普通化学第三章水化学优秀课件.ppt
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1、普通化学 课件 第三章水化学第1页,本讲稿共95页主要内容主要内容3.1 稀溶液的通性稀溶液的通性3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性3.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性3.2 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡3.3 难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡3.3.1多相离子平衡与溶度积多相离子平衡与溶度积3.3.2 溶度积规则及其应用溶度积规则及其应用3.4 胶体与界面化学胶体与界面化学第2页,本讲稿共95页 溶液由溶液由溶质溶质和和溶剂溶剂组成,由于组成,由于溶质性质不同溶质性质不同,所
2、,所形成的溶液物理性质和化学性质各有所不同。但溶液又形成的溶液物理性质和化学性质各有所不同。但溶液又具有一些共同性质,即:与纯溶剂相比,溶液的蒸气压具有一些共同性质,即:与纯溶剂相比,溶液的蒸气压下降,沸点升高,凝固点下降,溶液具有渗透压。下降,沸点升高,凝固点下降,溶液具有渗透压。如果溶质是难挥发的非电解质,形成的又是稀溶液,如果溶质是难挥发的非电解质,形成的又是稀溶液,上面的四个性质可以定量表示,四个定量式总称稀上面的四个性质可以定量表示,四个定量式总称稀溶液依数性定律。溶液依数性定律。3.1 稀溶液的通性稀溶液的通性第3页,本讲稿共95页稀溶液的稀溶液的依数性依数性:溶液的蒸汽压下降、沸
3、点上升、凝溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和溶液的渗透压。固点下降和溶液的渗透压。稀溶液定律稀溶液定律:难挥发的非电解质稀溶液的难挥发的非电解质稀溶液的性质性质与一定量与一定量溶剂中所溶剂中所溶解溶解溶质的物质的量成正比溶质的物质的量成正比,此定律叫做稀溶液此定律叫做稀溶液定律,又称为依数性定律。定律,又称为依数性定律。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第4页,本讲稿共95页蒸发蒸发:能量较大的分子克服液体分子间的引力从表面:能量较大的分子克服液体分子间的引力从表面逸出,成为蒸气分子的过程叫做蒸发(或气化)。逸出,成为蒸气分子的过程叫做蒸发(或气化)。蒸发是吸热过程。蒸发是
4、吸热过程。凝聚凝聚:蒸气分子撞到液面,被液体分子所吸引而重新进:蒸气分子撞到液面,被液体分子所吸引而重新进入液体中,这个过程叫做凝聚。入液体中,这个过程叫做凝聚。凝聚是放热过程。凝聚是放热过程。(1 1)蒸气压)蒸气压1.溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第5页,本讲稿共95页l 以水为例,在一定温度下达到如下相平衡时:以水为例,在一定温度下达到如下相平衡时:H2O(l)H2O(g)H2O(g)所具有的压力)所具有的压力 P(H2O)即为该温度下水的蒸即为该温度下水的蒸气压。气压。373K 373K时,时,P(H2O)=101.325KPa蒸发凝聚
5、l 蒸气压蒸气压:当凝聚的速率和蒸发的速率达到相等时,液体和它的蒸当凝聚的速率和蒸发的速率达到相等时,液体和它的蒸气就处于平衡状态,此时,蒸气所具有的压力叫做该温度下液体气就处于平衡状态,此时,蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。简称蒸气压。的饱和蒸气压。简称蒸气压。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第6页,本讲稿共95页u蒸气压下降:同一温度下,纯溶剂蒸气压与溶液的蒸蒸气压下降:同一温度下,纯溶剂蒸气压与溶液的蒸气压之差叫做溶液的蒸气压下降。用气压之差叫做溶液的蒸气压下降。用PP表示表示 。u溶液的浓度越大,蒸气压下降的越显著。溶液的浓度越大,蒸气压下降的越显著。(2
6、)蒸气压下降蒸气压下降3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第7页,本讲稿共95页拉乌尔定律拉乌尔定律:在一定温度下,稀溶液的蒸气压等于:在一定温度下,稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积。纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积。P=P A xA设设xB为溶质摩尔分数,由于为溶质摩尔分数,由于xA+xB=1P=P A(1-xB)P A-P=P A xBP=P A xB拉乌尔定律也可描述为:拉乌尔定律也可描述为:在一定温度下,难挥发非电解在一定温度下,难挥发非电解质的稀溶液蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比,与质的稀溶液蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比,与溶质的性质无关。溶质
7、的性质无关。由上式看出:由上式看出:nB/n越大,越大,PP越大,即溶液浓度越大,越大,即溶液浓度越大,蒸气压下降越显著。蒸气压下降越显著。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第8页,本讲稿共95页2 2、溶液的沸点上升、溶液的沸点上升沸点沸点:当某一液体的蒸气压力等于外界压力时,液体会当某一液体的蒸气压力等于外界压力时,液体会沸腾沸腾,此时的温度称为该液体的沸点,以此时的温度称为该液体的沸点,以T Tbpbp表示。表示。当外界压力为当外界压力为101.325kPa101.325kPa时:时:H H2 2O O的沸点为的沸点为100100;6.6%6.6%的的NaClNaCl水溶液
8、沸点为水溶液沸点为101101;25.5%25.5%的的NaClNaCl水溶液沸点为水溶液沸点为105105;4.3%4.3%的的NaOHNaOH水溶液沸点为水溶液沸点为101101;17%17%的的NaOHNaOH水溶液沸点为水溶液沸点为105105。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第9页,本讲稿共95页(1)溶液浓度越大,蒸气压下降的越多,沸点上升)溶液浓度越大,蒸气压下降的越多,沸点上升越高(越高(Tbp越大)。越大)。(2)如果溶液为难挥发的非电解质的稀溶液:)如果溶液为难挥发的非电解质的稀溶液:Tbp=kbp m (3.2)kbp:溶剂的沸点上升常数溶剂的沸点上升常数
9、(单位为(单位为(单位为(单位为KK.kgkg.molmol-1-1 )m:溶液的溶液的质量摩尔浓度质量摩尔浓度(1kg溶剂中所含溶质的物溶剂中所含溶质的物 质质的量(的量(mol.kg-1)3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第10页,本讲稿共95页3、溶液的凝固点下降、溶液的凝固点下降凝固点凝固点(熔点)(熔点):物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度,以等时的温度,以Tfp表示。表示。溶液浓度越大,蒸气压下降越多,凝固点下降的越显著。溶液浓度越大,蒸气压下降越多,凝固点下降的越显著。如果溶液为非电解质的稀溶液,其凝固点下降值可表如果溶液
10、为非电解质的稀溶液,其凝固点下降值可表示为:示为:Tfp=kfp m (3.3)kfp:凝固点下降常数(单位为凝固点下降常数(单位为K.kg.mol-1)m:溶液的溶液的质量摩尔浓度质量摩尔浓度(1kg溶剂中所含溶质的物溶剂中所含溶质的物 质质的量(的量(mol.kg-1)3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第11页,本讲稿共95页4 4、渗透压渗透压渗透是通过半透膜才能实现的。渗透是通过半透膜才能实现的。半透膜:只能让溶剂分子通过,而不允许溶质分子半透膜:只能让溶剂分子通过,而不允许溶质分子 通过通过的薄膜。的薄膜。渗透:溶剂通过半透膜进入溶液或溶剂通过半透膜从渗透:溶剂通过半透
11、膜进入溶液或溶剂通过半透膜从稀溶液进入浓溶液的现象。稀溶液进入浓溶液的现象。渗透压:为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透压:为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。渗透平衡而需要的额外压力。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第12页,本讲稿共95页 =CRT=(n/V)RT 或 V=nRT (3.4)R=8.314 Pa.m3.mol-1.K-1适用范围:适用范围:难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液 如果溶液为难挥发的非电解质稀溶液,其渗透压可按如果溶液为难挥发的非电解质稀溶液,其渗透压可按下式计算:下式计算:3.1.1 非电解质溶液的
12、通性非电解质溶液的通性第13页,本讲稿共95页例例3.1 3.1 计算计算298.15K298.15K时,时,0.100mol0.100moldmdm-3-3溶液的渗透压溶液的渗透压.解解:由于由于 R=8.314 Pam3mol-1K-1 =8.314 J.mol-1K-1 C=0.100 moldm-3=0.100 103molm-3 所以所以 =CRT=0.100 103molm-3 8.314Pam3mol-1K-1 298K =248 kPa3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第14页,本讲稿共95页依数性的应用依数性的应用1、测定分子的摩尔质量、测定分子的摩尔质量例例1
13、 把把1.09g1.09g葡萄糖溶于葡萄糖溶于20g20g水中所得溶液在水中所得溶液在101325Pa101325Pa下沸点升下沸点升高了高了0.156K0.156K,求葡萄糖的摩尔质量,求葡萄糖的摩尔质量M M。已知水的。已知水的K Kbpbp=0.512K=0.512K molmol-1-1KgKg。解:3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性M178.8g mol-1第15页,本讲稿共95页例例2 把把0.322g0.322g萘溶于萘溶于80g80g苯中所得溶液的凝固点为苯中所得溶液的凝固点为278.34K278.34K,求萘的摩尔质量。已知苯的凝固点为,求萘的摩尔质量。已知苯的
14、凝固点为278.50K,k278.50K,kfpfp=5.10 K=5.10 K molmol-1-1KgKg。解:3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第16页,本讲稿共95页例例3 1dm3 溶液中含溶液中含5.0g马的血红素,在马的血红素,在298K时测得溶液的渗透时测得溶液的渗透压为压为1.82102Pa,求马的血红素的摩尔质量。,求马的血红素的摩尔质量。解:3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性第17页,本讲稿共95页2、制作防冻剂和制冷剂、制作防冻剂和制冷剂例例 为防止汽车水箱在寒冷的冬天冻裂,需使水的冰点下降为防止汽车水箱在寒冷的冬天冻裂,需使水的冰点下降到到
15、253K253K即即TTfpfp=20.0K=20.0K,则在每,则在每1000g1000g水中应加入甘油多少水中应加入甘油多少克?已知甘油的分子式为克?已知甘油的分子式为C C3 3H H8 8O O3 3,M=92gmolM=92gmol-1-1,K Kfpfp=1.86kkgmol=1.86kkgmol-1-1。3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性解:第18页,本讲稿共95页电解质溶液也具有:电解质溶液也具有:溶液的蒸汽压下降溶液的蒸汽压下降,沸沸点上升点上升,凝固点下降和溶液渗透压凝固点下降和溶液渗透压的通性的通性拉乌尔定律不适用于拉乌尔定律不适用于电解质溶液电解质溶液,电
16、解质电解质在溶剂中发生离解,溶液中溶质粒子的实在溶剂中发生离解,溶液中溶质粒子的实际数量应为溶质浓度的际数量应为溶质浓度的i倍。倍。可用依数性定律进行估算。可用依数性定律进行估算。3.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性第19页,本讲稿共95页 p=ip=i x xB B p pA A T Tfpfp=i =i k kfpfpm m =i =i CRT CRT T Tbpbp=i=i k kbpbpm m i=i=T Tfpfp(电解质溶液)(电解质溶液)/T Tfpfp(非电解质溶液)(非电解质溶液)ABAB型型 i i 2;A 2;A2 2B B型或型或ABAB2 2型型i i 2-3
17、.2-3.强电解质溶液强电解质溶液3.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性第20页,本讲稿共95页各种溶液的通性可定性比较,分三种情况:各种溶液的通性可定性比较,分三种情况:(1 1)同)同浓度不浓度不同种物质同种物质其沸点高低或渗透压大小的顺序为其沸点高低或渗透压大小的顺序为:A A2 2B B型或型或ABAB2 2型强电解质溶液型强电解质溶液 ABAB型强电解质溶液型强电解质溶液 弱电解质溶液弱电解质溶液 非电解质溶液。非电解质溶液。而蒸气压或凝固点的顺序则相反。而蒸气压或凝固点的顺序则相反。(2 2)同种物质)同种物质不不同同浓度浓度 浓度大的影响大浓度大的影响大。(3)不)不同种物
18、质同种物质不不同同浓度浓度,考虑,考虑物质物质浓度和浓度和离离解解程度程度-粒子数量。粒子数量。溶液通性的定性比较溶液通性的定性比较3.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性第21页,本讲稿共95页(1)0.1mol.dm-3 NaCl,0.1mol.dm-3C6H12O60.1mol.dm-3 HAc渗透压大小的顺序。渗透压大小的顺序。大小解:(1)0.1mol.dm-3 NaCl 0.1mol.dm-3HAc 0.1mol.dm-3C6H12O6例例3.2定性比较下列溶液的通性定性比较下列溶液的通性3.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性第22页,本讲稿共95页(2).0.1mol.
19、dm-3 NaCl,1mol.dm-3 C6H12O6的凝固点的的凝固点的高低顺序高低顺序.20.16.021023大16.021023Tfp:1mol.dm-3 C6H12O6 400第31页,本讲稿共95页解:解:NH NH3 3(aq)+H(aq)+H2 2O(l)=NHO(l)=NH4 4+(aq)+OH(aq)+OH-(aq)(aq)C C平平 :0.100-x x x0.100-x x x方法一:方法一:K Kb b=1.77=1.77 1010-5-5 因为因为 K Kb b较小较小 所以所以 0.100-x0.100 0.100-x0.100所以所以 K Kb b=x=x2 2
20、/0.100=1.77/0.100=1.77 1010-5-5 C(OH C(OH-)=x )=x =1.33 =1.33 1010-3-3(mol.dm(mol.dm-3-3)例例:计算:计算0.100 mol.dm0.100 mol.dm-3-3氨水溶液的氨水溶液的OHOH-浓度及浓度及pHpH值值K Kb b=1.77=1.77 1010-5-5 3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡第32页,本讲稿共95页 C =C =1.33 =1.33 10 10-3-3(mol.dm(mol.dm-3 3)POH=-lg1.33 POH=-lg1.33 10 10-3-
21、3=2.88 =2.88 PH=14-2.88=11.12 PH=14-2.88=11.123.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡方法二:方法二:因为因为C/Kb400第33页,本讲稿共95页例:例:计算计算0.100 mol0.100 mol.dmdm-3-3NHNH4 4ClCl溶液中的溶液中的H H+浓度及浓度及PHPH值。值。3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡解:解:NHNH4 4+(aq)+H(aq)+H2 2O(l)=NHO(l)=NH3 3(aq)+H(aq)+H3 3O O+(aq)(aq)HH+=7.5 =7.5 101
22、0-6-6(mol.dm(mol.dm-3-3)PH=-lg7.5PH=-lg7.5 1010-6-6=5.12=5.12因为因为C/Ka400第34页,本讲稿共95页例例 已知已知2525 C C下,下,0.02mol0.02mol.L L-1-1氨水的氨水的pHpH值为值为11.2711.27。计算溶液中计算溶液中OHOH-浓度、解离度浓度、解离度 和解离常数和解离常数K Kb b。解:解:NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)pH=11.27,pOH=2.73,pH=11.27,pOH=2.73,c(OH c(OH-)=1.9)=1.9 10 10-3-3 mol.
23、dmmol.dm-3-3 =(1.9 1.9 10 10-3-3/0.02)=0.95%/0.02)=0.95%K Kb b=c=c 2 2/(1-1-)=1.8)=1.8 10 10-5-53.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡第35页,本讲稿共95页 分子中含分子中含2 2个或个或2 2个以上的个以上的H H+或或OHOH-的弱酸、弱碱叫多元弱的弱酸、弱碱叫多元弱酸、弱碱。酸、弱碱。多元弱电解质都是分步电离的,每一步都有相应的电离常数。多元弱电解质都是分步电离的,每一步都有相应的电离常数。如:如:H H2 2S(aq)=HS(aq)=H+(aq)+HS(aq)+H
24、S-(aq)(aq)HSHS-(aq)=H(aq)=H+(aq)+S(aq)+S2-2-(aq)(aq)(2)多元酸)多元酸3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡第36页,本讲稿共95页例例:已知已知H H2 2S S的的KaKa1 1=9.1=9.1 1010-8-8,Ka,Ka2 2=1.1=1.1 1010-12-12,计算在计算在0.1 0.1 molmoldmdm-3-3H H2 2S S溶液中的溶液中的H H+、HSHS-、S S2-2-的浓度和溶液的的浓度和溶液的pHpH值。值。一般情况下,二元酸的一般情况下,二元酸的KaKa1 1KaKa2 2,所以,
25、所以,溶液中的溶液中的H+主要来自第一步电离。主要来自第一步电离。解:一级解离为:解:一级解离为:H2S(aq)=H+(aq)+HS-(aq)3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡第37页,本讲稿共95页C(HS-)=C(H+)=9.510-5mol.dm-3二级解离为:二级解离为:HSHS-(aq)=H(aq)=H+(aq)+S(aq)+S2-2-(aq)(aq)C(HS-)C(H+)C(S2-2-)=1.110-12mol.dm-3pH -lg(9.5 10-5)=4.03.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡酸和碱在水溶液中的解离平衡第38页,本讲稿共95页3.2
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