第五章水溶液中酸碱平衡和配位平衡-1

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在一定温度下,稀溶液的蒸汽压( 在一定温度下 稀溶液的蒸汽压(p)等于纯溶剂的蒸汽 压(p0)乘以该溶剂的物质的量分数(摩尔分数),xA p= p0 x A xA=1-xB ,p= p0- p0 xB p0-p= p0 xB, Δp = p 0 x B 一定温度下稀溶液的蒸汽压下降与溶液中溶质的摩尔分数 成正比。 成正比 对于稀溶液 Δp= p0 xB可变为: 对于稀溶液, 可变为 Δp=K蒸·mB ??
输液和渗透
海水如何淡化?
ClNa+
半透膜
ClNa+
ClNa+
海水
纯水
反渗透--在渗透压大的一方加压力 反渗透
4、依数性的应用
测定分子量 制作防冻剂和制冷剂 在生物科学及农业上的应用。 在生物科学及农业上的应用
5、强电解质的依数性
• 依数性——粒子的数量 • 电解质溶液的修正 – 沸点上升: – 凝固点下降: 凝固点下降 – 渗透压: i--修正因子
•桑拿为什么闷(缺氧)? 为什么夏天的雨天叫桑拿天?
• 凝固--温度降低,液体分子平均动能下降,分子间
滑动停止,失去流动性形成固体;发生凝固的温度 为该物质的凝固点;
• 熔化--温度升高,固体变成了液体;对应的温度为 该物质的熔点。 • 物质熔点的高低主要取决于物质内部微粒之间的 相互作用力--范德华力、氢键; • 升华--直接由固态变为气态的过程; • 凝华--气态分子也会撞击固体的表面并在其表面停
半透膜:只允许 半透膜 水分子自由通过 而不允许溶质分 子或离子通过的 膜状物质 如:细胞膜、肠 衣 牛皮纸 衣、牛皮纸
渗透压
半透膜
渗透压:因溶液中的溶剂分子可以通过半透膜,而溶质 分子不能透过半透膜而产生的压力,以符号 分子不能透过半透膜而产 的压力 以符号表示 表示。
范托夫(J.H.Vant. Hoff)方程: 非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液浓度的关系:
性--只由溶质的颗粒和数目决定,而不是溶质 颗粒种类)。如难挥发非电解质稀溶液的依数性--蒸
汽压下降、沸点升高、凝固点下降和溶液的渗透压。
1. 蒸汽压下降
蒸气压的产生……
当蒸发速度等于凝聚速度时,液体和它的蒸汽 压就处于相平衡的状态。 压就处于相平衡的状态
蒸发 凝聚
液体
蒸汽
处于平衡态的蒸汽称为饱和蒸汽;具有的压力 称为饱和蒸汽压(简称为蒸汽压)
2.电离度 定义:已电离的电解质分子数和溶质分子总数之 比,用 用α表示 表示。 理论上,强电解质在水中完全电离,α=1; 弱电解质则部分电离,α≤1。 弱电解质则部分电离
α =
已电离的电解质分子数 溶液中原电解质分子数
电离度是温度的函数,通常随着温度的增加电离度增大。为什 么???
3. 电离常数
i c R T
Tb K b m i Tf K f m i
强电解质溶液浓度越低,越接近于“全部电离”?
强电解质溶液中的离子氛
溶解机理
离子氛
总结
稀溶液的依数性
• 只与溶液浓度有关,与溶质种类无关; 只与溶液浓度有关 与溶质种类无关; • 根本原因是溶液比纯溶剂蒸气压下降;
导读— 1 水分子的结构和重要性质 1.水分子的结构和重要性质
水分子的极性和氢键
水的重要性质
• • • • • 良好的溶剂:极性,氢键 良好的溶剂 极性 氢键 水的蒸发热大: 40.67 kJ·mol-1(101.3kPa) 1·K 1 水的等压热容 75.30 水的等压热容: 75 30 J·mol J l-1 K-1 水的沸点:100℃ 密度反常 4℃为最大 密度反常:
冰浮在水面上
1g冰,水,水蒸汽的体积随温度的变化
2. 基本概念 • 蒸发(或气化)--位于液体表面的分子就能获得
足够能量克服分子间力的束缚跑到液面以外的空间 成为气态分子;
• 凝聚(或冷凝)-凝聚(或冷凝) 气体分子撞击液体的表面,该 气体分子撞击液体的表面 该
分子不是反弹回气态而是附着在液体的表面;
• 蒸气压--某温度下,液体表面气体分子形成的压强;
• 平衡蒸气压(或饱和蒸气压) 平衡蒸气压(或饱和蒸气压)--封闭容器中,
某温度下,冷凝的速度等于挥发的速度时液体表面气 体分子形成的压强;
影响平衡蒸气压大小的因素:
• 只与体系本身的性质和温度有关; • 不同液体,因互相作用力不同,蒸气压的大小不同, 是液体挥发性的表征; 是液体挥发性的表征 • 同一体系,温度不同,蒸气压的大小不同,温度升 高 蒸气 变大 高,蒸气压变大。
生活中的溶液渗透压现象:
植物细胞汁的渗透压可达 20×105Pa; 人体血液平均的渗透压为 7.7×105Pa; 食物过咸、排汗过多,组织中的渗透压升高; 淡水中游泳时,眼球容易“红胀”; 静脉注射或输液时采用“等渗液”:0.9%的生理盐水; 5 0%的葡萄糖溶液 5.0%的葡萄糖溶液;
留下来成为固态的过程; 留下来成为固态的过程
高压锅
水的相图
超临界流体
高原
溶液浓度的表示方法
• 重量百分比浓度: 溶质的质量 w% 溶质的质量 溶剂的质量 • 体积摩尔浓度; 溶质的摩尔数 c 溶液的体积 • 质量摩尔浓度:
溶质的摩尔数 ( mol l / kg k ) m 每 kg 溶剂
沸点升高的计算公式
Tb Kb mB (mole / kg g)
Kb--指定溶剂的沸点升高常数; mB--质量摩尔浓度(每kg溶剂中所溶解溶质物质的量)。 Kb物理意义: 1000克溶剂中加入1mol(化学式)难挥发的非电解质所 引起的溶液沸点升高的度数。 引起的溶液沸点升高的度数
凝固点降低的计算公式
溶剂 酸 乙酸 苯 氯仿 萘 水 凝固点(℃) K凝(K·kg·mol-1) 沸点(℃) K沸(K·kg·mol-1) 17 5.48 -63.5 80 0 3.9 5.12 4.68 6.8 1.86 118.1 80.2 62.3 100.0 2.93 2.53 3.63 0.51
例2 纯苯的凝固点为5.40℃,0.322g萘溶于80g苯,配 制成的溶液的凝固点为5.24℃。已知苯的K凝值为5.12, 求萘的摩尔质量。
RH ( P / Peq ) 100% =( (P / 3.167) ) 100%=57%
P 水=1.805kPa
25C空气中水的分压为 1.805kPa
RH ( P / Peq ) 100% =(P / 7.376) 100%=57%
P水=4.204kPa
40C空气中水的分压为 4.204kPa 想一想 想 想
第5章 水溶液中的酸碱和配位平衡
上海交通大学化学化工学院 大学化学教研室
学习目标
• 了解水的结构和性质; • 掌握水的相图、稀溶液的依数性: 掌握水的相图 稀溶液的依数性 蒸汽压下降(水的饱和
蒸气压、相对湿度)、沸点升高、凝固点下降、渗透压
• 熟悉各种酸碱理论对于酸 熟悉各种酸碱理论对于酸、碱的定义及弱电解质解离 碱的定义及弱电解质解离 平衡的计算,能够用合适的公式计算各种体系的pH值; • 掌握缓冲溶液的组成、原理和计算; 掌握缓冲溶液的组成 原 和计算 • 熟练掌握各种体系下沉淀的生成、溶解及沉淀平衡的 移动; • 掌握配位化合物结构,简单认识配位平衡;
几种常见物质的热容(J/g·K)
Ammonia, NH3 Liquid water , H2O Ethylene glycol, C2H6O2 Ice , H2O W t vapor, H2O Water Aluminum, Al Iron, Fe Silver Ag Silver, Gold, Au 4.70 4.184 2.42 2.01 20 2.0 0.90 0.451 0 24 0.24 0.13
5.2 水溶液中的酸碱平衡
5.2.1 酸碱理论及其发展 一、Arrhenius 一 Arrheni s 的电离理论(1887年) 1.酸碱的定义及其特征 酸:在水中电离出H+(水合离子)的物质。 的物质。 碱:在水中电离出OH-的物质 酸和碱的一般特征: ① 酸和碱可以发生中和反应; 酸和碱可以发生中和反应 ② 酸和碱可以分别使指示剂变色; ③ 酸和碱对许多化学反应有催化作用; ④ 酸碱反应的实质 酸碱反应的实质:H++OH- = H2O
难挥发的非电解质溶液中的蒸汽压
难挥发的非电解质溶液中,溶剂的部分表面被难挥发溶 质占据 单位面积上溶剂的分子数减少 溶液表面逸出液 质占据,单位面积上溶剂的分子数减少,溶液表面逸出液 面的溶剂分子数比纯溶剂少溶液的蒸汽压比纯溶
剂低。
密闭容器
水溶液
纯水 水
会发生什么?结果呢?
蒸发的速率
拉乌尔定律
质量摩尔浓度:每1000克溶剂 中所溶解的溶质的物质的量 中所溶解的溶质的物质的量。
2、沸点升高和凝固点降低
溶剂三相点 溶液三相点
T ole/ kg) b K b m B(m
纯溶剂
溶液
Tf Kf mB (mole / kg)
溶剂的沸点
溶液的凝固点 溶剂的凝固点 溶液的沸点
稀溶液蒸气压下降引起沸点升高和凝固点下降图示
不同物质、不同温度的蒸气压(平衡蒸气压)
•沸腾-沸腾 当液体被加热到某一温度时,平衡蒸气压等于外压,液 •沸点(bp) 沸点(b )--液体发生沸腾的温度;
体的蒸发气化加剧,液面下水蒸汽小气泡冲出液面爆裂的现象;
•相对湿度--一定温度下实际测得的空气中水的分压与
水的平衡蒸气压(Peq,根据温度查表 根据温度查表) 的相对比值: 的相对比值 • 例 1 :已知某一天空气的相对湿度为 57% ,温度为 25 C ,请问 此时空气中水的分压为多少?(已知水在25C、40C时的饱和 蒸汽分别为3.167kPa和7.38kPa)
T f K f mB (mole / kg )
Kf--指定溶剂的凝固点降低常数; --指定溶剂的凝固点降低常数 mB--质量摩尔浓度(每kg溶剂中所溶解溶质物质的量)。 Kf物理意义 在1000g溶剂中加入1mol(化学式)难挥发的非电解质所 引起的溶液凝固点的下降度数。
部分溶剂的凝固点下降常数和沸点上升常数
V n RT

c RT
: 溶液的渗透压,kPa V: 溶液的体积,dm-3 n: 溶质的物质的量,mol c: 溶液的浓度,mol·dm-3
注意 气体常数R的取值对的单位不同而改变: 注意:气体常数 的单位不同而改变 π~atm. V~l,R~0.082atm · mol-1·K-1 π~kPa; V~l,R~8.314kPa · mol-1·K-1
解:
m
T凝 K凝
5 . 40 5 . 24 1 0.0313mol kg 5.12
0.322 / M m 0.0313 80 / 1000 1 M 128.6 g mol
故萘的摩尔质量为128.6
Naphthalene Mol. Wt.: 128.17
3、溶液的渗透压 、
6); ppm(百万分之一10 (百万分之 10-6 ) 9) ppb(十亿分之一10 b(十亿分之 10-9 )
100 %
( mol l / dm d 3)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.1 非电解质稀溶液的依数性
溶液的性质涉及两个方面: ① 决定于溶质的本性,如颜色、密度、表面张力等; 决定于溶质的本性 如颜色 密度 表面张力等 ② 与溶质的本性无关,仅仅决定于溶质的 与溶质的本性无关 仅仅决定于溶质的数量(依数
在弱电解质溶液中,存在着已电离的弱电解质的离子和未 在弱电解质溶液中 存在着已电离的弱电解质的离子和未 电离的弱电解质分子之间的平衡:
HA
A - + H+
[A ][H ] Ka [HA] [ ]
电离常数(Ka、Kb)的意义:
• 数值大小可衡量弱酸(碱)的相对强弱, 数值大小可衡量弱酸(碱)的相对强弱 Ka(Kb) 10-4认为是弱酸(碱)的; • 数值大小只和温度有关,与浓度无关; 数值大小只和温度有关 与浓度无关; • Ka、Kb随温度而改变,但由于是在溶液中进行的反应,活化 能相对较小, Ka、Kb受温度变化的影响很小,通常不考虑温 度对K 度对 Ka、Kb的影响。 多元酸电离出氢离子是分步进行的,且第一级电离比其他各 级电离比其他各 • 多元酸电离出氢离子是分步进行的,且第 级电离大得多,可近似以第一级电离为主。
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