普化-3-水化学与水污染.j.ppt
《普化-3-水化学与水污染.j.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《普化-3-水化学与水污染.j.ppt(69页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第三章第三章 水化学水化学 与与 水污染水污染本章主要内容:本章主要内容:n溶液的通性溶液的通性n水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡n难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡n水资源的可持续利用与水污染防治水资源的可持续利用与水污染防治3.1 溶液的通性溶液的通性稀溶液的蒸气压稀溶液的蒸气压沸点沸点上升上升凝固点凝固点下降下降渗透压渗透压 3.1.1 3.1.1 非电解质溶液的通性非电解质溶液的通性 大大量量实实验验结结果果表表明明:由由难难挥挥发发的的非非电电解解质质所所形形成成的的稀稀溶溶液液的的性性质质(如如溶溶液液的的蒸蒸气气压压下下降降、沸沸点点上上升升、凝凝固固点
2、点下下降降以以及及渗渗透透压压等等)只只与与一一定定溶溶剂剂中中所所溶溶解解溶溶质质的的数数量量 (物物质质的的量量)成成正正比比 ,而而与与溶溶质质的的本本性性无无关。关。上上述述性性质质称称为为稀稀溶溶液液的的依依数数性性,又又称称为为稀稀溶溶液液定定律律或或依数性依数性定律定律。稀稀溶溶液液的的依依数数性性定定律律是是有有限限定定律律,溶溶液液越越稀稀,定律越准确。对于电解质溶液及浓溶液则需作校正。定律越准确。对于电解质溶液及浓溶液则需作校正。1.1.溶液的溶液的蒸气压蒸气压下降下降(1 1)蒸气压)蒸气压 在在一一定定温温度度下下,溶溶液液内内部部那那些些能能量量较较大大的的分分子子会
3、会克克服服液液体体分分子子间间的的引引力力从从液液体体表表面面逸逸出出,成成为为蒸蒸气气分分子子,这这个个过过程程称称为为蒸发蒸发(又称为(又称为汽化汽化)。蒸发是吸热过程。蒸发是吸热过程。蒸蒸发发出出来来的的分分子子在在液液面面上上的的空空间间向向各各个个方方向向运运动动,其其中中一一部部分分可可能能撞撞到到液液面面并并被被吸吸引引到到液液相相中中,这这个个过过程程称称为为凝凝聚聚。凝凝聚聚是放热过程。是放热过程。起起初初,蒸蒸发发过过程程占占优优势势,随随着着水水蒸蒸气气密密度度的的增增大大,凝凝聚聚速速率率随随之之增增大大,当当液液体体的的蒸蒸发发速速率率等等于于蒸蒸气气的的凝凝结结速速
4、率率时时,该该液液体体和和它它的的蒸蒸气气处处于于平平衡衡状状态态。此此时时蒸蒸气气所所具具有有的的压压力力称称为为该该温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸气气压压,简称简称蒸气压蒸气压 。温温度度一一定定时时各各种种液液体体都都具具有有恒恒定定的的蒸蒸气压,蒸气压与液体的本性有关。气压,蒸气压与液体的本性有关。蒸发蒸发 H2O(l)H2O(g)凝聚凝聚 例如,H2O(l)与 H2O(g)在一定温度下达到如下相平衡 H2O(g)所具有的压力 p(H2O)即为该温度下的蒸气压。在100时,p(H2O)101.325 kPa。(2)蒸气压下降)蒸气压下降 研研究究表表明明,在在同同一一温温度度下下,若若向
5、向溶溶剂剂(如如水水)中中加加入入如如何何一一种种难难挥挥发发的的溶溶质质,使使它它溶溶解解而而形形成成溶溶液液后后,会发现会发现溶液的溶液的蒸气压总是比纯溶剂的要低蒸气压总是比纯溶剂的要低。同同一一温温度度下下,纯纯溶溶剂剂蒸蒸气气压压与与溶溶液液蒸蒸气气压压之之差差叫叫做溶液的做溶液的蒸气压下降蒸气压下降。原原因因:当当纯纯溶溶剂剂(水水)中中溶溶有有难难挥挥发发的的溶溶质质后后,溶溶液液的的部部分分表表面面被被溶溶剂剂化化的的溶溶质质分分子子所所占占据据,使使单单位位时时间间内内从从溶溶液液表表面面蒸蒸发发出出的的溶溶剂剂分分子子数数比比从从纯纯溶溶剂剂中中蒸蒸发发出出的的分分子子数数少
6、少,平平衡衡时时,溶溶液液的的蒸蒸气气低低于于纯纯溶溶剂剂的的蒸气压。蒸气压。根根据据拉拉乌乌尔尔的的研研究究 ,总总结结出出适适用用于于溶溶质质为为难难挥挥发的非电解质溶液的定量关系发的非电解质溶液的定量关系:上上式式表表明明,在在一一定定温温度度下下,难难挥挥发发的的非非电电解解质质稀稀溶溶液液的的蒸蒸气气压压下下降降值值等等于于稀稀溶溶液液中中溶溶质质的的“物物质质的的量量分分数数”与与纯纯溶溶剂剂蒸蒸气气压压的的乘乘积积,而与溶质的性质无关。而与溶质的性质无关。溶液的蒸汽压溶液的蒸汽压2 2 溶液的沸点上升溶液的沸点上升和凝固点下降和凝固点下降(1 1)沸点和凝固点)沸点和凝固点 当当
7、某某一一液液体体的的蒸蒸气气压压等等于于外外界界的的压压力力时时,液液体体就就会会沸腾,此时的温度称为该液体的沸点(沸腾,此时的温度称为该液体的沸点(Tbp)。)。某某物物质质的的液液相相蒸蒸气气压压和和固固相相蒸蒸气气压压相相等等时时的的温温度度。称为该物质的凝固点(称为该物质的凝固点(Tfp)。)。一一切切可可形形成成晶晶体体的的纯纯物物质质,在在给给定定条条件件下下,都都有有一一定定的的凝凝固固点点和和沸点。沸点。(2 2)沸点上升和凝固点下降)沸点上升和凝固点下降 对对于于溶溶液液,一一般般由由于于溶溶质质的的加加入入会会使使溶溶液液与与溶溶剂剂相比,凝固点下降,沸点上升。相比,凝固点
8、下降,沸点上升。溶液越浓,凝固点和沸点改变越大。溶液越浓,凝固点和沸点改变越大。自自然然界界实实例例海海水水的的凝凝固固点点低低于于0,0,“不不出出汽汽的的米汤烫死人米汤烫死人”应应用用实实例例冬冬天天用用食食盐盐来来消消除除积积雪雪、在在汽汽车车水水箱箱中加入乙二醇来防止水箱结冰中加入乙二醇来防止水箱结冰凝固点下降、沸点上升与溶液凝固点下降、沸点上升与溶液浓浓度的定量关系:度的定量关系:难难挥挥发发的的非非电电解解质质稀稀溶溶液液的的沸沸点点上上升升和和凝凝固固点点下下降与溶液的降与溶液的质质量摩量摩尔尔浓浓度成正比。度成正比。Tbp=kbp m Tfp=kfp m上上式中式中:m 为为溶
9、溶质质的的质质量量摩摩尔尔浓浓度度,指指在在 1kg 溶溶剂剂中中所所含含溶质的物质的量溶质的物质的量,单位为单位为 molkg-1;kbp 为为溶溶剂剂的的摩摩尔尔沸沸点点上上升升常常数数,它它取取决决于于溶溶剂剂的特性而与溶质性质无的特性而与溶质性质无关关。kfp 为为溶溶剂剂的的摩摩尔尔凝凝固固点点下下降降常常数数,它它取取决决于于溶溶剂的特性而与溶质性质无剂的特性而与溶质性质无关关。3.渗透压渗透压(1)半透膜半透膜只只允允许许溶溶剂剂(水水)透透过过而而不不允允许许水水中中的的溶溶质质透透过过的薄膜的薄膜,称为半透膜。称为半透膜。天然半透膜天然半透膜:动植物细胞膜、动物膀动植物细胞膜
10、、动物膀胱胱,肠衣等肠衣等;人人工工合合成成半半透透膜膜:硝硝化化纤纤维维膜膜、醋醋酸酸纤纤维维膜膜、聚聚砜砜纤维膜等纤维膜等。(2)渗透)渗透若若半半透透膜膜隔隔开开的的两两边边溶溶液液的的浓浓度度不不等等,则则溶溶剂剂水水会会透透过过半半透透膜膜扩扩散散到到较较浓浓溶溶液液中中,使使溶溶液液稀稀释释的的现现象象,称为渗透。称为渗透。用反渗透法可以制取纯净水。用反渗透法可以制取纯净水。(3 3)渗透压)渗透压渗渗透透压压是是为为维维持持半半透透膜膜所所隔隔开开的的溶溶液液与与纯纯溶溶剂剂之之间的渗透平衡而需要的额外压力。间的渗透平衡而需要的额外压力。难难挥挥发发的的非非电电解解质质稀稀溶溶液
11、液的的渗渗透透压压与与溶溶液液的的浓浓度度及热力学温度成正比。及热力学温度成正比。(4 4)反渗透)反渗透如如果果外外加加在在溶溶液液上上的的压压力力超超过过了了渗渗透透压压,则则反反而而会会使使溶溶液液中中的的溶溶剂剂向向纯纯溶溶剂剂方方向向流流动动,使使纯纯溶溶剂剂的的体体积增加。这个过程叫做反渗透。积增加。这个过程叫做反渗透。难难挥挥发发的的非非电电解解质质稀稀溶溶液液的的渗渗透透压压与与溶溶液液的的浓浓度度及热力学温度成正比。及热力学温度成正比。(5)渗透压的重要意义)渗透压的重要意义有有机机体体的的细细胞胞膜膜大大多多具具有有半半透透膜膜的的性性质质,渗渗透透压压是引起水在生物体中运
12、动的重要推动力。是引起水在生物体中运动的重要推动力。等渗溶液:渗透压与人体内的基本相等的溶液。等渗溶液:渗透压与人体内的基本相等的溶液。(6)反渗透的应用)反渗透的应用海水淡化、制纯净水、污水处理、溶液浓缩等。海水淡化、制纯净水、污水处理、溶液浓缩等。NH3H20 NH4+OH-碱碱HAc H+Ac-酸酸3.2 水溶液中的水溶液中的单单相离子平衡相离子平衡3.2.1 酸和酸和碱碱在水溶液中的解离平衡在水溶液中的解离平衡1.酸碱理论酸碱理论 电电离离理理论论:解解离离时时生生成成的的正正离离子子全全部部都都是是 H+的的化化合合物物叫叫做做酸酸;所所生生成成的的负负离离子子全全部部都都是是 OH
13、-的的化化合物叫碱。合物叫碱。HAc H+Ac-HAc 给出给出 H+是酸是酸 Ac-接受接受 H+是碱是碱 NH3+H+NH4+NH3 接受接受 H+是碱是碱 NH4+给出给出 H+是酸是酸 酸酸碱碱质质子子理理论论:凡凡能能给给出出质质子子的的物物质质(分分子子或或离子)都是酸;凡能与质子结合的物质都是碱。离子)都是酸;凡能与质子结合的物质都是碱。即:酸是质子的供给体;碱是质子的受体。如:即:酸是质子的供给体;碱是质子的受体。如:酸与碱之间存在下列共轭关系酸与碱之间存在下列共轭关系 酸酸 质子质子 +碱碱如:如:HCl =H+Cl-H2S H+HS-HS-H+S2-H2O H+OH-H3O
14、+H+H2O 注意:根据酸碱质子理论的定义,注意:根据酸碱质子理论的定义,HS-和和H2O既是酸又是碱。既是酸又是碱。在酸碱质子理论中,没有盐的概念在酸碱质子理论中,没有盐的概念。通常简写为通常简写为 HA(aq)H+(aq)+A-(aq)2、酸和碱在水溶液中的离子平衡及、酸和碱在水溶液中的离子平衡及pH的计算的计算 酸和碱溶液中存在解离平衡,其平衡酸和碱溶液中存在解离平衡,其平衡常数称为解离常数,用常数称为解离常数,用Ki 表示,又根据酸碱不同分为表示,又根据酸碱不同分为酸常数酸常数Ka;和碱常数;和碱常数Kb。(1)一元弱酸)一元弱酸 根据化学平衡的基本原理,对于一元弱酸的解离根据化学平衡
15、的基本原理,对于一元弱酸的解离平衡有:平衡有:HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A-(aq)对于一元弱酸对于一元弱酸HA,存在如下离解平衡:,存在如下离解平衡:HA(aq)H+(aq)+A-(aq)在水溶液中达到离解平衡时,存在如下的关系:在水溶液中达到离解平衡时,存在如下的关系:上式可简写为:上式可简写为:Ka 越大,表示该电解质越强越大,表示该电解质越强 解离度:弱电解质溶液中,解离平衡达到时,解离度:弱电解质溶液中,解离平衡达到时,已解离了的弱电解质分子数与弱电解质总分子数已解离了的弱电解质分子数与弱电解质总分子数之比。用之比。用表示。表示。对于弱电解质溶液,当初始浓度为对于弱
16、电解质溶液,当初始浓度为 c,达到平衡,达到平衡时解离出来的部分的浓度为时解离出来的部分的浓度为 x 时,则可推出:时,则可推出:x=c Kac2对于初始浓度为对于初始浓度为 c 的一元弱电解质的一元弱电解质 HA 溶液,则:溶液,则:HA =H+A-初始浓度初始浓度 c 0 0 平衡浓度平衡浓度 c-x x x c-c c c 则则当当很小时,很小时,11,则:,则:Kac2稀释定律稀释定律一元弱酸氢离子浓度一元弱酸氢离子浓度计算公式计算公式 稀释定律说明,弱电解质的浓度越小,稀释定律说明,弱电解质的浓度越小,其解离度越大。其解离度越大。根据稀释定律、解离度定义及相关平衡根据稀释定律、解离度
17、定义及相关平衡概念,可推出下式:概念,可推出下式:初始浓度初始浓度 c 0 0 平衡浓度平衡浓度 c-x x x 则则HA(aq)H+(aq)+A-(aq)对于弱酸,浓度较小时,对于弱酸,浓度较小时,c-x c,则:,则:一元弱酸氢离子浓度一元弱酸氢离子浓度计算公式计算公式x 为达到平衡时溶为达到平衡时溶液中液中H+的浓度。的浓度。对于一元弱碱有:对于一元弱碱有:AOH =A+OH-初始浓度初始浓度 C 0 0 平衡浓度平衡浓度 C-x x x 平衡常数平衡常数Kb 稀释定律稀释定律一元弱碱氢氧根离子浓度一元弱碱氢氧根离子浓度计算公式计算公式例例3.1 计算计算0.10 molL-1 HAc
18、溶液中的溶液中的H+浓度及其浓度及其pH。解:查表得,解:查表得,HAc的的Ka=1.7610-5 例例 已已知知NH3 H2O的的Kb=1.7510-5。计计算算0.50 molL-1 氨氨水溶液中的水溶液中的H+浓度及其浓度及其pH。解:解:HS-H+S2-(2 2)多元弱酸的解离)多元弱酸的解离多元弱酸分步进行解离:多元弱酸分步进行解离:H2S H+HS-由多项平衡规则:H2S 2H+S2-结论:多元弱酸解离平衡体系中的结论:多元弱酸解离平衡体系中的H+浓度,浓度,只考虑第一级解离中的只考虑第一级解离中的H+浓度,其酸根浓度在数浓度,其酸根浓度在数值等于最后一级解离常数。值等于最后一级解
19、离常数。例例3.2 已已知知H2S的的Ka,1=9.110-8。计计算算0.10 molL-1 H2S溶液中的溶液中的H+浓度及其浓度及其pH。解:解:多元弱酸溶液在计算其H+浓度及pH值时,可当做一元弱酸来进行近似计算。同离子效应同离子效应:在弱电解质溶液中,加入与其在弱电解质溶液中,加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。度降低的现象。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)3 缓冲溶液和缓冲溶液和pH的控制的控制(1)同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液Ac(aq)NH4Ac(aq)NH4+(aq
20、)+平衡移动方向 缓冲溶液:缓冲溶液:具有能保持本身具有能保持本身pH值相对稳定性值相对稳定性能的溶液(即不因加入少量强酸或强碱而显著改能的溶液(即不因加入少量强酸或强碱而显著改变变pH值的溶液)。值的溶液)。实例:实例:在在50ml纯水中加入纯水中加入1 滴滴(0.05ml)1 molL-1 HCl,溶液的,溶液的pH 由由 7 变为变为 3;若若加入的是加入的是 1 滴滴 1 molL-1 NaOH,溶液的,溶液的pH 由由 7 变为变为 11。在在 50 mL HAc NaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 溶液中,加入溶液中,加入1 滴滴(0.05ml)1 mol
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 普化 水化学 水污染
限制150内