因此在速率够快的情况下可以脱离水面而气化。这个就是蒸发的原因。在平常的敞口条件下，水分子气化进入空气中将扩散到四面八方，而水通过蒸发吸热，水面的水分子运动速度又会加快，不断蒸发到空气中，因此一杯没有盖子的水会慢慢消失。如果是在密封容器中，蒸发的水分子在水面上空经过运动碰撞又会回到液相，这个过程就叫做冷凝。17．水的蒸气压：水不断蒸发成水蒸气，水蒸气又会不断凝聚成水，二者速率相等，达到平衡状态。上述平衡状态下的水蒸气称为饱和水蒸气，而饱和水蒸气的分子撞击器壁所产生的压力称为水的饱和蒸气压。简称蒸气压。18．将蒸气压概念由水推广一下:在密闭系统中、一定温度下，物质的蒸发与凝聚速率相等时（即达到动态平衡时）具有一定的平衡压力，压力当然是由物质的气相分子产生，我们就称为物质的饱和蒸气压，简称蒸气压。19．推出了蒸气压的概念以后，有几点要注意一下。第一，从概念可以看出，液体有蒸气压，固体同样有蒸气压，只不过固体蒸气压一般都比较小。第二，物质的蒸气压受到内因和外因的影响，内因就是物质的本性，也就是由物质的结构决定，在温度恒定时，不同物质结构不同，因此具有不同的蒸气压。我们平时所说的难挥发物质就是指常温下蒸气压很小的物质。例如：白糖，葡萄糖，尿素等。蒸气压小意味着物质进入空气中的分子就少，放很长时间物质也不会减少。第三，影响物质蒸气压的外因主要是温度，同一物质蒸气压随温度改变而改变。20．这张表列出了不同温度下纯水的蒸气压大小，可以看出，纯水蒸气压是随温度升高而增大的，因为温度升高，水分子运动剧烈，动能变大，进入气相的分子越来越多。因此我们得出结论。21．了解了蒸气压的概念以后，我们来看看溶液的蒸气压和纯溶剂蒸气压有什么不同。这个实验分两步，第一步是在容器左右两边都装入纯水，中间是一段水银柱，由于两边液体蒸气压相等，因此实验现象是水银两边液面对齐。第二步是温度不变情况下把容器右边换成糖水，然后观察会发现两边水银柱出现了液面差。有液面差说明容器两边压力不相等了，通过这个图来看，哪边压力大？很明显左边压力大，因此说明糖水蒸气压低于纯水，也就是溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。下面来看原因。22．为什么溶液蒸气压会低于纯溶剂的蒸气压呢？看这个图，左边是纯溶剂，表面的溶剂分子不断进入气相，杯子上面气相中的溶剂分子也不断凝聚回到杯中，当蒸发和凝聚速率相等的时候，这些气体水分子就产生了蒸气压。右边是一杯溶液，溶液表面布满溶质分子，这些红点，本来液体表面全是溶剂分子，现在被溶质分子所占据了一部分，也就是表面的溶剂分子便少了，脱离液体表面进入气相的溶剂分子自然减少，那么它能产生的压力也会变小，因此溶液的蒸气压和溶剂相比下降。如果考虑溶液浓度的影响，浓度越大，意味着占据溶液表面的溶质分子越多，那么蒸气压应该是？更小。那么大家想一下，刚才对溶液蒸气压下降的原因做得讨论对溶质有没有什么要求？溶质必须是难挥发的，这样我们就不考虑溶质的蒸发。如果是挥发性溶质，那我们就必须考虑溶质分子蒸发的情况，这样一来溶液的蒸气压就和溶质蒸气压有关，也就是和溶质的本性有关了，这就不符合依数性只和溶质多少有关的定义，因此溶质必须是难挥发的。这就是我们讨论溶液依数性的一个前提条件：溶质必须是难挥发物质。23。现在我们可以下一个结论：溶液的蒸气压下降就是指在同一温度下，溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压的性质。也可以用这个表达式来表达它的定义。24．教材11页，选择题7。最后结果是纯水这杯空了，都跑到糖水这杯去了。原因很简单，纯水蒸气压高，也就是蒸发的水分子多，糖水蒸气压低，蒸发的水分子少，而水分子凝聚是无规则的，回到两个杯子几率一样，打个比方，一共10个水分子蒸发，其中8个是纯水蒸发的，两个是糖水蒸发的，而凝聚回来的水分子却是一边五个，纯水入不敷出，时间一久，杯子就空了，都跑糖水那边去了。如果换成两杯浓度不一样的糖水，那么结果如何，假设杯子够大？浓度低的蒸气压高，水分子不断进入高浓度糖水，如果杯子够大，最终两杯水浓度相同。25．以上是定性的分析，现在来看一下定量的计算。19世纪80年代，法国物理学家拉乌尔经过研究得出了难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压公式，他认为，在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值等于纯溶剂的蒸气压与溶液中溶质摩尔分数的乘积。利用这个公式也可以看出，溶液浓度越大，蒸汽压下降越多，也就是越低，这和我们前面的定性分析吻合。根据这个公式，只要溶液浓度一样，溶液的蒸气压应该是相同的。那大家看一下这个例子：相同浓度的白糖溶液和nacl溶液。依数性是和溶质的粒子数目多少有关，如果溶质是电解质物质，会在溶液中电离，那