溶液教学说课稿.ppt

2019/10/23,1,一、 溶液二、 溶解度原理三、 萃取分离,溶 液,一、溶液 (Solution )1. 分散系2. 溶液浓度的表示方法3. 稀溶液的通性,溶液 由一种或多种物质均匀地分散在另一种(或多种)物质中所形成的混合系统。 根据分散质和被分散质的不同，溶液也有气态、液态和固态，一般所指的溶液(没特别指明)均指液态溶液。,1.分散系一种或多种物质以细小的粒子分散于 另一种物质中所形成的系统,1.1分类 1) 按聚集状态分,2)按分散质粒径分类 1nm =10-9m,2.2 质量摩尔浓度,2.4 质量分数,2.5 浓度换算,1)物质的量浓度与质量分数,密度 =m/V,例：已知M(NaCl)=58.44，10.00 mLNaCl饱和溶液的质量 为 12.003g，将其蒸干，得NaCl晶体3.173g，试计算： (1)该温度下的NaCl的饱和溶解度(g /100gH2O)和密度； (2)该NaCl溶液的物质的量浓度、质量摩尔浓度； (3)该NaCl溶液的摩尔分数、质量分数；解: (1)饱和溶解度 =3.173/(12.0033.173)100=35.93(g/100gH2O) = m/V=12.003g/10.00ml=1.200gmL1 (2) n(NaCl)=(3.173/58.44)mol=5.430102mol c(NaCl)=n(NaCl)/V= 5.430102mol /10.0010 3L =5.430 molL1 b(NaCl) =n(NaCl)/m =5.430102mol/8.830103kg=6.149molkg1 注意：不能用近似式，因为mm(H2O)，cB bB。,b(NaCl) =n(NaCl)/m =5.430102mol/8.830103kg=6.149molkg1 注意：不能用近似式，因为mm(H2O)，cB bB。 (3)n(H2O)=(12.0033.173)/18.02mol=4.900101mol x(NaCl) =n(NaCl) /(n(NaCl)+n(H2O) =5.430102/(5.430102+4.900101)=0.09976 w(NaCl) = m(NaCl)/m=3.173/12.003=0.2643 注意：以前常用百分数(%)表示。,3.稀溶液的通性依数性 蒸汽压下降 ；沸点上升、凝固点下降 ；渗透压溶液有两大类性质：1)与溶液中溶质的本性有关 溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等；2)与溶液中溶质的独立质点数有关，而与溶质的本性无关 如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，由于依赖于溶质的质点数也称依数性。包括：稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下降和稀溶 液的渗透压。(与纯溶剂比较),3.1 溶液蒸气压的下降,2) 拉乌尔定律 p = p0 xB 注意：只适用于稀溶液,在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积：p = p0xA 单位：Pa 或 kPa稀溶液的蒸气压的下降值p ： p = p0 p 若为双组分系统，则xA+ xB=1， xB=1 xAp = p0 p0 xA= p0(1 xA)因此有 p = p0 xB,溶液蒸气压的下降的原因：,纯溶剂的表面少量地被加入非挥发性溶质粒子所占据，使溶剂的表面积相对减小，单位时间内逸出液面的溶剂分子数相对比纯溶剂要少。达到平衡时溶液的蒸气压就要比纯溶剂的饱和蒸气压低。,拉乌尔定律 p = p0 xB 注意：只适用于稀溶液,即在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶质的摩尔分数成正比。这就是拉乌尔定律。 所以溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。,2) 沸点升高 由于在同一温度溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压。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。 在外界压力不变的情况下，溶液的沸点必然大于纯溶剂，所以溶液的沸点升高。 Tb=KbbB Tb：沸点升高值，单位：K； Kb： 沸点升高常数， 单位：Kkg mol1； bB：溶质的质量摩尔浓度；,3) 溶液的凝固点(f.p.) 固体的纯溶剂和液态溶液呈平衡时的温度（条件：a.溶剂和溶质不生成固溶体;b.稀溶液）。此时液相蒸气压与固相蒸气压相等。溶液凝固点下降 当溶液的蒸气压与固相纯溶剂的蒸气压相等时，有固体的纯溶剂凝固，凝固点从Tf下降到Tf。 Tf = Kf bB Tf：凝固点下降值，单位：K； Kf： 凝固点下降常数,单位：Kkg mol1； bB： 溶质的质量摩尔浓度； 注意：凝固点下降常数Kf和沸点升高常数Kb与只与 溶剂的本性有关而与溶质的本性无关。 常见溶剂的Kf、 Kb值可查相应的手册。,3.4稀溶液依数性的应用,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升高常数大，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。,植物的抗旱性和抗寒性,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。,渗透压的应用,将淡水鱼放人海水中由于其细胞液浓度较低，因而渗透压较小。它在海水中就会因细胞大量失去水分而死亡。人体发高烧时，需要及时喝水或通过静脉注射与细胞液等渗的生理盐水和葡萄糖溶液以补充水分 。反渗透 ：在渗透压较大的溶液一边加上比其渗透压还要大的压力，迫使溶剂从高浓度溶液处向低浓度处扩散，从而达到浓缩溶液的目的。,二. 溶解度原理 相似相溶原理相似：指溶质与溶剂在结构或极性上相似，因此分子间作用力的类型和大小也基本相同。相溶：是指彼此互溶。 一般极性分子易溶于极性溶剂： 如极性的离子型化合物易溶于水； 而非极性分子易溶于非极性溶剂： 如单质I2易溶于CCl4等；,2.固体溶质 离子型化合物大多溶于水，而非极性的I2等固体难溶于水。 离子型化合物在水中的溶解度与离子晶体的晶体结构、晶格能等因素有关。 晶格能太大的晶体如CaF2、BaSO4等难溶于水； 而离子极化作用较强的晶体也难溶于水：如AgI、AgCl等。另外，结构相似的固体在同一溶剂中低熔点的溶解度大于高熔点的固体： NaI NaBr NaCl NaF m.p./K 933 1013 1074 1261 s/g(100g水)1 184.4 36 4.22,3. 气体溶质 气体溶质在液体溶剂中的溶解度规律一般为高沸点气体溶解度大于低沸点气体，如： HF HCl HBr HIb.p./K 293 188 206 238 s/% 35.5 42 49 57EH-X /kJmol1 569 431 369 297 具有与气体溶质最为接近的分子间力的溶剂是该气体的最佳溶剂。 必须指出物质的溶解是一个很复杂的物理化学 过程，相似相溶原理仅能解释部分溶解现象。,4.结晶 从过饱和溶液中析出物质的过程1)蒸发(浓缩) 当溶液很稀而所制备的物质的溶解度又较大时，为了能从中析出该物质的晶体，必须通过加热，使水分蒸发、溶液浓缩到一定程度时冷却，才能析出晶体。 若物质的溶解度较大，则应蒸发至溶液的表面出现晶膜才停止；若溶解度较小或高温时溶解度较大而室温时较小，则不必蒸发至出现晶膜就可冷却。 蒸发在蒸发皿中进行。视溶质的热稳定性可选 用直接加热、水浴、油浴加热等。,2)结晶与重结晶 晶体的溶解度一般随温度的升高而增大，把固体物质溶解在热溶液中达到饱和，然后冷却溶液，由于温度降低晶体的溶解度减小，溶质过饱和而析出晶体。 析出晶体的颗粒大小与结晶条件有关。如果溶液的浓度较高，溶质在水中的溶解度随温度下降而显著减小，冷却得越快，析出的晶体就越细小，反之则能得到较大的晶体颗粒。搅拌有利细小晶体的快速析出，静止则有利大颗粒晶体的生长。 如果第一次结晶的物质纯度不够，可进行重结晶。其方法是在加热情况下纯化的物质溶于一定量的水中，形成饱和溶液， 趁热过滤(视情况)，除去不溶性杂质，然后使滤液冷却，被纯化物质即可析出较纯的晶体，根据不同要求可进行多次重结晶，以得到更高纯度的晶体。 蒸发、浓缩、结晶是无机物制备的常用方法。,三、萃取分离,萃取分离是物质分离、提纯的一种重要方法之一，通常利用与水不相溶的有机溶剂与试液一起振荡，静止分层，此时一部分组分进入有机相，一部分留在水相，达到分离的目的。 在化学分析中，萃取分离常用于低含量组分的分离与富集，也可用于除掉大量干扰元素。 萃取分离法设备简单，操作简便、迅速，分离效率高；缺点是进行成批分析时工作量大，有机溶剂易挥发、易燃、大多有毒，且溶剂价格也较贵。,1.分配定律  分配定律指在一定T和p下，一种物质溶解在两个同时存在但互不混溶的液体中，达到平衡后，该物质在两相中的浓度比为常数：式中 、 分别为溶质B在溶剂和中的溶解度；K称分配系数，与温度、压力、溶质和两种溶剂的性质有关，当溶液的浓度不大时，此式与实验结果相符。如果溶质在任一溶剂中有缔合或解离现象，则分配定律只适用于溶剂中分子形式相同的部分。     分配定律对利用吸收方法来分离气体混合物具有指导作用， 也可用来定量计算萃取分离时被提取物的质量或吸收 一定量的物质所需的液体量。,2. 萃取分离 萃取分离的实质是利用溶质在两相中的溶解度不同而呈现的分配差异。 2.1实验操作 萃取分离的主要仪器是分液漏斗，一般将水溶液置于60 120mL的梨形分液漏斗中，加入萃取溶剂后立即振荡(其间要注意放气)，使溶质充分转移至萃取 剂中，静止分层，然后将两相分开。,2.2 萃取百分率 萃取百分率表示物质被萃取的完全程度。,欲提高萃取百分率的简便、经济方法是使用少量的有机溶剂进行多次萃取，即“少量多次”原则。因为水相中被萃取物质在萃取了n次后剩余的量mn：式中Vo为每次萃取用的有机溶剂体积； Vw为水溶液的体积； m0为起始水溶液中被萃取物质量； K为分配系数；严格讲应用分配比D， 在简单萃取系统(溶质在两相中存 在形式相同)可用K代替。,