第1章 溶液-无机化学

1溶液（solution）:凡是由一种或多种物质分散在另一种物质中所形成的混合体系。第一章溶液(Solution)2学习要求本章讲授要点：溶液的浓度及稀溶液的依数性。重点：溶液浓度的表示法，有关浓度的换算，渗透压概念、计算及其在医学上的意义。难点：稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降的理论及计算，生理等渗液调节的有关计算。。3第一节溶液的浓度溶液的浓度是指溶液中溶质和溶剂的相对含量。溶液的性质与溶液的浓度有关。41.1溶液浓度的表示方法一、用溶质和溶剂的相对量表示：质量分数、摩尔分数、质量摩尔浓度等；二、用一定何种溶液中溶质的量表示：体积分数、物质的量浓度等。51.1.1B的质量分数mB—物质B的质量；m—混合物的质量；—B的质量分数，SI单位为1。mmBBB61.1.1体积分数总BVVBVB：组分B的单独占有的体积V总：混合气体的总体积φB：组分B的体积分数71.1.2比例浓度定义：将固体溶质1g或液体溶质1cm3配成Xcm3溶液表示符号：1：X例如：1：1000的高锰酸钾溶液是指1g高锰酸钾加水溶解成1000ml的溶液。81.1.3B的摩尔分数nB—B的物质的量，SI单位为mol；n—混合物总的物质的量，SI单位为mol；—SI单位为1。nnBBB91.1.4B的物质的量浓度VncBBCB—B的物质的量浓度，单位为mol·L-1。nB—物质B的物质的量，单位为mol。V—混合物的体积，单位为L。10注意：使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。例：c(KMnO4)=0.10mol·L-1c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1的两个溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1L溶液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克，后者为3.16克。111.1.5溶质B的质量摩尔浓度bB—溶质B的质量摩尔浓度，单位为mol·Kg-1。nB—溶质B的物质的量，单位为mol。mA—溶剂的质量，单位为kg。ABBmnb12两组分的溶液系统：溶质B的量分数:溶剂A的量分数:任何一个多组分系统，则BABBnnnBAAAnnn1BA1i13例1-1求(NaCl)=10%的NaCl水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数。解：根据题意，100g溶液中含有NaCl10g，水90g。即m(NaCl)=10g,而m(H2O)=90g因此mol0.5mol18.0gg90O)H(O)H(O)(Hmol17.0molg58g10NaCl)(NaCl)(NaCl)(1-2221-MmnMmn14030.05.0)mol(0.17mol17.0)(H(NaCl)NaCl)(NaCl)(2Onnn97.05.0)mol(0.17mol0.5)(H(NaCl)O)H(O)H(222Onnn151.2浓度的有关计算1.物质的量浓度与质量分数CB—溶质B的量浓度;—溶液的密度;—溶质B的质量分数;MB—溶质B的摩尔质量。BBBBBBBBBB/MmMmmMmVMmVncB162．物质的量浓度与质量摩尔浓度CB—溶质B的量浓度;—溶液的密度;m—溶液的质量;nB—溶质B的物质的量。mnmnVncBBBB17例110%氯化钠溶液的密度ρ=1.07g*cm-3(283K),该溶液的物质量浓度是多少？解：33331383.1100007.1/1005.58/10”“dmmoldmcmcmggmolgg）溶液的体积液的体（mol）物质质的溶质质NaClC18例2欲配制1.0mol·dm-3的硫酸溶液0.50dm3，需取用ρ=1.84g·cm-3、98%的浓硫酸多少立方厘米解：设需取用浓硫酸xcm3。因为稀释前后溶液中溶质的含量不变，故有：0.5dm*1.0mol·dm-3*98g·mol-1=x*1.84g·cm-3*98%解得x=27.2cm319第二节：稀溶液的依数性(Colligativepropertiesofdilutesolutions)什么是“稀溶液的依数性”？与溶解有关的性质分为两类：溶液的颜色、比重、导电性等性质，与溶质的本性有关；溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质，与溶质的本性无关。只与溶质的数量（摩尔分数）有关，而与溶质的本性无关的性质，称为“依数性”。只有溶质的浓度低，即所谓“稀溶液”才具有依数性依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小201、蒸气压下降（Theloweringofthevaporpressure)2、沸点上升(Theelevationoftheboilingpoint)3、凝固点降低(Thedepressionofthefreezingpoint)4、渗透压(Thephenomenonofosmoticpressure)通常所说的“依数性”，包括四个方面：21什么是物质的饱和蒸气压？什么是溶液的饱和蒸气压？“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？为什么溶液的蒸气压会下降？下降多少，由什么决定？一、溶液的蒸气压下降221、什么是物质的饱和蒸气压？气化（蒸发）：液体表面能量较大的分子，克服分子间的引力，逸出液体表面进入液体上面的空间。凝结：气相中的分子，可能与液体表面发生碰撞，并被周围的液体分子所吸引，重新回到液相。饱和蒸气压：当：气化=蒸发达到平衡，此时蒸气压为一定值。称为饱和蒸气压。23注意要点除液体外，固体也有饱和蒸气压。如干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。蒸气压的大小，与液体分子间的吸引力有关，吸引力越大，蒸气压越小。极性分子的吸引力强，蒸气压小。非极性分子的吸引力小，蒸气压大。分子量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。饱和蒸气压与温度密切相关——蒸气压—温度曲线温度升高，蒸气压增大242、什么是溶液的饱和蒸气压？指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：3、“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”。254、为什么溶液的蒸气压会下降？当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。265、溶液的蒸气压下降多少？——拉乌尔定律（Raoult’sLaw)p=nA+nBnAp0或：p=xAp0溶液的蒸气压下降，等于纯溶剂的蒸气压，乘溶质的摩尔分数，而与溶质的本性无关。对于稀溶液：nAnB,所以nA+nBnBpnAnBp027溶液的沸点：当溶液的蒸气压等于外界大气压时溶液的温度。溶液沸点升高的原因：溶液蒸气压较纯溶剂低。某温度下，纯溶剂开始沸腾，而溶液因蒸气压低未能沸腾，需加热以增加溶液的蒸气压，直至达外界压力，溶液开始沸腾，此时溶液的温度势必大于纯溶剂的温度。二、溶液沸点的升高28溶液沸点的升高和疑固点下降示意图Tb*和Tb分别为纯溶剂和溶液的沸点。图1—1溶液的沸点升高凝固点降低示意图29△Tb=Kb×bB△Tb—溶液沸点的变化值，单位为K或℃；bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mol·kg-1;Kb—溶液沸点上升常数，单位为K·kg·mol-1或℃·kg·mol-1,Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。不同的溶剂有不同的Kb值。30表1-3几种溶剂的Tb和Kb溶剂Tb/KKb/K·kg·mol-1水H2O373.150.52苯C6H6353.352.53四氯化碳CCl4351.654.88丙酮(CH3)2CO329.651.71三氯甲烷CHCl3334.453.63乙醚C4H10O307.552.1631溶液凝固点：固态纯溶剂和液态溶液呈平衡时的温度。溶液凝固点下降原因：溶剂的蒸气压下降使原来固态纯溶剂和液态溶剂共存的平衡受到破坏，固态纯溶剂需通过融化成液态溶剂来增加溶液的蒸气压，从而使体系重新达到平衡。在固相融化过程中，要吸收体系的热量，因此在新平衡点的温度就要比原平衡点温度低。三、溶液的凝固点下降32△Tf＝Kf×bB△Tf—溶液凝固点下降值，单位为K或℃；bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mo1·kg-1；Kf—溶液凝固点下降常数，单位为K·kg·mol-1或℃·kg·mol-1。Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。33表1-4几种溶剂的Tf和Kf值溶剂Tf/KKf/K·kg·mol-1________________________________________________________________________________________水H2O273.151.86苯C6H6278.665.12硝基苯C6H5NO278.856.90萘C10H8353.356.80醋酸CH3COOH289.753.90环己烷C6H12279.6520.2____________________________________________________________________________34溶液沸点上升和凝固点下降都与加入的溶质的质量摩尔浓度成正比，而质量摩尔浓度又与溶质的相对分子质量有关。因此可以通过对溶液沸点上升和凝固点下降的测定来估算溶质的相对分子质量大小。因溶液凝固点下降常数比沸点常数大，且溶液凝固点的测定也比沸点测定容易，故通常用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。凝固点测定在低温下进行，被测样品组成与结构不会被破坏。故该方法常用于生物体液及易被破坏的样品体系中可溶性物质浓度的测定。3．利用沸点和凝固点求摩尔质量35凝固点法来估算溶质的相对分子质量：例1-3有一质量分数为1.0%的水溶液,测得其凝固点为273.05K．计算溶质的相对分子质量。解：根据公式：△Tf=Kf×bB则有所以有BABffMmmKTfABfBTmmKM36由于该溶液的浓度较小，所以mA+mB≈mA，即mB/mA≈1.0%所以溶质的相对分子质量为1831-1Bkg.mol183.0273.05K-2.73.15K1.0%ol1.83K.kg.mM37植物的抗旱性和抗寒性与溶液蒸气压下降和凝固点下降规律有关：当植物所处环境温度发生较大改变时，植物细胞中的有机体会产生大量可溶性碳水化合物来提高细胞液浓度，细胞液浓度越大，其凝固点下降越大，使细胞液能在较低的温度环境中不结冻，从而表现出一定的抗寒能力。同样，由于细胞液浓度增加，细胞液蒸气压下降较大，使得细胞的水份蒸发减少，因此表现出植物的抗旱能力。4．植物的抗旱性和抗寒性38四、溶液的渗透压渗透(osmosis)：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。半透膜(semipermeablemembrane)：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。渗透压(osmosispressure)：为维持半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。即阻止渗透作用进行时所需加给的额外压力。39图1-2渗透压示意图40半透膜能阻止蔗糖分子向纯水一边扩散，却不能阻止水分子向蔗糖溶液的扩散。因单位体积内纯水中水分子比糖溶液中的水分子多，故进入溶液中的水比离开的水多，因而蔗糖溶液的液面升高。原因：41П×V=nB×R×T即П=cB×R×TП—溶液的渗透压，单位为Pa；cB—溶液的浓度，单位为mo1·L-1；R—气体常数，为8.31kPa·L·mol-1·K-1；T—体系的温度，单位为K。稀溶液渗透压与浓度、温度的关系：42渗透压法估算溶质的相对分子质量：例1-4有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18克，已知在298.15K时,溶液的渗透压为413Pa,求此蛋白质的相对分子质量。解：根据公式П=cB×R×T1-1-13BBg.mol30569