溶液与离子平衡

1第二章溶液与离子平衡（SolutionsandIonicEquilibrium）本章重点：溶液的通性和稀溶液的依数性弱电解质溶液中的解离平衡第难溶电解质的溶解平衡配合物和配位平衡2第一节溶液一、基本概念一种（或几种）物质的微小粒子分散在另一种物质中——分散系被分散的物质叫做分散质起分散作用的物质叫做分散剂浊液：雾气粗分散系泡沫d100nm粉尘胶体(多相分散系)溶胶:1d100nm分子（离子）分散系－溶液(单相分散系)d1nm粗分散系有时也被划分为胶体体系大分子分散系一般为溶液，但部分呈现胶体性质（粒子大小接近）低分子物质所形成的溶液叫做低分子溶液，简称溶液。悬浊液乳浊液分散系(s/g)(l/g)(g/l)(s/l)(l/l)3二、溶液组成的表示方法1、溶质B的质量分数溶质B的质量占溶液质量的分数，即ωB=mB——溶质B的质量（固体、气体、量少液体）m——溶液的质量（溶质+溶剂）mBm4二、溶液组成的表示方法2、溶质B的浓度B的物质的量除以混合物的体积，即cB=cB的SI单位为mol·m-3,常用其导出单位mol·dm-3。cB又称为体积摩尔浓度，或者物质的量浓度nBV5二、溶液组成的表示方法3、溶质B的质量摩尔浓度在溶液中溶质B的物质的量除以溶剂的质量，即bB=bB的单位为mol·kg-1mA——溶剂的质量nmA6二、溶液组成的表示方法4、溶质B的物质的量分数某组分B的量与各组分物质的量之和的比值，即xB=xB又称为B的摩尔分数5、溶质B的体积分数（气体）B=nBnVBVm(g)NaOH(M)溶于H2O形成密度为r的V体积的溶液，则：1、质量分数，2、量浓度，3、质量摩尔浓度，量分数7非挥发、非电解质、稀溶液的这些性质的大小与溶质的本性无关，仅与溶质的粒子（分子或离子）数有关，因而称其为（具有这种特征的稀）溶液的依数性。第二节、稀溶液的依数性溶有不同溶质的溶液通常具有不同的性质，如颜色、酸碱性、导电性等。但有些性质，却是所有溶液所共有的，如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降以及渗透压。这些溶液所共有的性质称为溶液的通性。8液-气平衡时蒸气的压力称为液体的（饱和）蒸气压，其值受温度影响(how),外压影响很小。1、溶液的蒸气压下降饱和蒸气压：H2O(l)H2O(g)KΘ=p（H2O）/pΘ蒸发凝结9H2O(l)=H2O(g)T.PG(l)G(g)T+dT,P+dPG(l)+dG(l)G(g)+dG(g)dG(l)=dG(g)已知dG=-SdT+Vdp则-S(l)dT+V(l)dp=-S(g)dT+V(g)dp[S(g)-S(l)]dT=[V(g)-V(l)]dpdp/dT=[S(g)-S(l)]/[V(g)-V(l)]=p·[H(g)-H(l)]/T·nRTdp/p=(∆Hm/RT2)dT定积分ln(p2/p1)=∆Hm/R(1/T1-1/T2)温度与蒸汽压的关系－克拉贝隆方程ClapeyronEquation，单组分体系，忽略液或固相体积，气体符合理想气体蒸气压下降:同一温度下，纯溶剂蒸气压与难挥发溶质的溶液蒸气压之差。覆盖；溶质分子与溶剂分子间作用力干燥原理：结合蒸气能力；蒸气压低，平衡移动。)()()()(BxpBnAnBnpp在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质在溶液中的摩尔分数成正比，而与溶质本性无关。这个规律称为拉乌尔定律。10112、溶液的沸点上升和凝固点下降给定条件下，液气存在平衡（相平衡）对于液相表现为挥发（蒸发），对于气相表现为凝结当蒸气压力等于外界压力时，液体发生沸腾现象，此时的温度称为沸点（显然沸点随外压而变）。给定条件下，（纯）物质的固液之间也存在平衡，对于固相表现为熔化，对于液相表现为凝固，此时的温度称为熔点（固）或凝固点（液）。固液平衡时固相和液相的蒸汽压相等。P、T122、溶液的沸点上升和凝固点下降101325Pa蒸汽压Patfptofptbptobp水冰水溶液温度所降低的温度就是凝固点下降所提高的温度就是沸点上升13原因分析:溶液的沸点总是高于纯溶剂，而凝固点则低于纯溶剂。这是由于溶液的蒸汽压比纯溶剂的低，只有在更高的温度下才能使蒸汽压达到与外压相等而沸腾——沸点上升。由于溶液蒸汽压下降，低于固体的蒸汽压，只有在更低温度下才能使溶液与冰的蒸汽压相等——凝固点下降。拉乌尔定律的数学表达式为Δtbp=Kbp·bBΔtfp=Kfp·bBKbp、Kfp分别为溶剂的沸点上升常数和凝固点下降常数。Δtbp=Kbp·bBΔtfp=Kfp·bBΔtbp,Δtfp：沸点上升和凝固点降低，量纲：℃Kbp，Kfp：溶剂的沸点上升和凝固点降低常数，量纲：℃·kg/molbB：物质B的质量摩尔浓度，量纲：mol/kg14沸点升高和凝固点降低的应用和实例在金属熔炼时，组成沸点较高的合金溶液，以减少在高温下易挥发金属的蒸发损失；将一些难熔的金属制成低熔点的合金，如纯铁的熔点为1535℃，而加入碳组成的Fe-C合金，平均熔点约为1350℃。在汽车和坦克的散热器（水箱）中加入适量的非电解质（如甘油、乙二醇等），可降低冷却水的冻结温度，以保证汽车和坦克等在严寒气候下仍能正常运行。盐和冰、雪的混合物中，使凝固点降低，冰雪会更容易融化。生活中，利用这一性质，撒盐及时除去积雪。氯化钠和冰的混合物，凝固点可降低到-22℃；氯化钙和冰混合后，可得-55℃的低温液体，均可作冷却剂用。15163、溶液的渗透压半透膜：只允许溶剂通过，不允许溶质通过17渗透压：被半透膜隔开的溶液，溶剂会通过膜而进入较浓的溶液一侧。浓溶液变稀，液面上升，直至渗透平衡。18∏V=nBRT∏=nBRT/VV——纯溶剂的体积非电解质稀溶液的渗透压可用范特霍夫方程式计算当溶液由半透膜与纯溶剂隔开后就产生渗透现象。若在溶液一侧外加一个大于渗透压的压力时，水不仅不从溶剂向溶液中渗透，反而从溶液向纯溶剂中扩散，这种现象称反渗透。反渗透技术主要寻找一种高强度的耐高压半透膜，近年来研制了由尼龙或醋酸纤维制成的合成薄膜用于反渗透装置。使用这种装置的脱盐工厂每天可生产数千吨的淡水。1920难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降以及渗透压与一定量溶剂中溶质的物质的量（即溶质的粒子数）成正比，与溶质的本性无关，这就是稀溶液定律，又称依数定律。依数定律：1.难挥发非电解质浓溶液的依数性浓溶液虽然也具有一定的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质，然而由于在溶液中溶质分子较多，分子间的相互影响增大。因此，在浓溶液中不存在稀溶液定律所表明的定量关系。2.电解质溶液的依数性电解质溶液也具有蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和一定的渗透压等性质。电解质在溶液中电离，其中粒子数显著增加，故上述性质要比相同浓度的非电解质溶液变化大得多；不存在稀溶液定律所表明的定量关系。3.胶体溶液粒子数目显著减小，同样也不遵从稀溶液定律。2122⑴0.1mol.kg-1糖的水溶液;⑵0.1mol.kg-1甲醇的水溶液；⑶0.1mol.kg-1甲醇的苯溶液；例题：下列溶液凝固点的高低顺序：相同浓度的下列溶液沸点顺序是?Al2(SO4)3FeCl3CaCl2MgSO423甲醇视为弱电解质，则⑴⑵；Kfp(水)=1.86℃.kg.mol-1,tfp(水)=0.0℃Kfp(苯)=5.12℃.kg.mol-1,tfp(苯)=5.5℃糖的水溶液：⊿t=kb=0.186tfp=0-0.186=-0.186℃甲醇的苯溶液⊿t=kb=0.512tfp=5.5-0.512=4.988℃(3)(1)和(2);因此,凝固点由高到低的顺序是:(3)(1)(2)解：溶液的凝固点决定于：溶剂（Kfp）和粒子（分子或离子）浓度。(1)0.1mol.kg-1糖的水溶液(2)0.1mol.kg-1甲醇的水溶液；(3)0.1mol.kg-1甲醇的苯溶液；24例2-12.6g尿素(H2NCONH2)溶于50g水中,计算此溶液的凝固点和沸点.解:尿素的质量摩尔浓度b=2.6/60÷50×1000=0.86mol·kg-1Δtbp=Kbp·bB=0.52×0.86=0.45°СΔtfp=Kfp·bB=1.86×0.86=1.60°С溶液的沸点:100+0.45=100.45°С溶液的凝固点:0-1.60=-1.60°С例298K时某溶质23g溶于300g乙醇中，其蒸汽压为37.5kPa。已知乙醇在298K时的蒸汽压为39.2kPa，求溶质的相对分子量。蒸气压降低－分子量（任何非电解质）Δp=p*xb39.2-37.5=39.2×(23/M)+(300/46.7)23/MM＝78.6125例298g水中溶有25g某有机物，该溶液在－3.0℃结冰。求该有机物的摩尔质量。－凝固点降低ΔTf=Kf·bBKf=1.86bB=1000×25/M/2980-(-3)=Kfb=1.86bM=52g/mol例2-3－渗透压（测量大分子物质分子量）血红素1.0g溶于100ml水配成溶液。该溶液20℃时的渗透压为0.366kPa，计算血红素的相对分子量。=Mb=mbRT∏V1.0×8.314×293366×100×10-6=6.66×104g/mol26