第二章-溶液与离子平衡

第二章溶液与离子平衡第一节溶液第二节稀溶液通性第三节酸碱质子理论第四节弱电解质溶液中的解离平衡第五节难溶电解质的解离平衡第六节配位平衡一、分散系的基本概念第一节溶液分散系一种物质的微小粒子分散在另一种物质中组成的系统。分散质被分散的物质分散剂分散质周围的介质表2-1各种分散系溶液胶体单相系统(分散为单个分子或离子)多相系统(分散为由许多分子聚集成的粒子)低分子物质溶液(溶质相对分子质量很小,1000)高分子物质溶液(溶质相对分子质量很大)溶胶(粒子直径1-100nm)浊液(粒子直径100nm)悬浊液乳浊液普通显微镜、肉眼均看不出，整个系统清澈普通显微镜、肉眼均看出分散质为固体时的浊液分散质为液体时的浊液二、溶液浓度的表示方法溶液浓度:一定量溶液或溶剂中所含溶质B的量。.10.000g50.0mLH2O1物质B的质量分数：mmBBw2物质B的物质的量浓度：VBnBc3物质B的质量摩尔浓度：ABmnbB单位：mol·dm-3单位:mol·kg-1溶剂质量溶质+溶剂4B的物质的量分数(摩尔分数)：nnBBx5物质B的体积分数：=VVB6物质B的质量浓度(密度)：VmBBd单位:kg·m-3第二节稀溶液的通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。其中有些性质为所有溶液共有，如：蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降及渗透压。这些性质与溶质的本性无关，仅与溶质的粒子数（分子或离子）有关，因而称其为溶液的通性。液-气平衡时蒸气的压力称为（饱和）蒸气压，其值受温度影响。溶液的蒸气压下降Δp1H2O（l）H2O（g）蒸发凝结(1)溶剂的蒸气压：纯液体蒸发凝结乙醚乙醇水TP(2)溶液的蒸气压下降溶剂的蒸气压为p*，溶液的蒸气压为p。实验表明pp*其差值Δp=p*-p为溶液的蒸气压下降。纯溶剂溶液拉乌尔定律：难挥发、非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶质在溶液中的摩尔分数成正比，与溶质本性无关。溶液的蒸汽压下降值:x(B)pn(B)n(A)n(B)pΔp2溶液的沸点上升和凝固点下降(1)液体的沸点：液-气平衡关系为：p（H2O,l）=P(外）=101325Pa时,tbp=100℃当某一液体的蒸汽压等于外界压力时，液体就会沸腾，此时的温度称为沸点。H2O（l）H2O（g）蒸发凝结(2)液体的凝固点（冰点）：固-液平衡式为:p(H2O,l)=p(H2O,s)=610.6Pa时，tfp=0℃某物质液相蒸气压与固相蒸气压相等时的温度。H2O（s）H2O（l）熔化凝结(p)固蒸(p)液蒸固体熔化(p)固蒸(p)液蒸液体凝结(p)固蒸=(p)液蒸固液共存,平衡状态(3)溶液的沸点上升和凝固点下降:Kbp——沸点上升常数Kfp——凝固点下降常数bB——溶质的质量摩尔浓度沸点上升值:Δtbp=Kbp·bB凝固点下降值:Δtfp=Kfp·bB拉乌尔定律：难挥发、非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶质在溶液中的质量摩尔浓度成正比，与溶质本性无关。图2-1水、冰、水溶液的蒸汽压曲线冰水水溶液101325Pafptοfptfptbptbptbpt温度/ºC蒸汽压/Pa例题2-12.6g尿素CO(NH2)2溶于50g水中,计算此溶液的凝固点和沸点。解尿素CO(NH2)2摩尔质量为60g·mol-12.6g尿素的物质的量0.043molmol60g2.6gn-1尿素的质量摩尔浓度：-13-kg0.86mol1050g0.043molb溶液的沸点:100℃+0.45℃=100.45℃溶液的凝固点:0℃－1.60℃=－1.60℃△tbp=Kbp·bB=0.52℃·kg·mol-1×0.86mol·kg-1=0.45℃△tfp=Kfp·bB=1.86℃·kg·mol-1×0.86mol·kg-1=1.60℃半透膜：仅允许溶剂分子而不允许溶质分子通过的薄膜。溶液的渗透压3半透膜溶剂分子渗透被半透膜隔开的两种溶液的浓度不相等,溶剂通过膜进入较浓的溶液一侧的现象。渗透压单位时间内从两个相反方向穿过半透膜的溶剂分子数相等时,系统在膜两侧达平衡状态,浓溶液与纯溶剂间的液面差所表示的静压称为溶液的渗透压。在一定温度下,浓度越浓,渗透压越大。渗透压半透膜溶剂溶液纯水半透膜渗透压测定装置溶液与溶剂用渗透膜隔开;加压于溶液上方的活塞上,观察不到溶剂的转移;从与溶液相连的压力计读出渗透压值。反渗透在浓溶液一侧外加压力，使其超过渗透压时，浓溶液中的溶剂向稀溶液扩散的现象。P渗透压反渗透依此可实现:溶液的浓缩海水的淡化。范特霍夫公式：RTMmVBB溶液渗透压纯溶剂体积稀溶液RTVnB浓溶液稀溶液溶剂半透膜渗透浓溶液稀溶液溶剂半透膜P渗透压反渗透渗透和反渗透示意图P渗透压例题2-2血红素1.0g，溶于100cm3水配成溶液。此溶液在20℃时的渗透压为366Pa。计算血红素的相对分子质量。146BBmolg106.66)10(10036620)(2738.3141.0ΠVRTmM解: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、渗透压是与一定量溶剂中的物质的量成正比,即与溶质的粒子数成正比,与溶质的本性无关。依数定律（稀溶液定律）4注意点（1）浓溶液具有蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等性质，但不符合稀溶液定律表达的定量关系。（2）电解质溶液，由于电离使单位体积内溶质的微粒数增多，实验测得的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压值比按稀溶液定律计算的数值大。例题：下列溶液凝固点的高低顺序：⑴0.1mol.kg-1蔗糖的水溶液;⑵0.1mol.kg-1甲醇的水溶液；⑶0.1mol.kg-1甲醇的苯溶液；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℃0.1mol.kg-1甲醇的水溶液:∵△tfp=Kfp·bB=1.86℃·kg·mol-1×0.1mol·kg-1=0.186℃∴tfp=0-0.186=-0.186℃解：溶液的凝固点决定于：溶剂（Kfp）和粒子（分子或离子）浓度。因此,凝固点由高到低的顺序是:(3)(1)(2)0.1mol.kg-1甲醇的苯溶液:∵△tfp=Kfp·bB=5.12℃·kg·mol-1×0.1mol·kg-1=0.512℃∴tfp=5.5-0.512=4.988℃补充题:将下列水溶液按其凝固点高低排列:溶质浓度mol·kg-1顺序(高至低)NaCl1H2SO41C6H12O61NaCl0.1CaCl20.1CH3COOH0.1C6H12O60.1补充题:现有两种溶液，一种为1.5g尿素,溶于200g水中,另一种为42.75g未知物(非电解液)溶于1000g水中,这两种溶液在同一温度结冰,问:未知物的摩尔质量为多少?第三节酸碱质子理论电离理论酸：在水溶液中经电离只生成H+一种阳离子的物质是酸。碱：在水溶液中经电离只生成OH-一种阴离子的物质是碱。酸与碱反应的实质:H+和OH-结合生成水。电离理论的局限性把酸碱限于水溶液；把碱限于氢氧化物。一、酸碱的定义酸：凡是能释放出质子(H+)的物质为酸。（质子的给予体）碱：凡是能与质子(H+)结合的物质为碱（质子的接受体）AcHHAc2442HPOHPOH3424POHHPO34NHHNH252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H[][]422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H[][]例：HAc的共轭碱是Ac－，Ac－的共轭酸HAc，HAc和Ac－为一对共轭酸碱。[]等。如：HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H,HSO232524酸H++碱两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。二、酸碱反应的实质Ac－+H2OOH－+HAcHAc+NH3NH4++Ac-酸(1)+碱(2)酸(2)+碱(1)H+H2O+NH3NH4++OH-H2O+HAcAc-+H3O+三、酸、碱的强度在共轭酸碱对中：酸性愈强，共轭碱愈弱；酸愈弱，共轭碱愈强。如：NH4＋－弱酸，NH3－较强的碱；HS－－弱酸，S2－－强碱。Ac-+H2OHAc+OH-Kb=5.6×10-10NH3+H2ONH4＋+OH-Kb=1.8×10-5S2―+H2OHS-+OH-Kb=1.4共轭碱的强度为：S2-NH3Ac-酸碱离解常数Ka、Kb描述酸碱的强弱HAc＋H2OH3O＋＋Ac-Ka＝1.8×10-5NH4＋＋H2OH3O＋＋NH3Ka＝5.6×10－10HS-＋H2OH3O＋＋S2-Ka＝7.1×10－15酸的强度：HAcNH4＋HS―第四节弱电解质溶液中的解离平衡一、水的质子自递平衡H2O+H2OH3O++OH-—水的离子积常数，简称水的离子积。KW25℃纯水：100℃纯水：=1.0×10-14KW=5.43×10-13KWT，KW})/(OH{})/(H{bbbbKWӨӨӨ14ppOHpH==+KW溶液酸度用pH表示:})/(Hlg{pHbbӨ溶液碱度用pOH表示:})/(OHlg{pOHbbӨ在25C°纯水中:b(H+)=b(OH-)=10-7mol·kg-1二、一元弱电解质溶液中的解离平衡平衡常数表达式：HAc+H2OH3O++Ac-NH3·H2ONH4++OH-(HAc)/})/b(Ac{})/(H{abbbbbKӨӨӨӨ/bb/bb/bbO)H(NH})(OH)(NH{234{}bKӨӨӨӨ关于解离常数意义：Ka、Kb值越大，弱电解质解离程度越大。ӨӨ性质：Ka、Kb值不受离子或分子浓度的影响,受温度的影响。ӨӨ1分级解离常数，如：根据多重平衡规则：Ka=K1.K2=1.0×10-19二、多元弱电解质的解离平衡H2S+H2OH3O++HS-K1=9.1×10-8HS-+H2OH3O++S2-K2=1.1×10-12H2S+H2O2H3O++S2-Ka=?其表达式：调节溶液pH值，可控制溶液中S2-浓度222)()()()(bbbbHSHS221KK})/({})/({})/O({22bbbbbbSHSH23aK例题已知18℃时H2S饱和溶液的浓度为0.1mol·kg-1，计算此溶液中H+、OH-、HS-、S2-的质量摩尔浓度和溶液的pH值。解设b(HS-)=xmol·kg-1，按一级解离式可得：H2SH++HS-初始浓度/mol·kg-10.100平衡浓度/mol·kg-10.1－xxxxxbbbbbbK0.1})/S(H{})/(HS{})/(H{109.122-810.1－x≈0.1解得:x=9.5×10-5∴b(H+)=b(HS-)=9.50×10-5mol·kg-14.0210lg9.5})/(Hlg{pH5bb设溶液中b(S2-)=ymol·kg-1，按二级解离式可得:HS-H++S2-初始浓度/mol·kg-19.50×10-59.50×10-50平衡浓度/mol·kg-19.50×10-5-y9.50×10-5+yy解得:y=1.1×10-12∴b(S2-)=ymol·kg-1=1.1×10-12mol·kg-1yyybSbbbbbK225512109.5)10(9.5})/({})/({)/({101.1-HSH}∵K2更小∴9.5×10-5±y≈9.5×10-5设溶液中b(OH-)=zmol·kg-1，按水的解离式可得:H2OH++OH-初始浓度/mol·kg-19.50×10-5+y0平衡浓度/mol·kg-19.50×10-5+y+zz∵Kw、y很小∴9.5×10-5+y+z≈9.5×10-511010514Wkgmol101.05)(OH101.05109.5101.0})/(H{)/(OHbbbKbb