普通化学3-1溶液通性

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• 溶剂分子从溶液流向纯溶剂(或稀溶液)的过程 称为反渗透。 • 必须在溶液一边施加超过渗透压的静液压。 • 海水淡化,成本约为城市自来水的3倍。
例 血红素1.00 g溶于适量水中,配成100 mL溶液,此 溶液的渗透压为0.366 kPa(20℃),求血红素的相对 分子质量。 (1)溶液的物质的量浓度为: cB =1.50×10-4(molL-1) (2)血红素的相对分子质量为: M=6.7×104 (gmol-1) (3)溶液的沸点上升为: Δtb =7.68×10-5 凝固点下降值为: Δtf =2.79×10-4 由计算可见,Δtb和Δtf数值很小,测量起来很困难。 但稀溶液的渗透压相当大,容易测量。

C17H35COO-Na+ + Ca2+ == (C17H35COO-)2Ca2+
硬酯酸钠(溶于水) 硬酯酸钙 (不溶于水) 或硬酯酸镁

解决办法:加抗硬水剂如 三聚磷酸钠Na5P3O10
钠肥皂 油 油 水
表面活性剂的应用
• 很多农药都是不溶于水的有机油状物,不能直接使用,需将 它们与亲水性乳化剂配合制成 O/W 型乳剂后再使用。这样就 能以少量药剂较均匀地噴洒在作物上,既能充分发挥药效, 又能防止农药太集中而伤害作物。 • 在正常生理活动中,脂肪因不溶于水而难于被机体消化吸收, 因此在消化系统内的运输和吸收需经胆汁中胆酸的乳化作用 和小肠的蠕动,使脂肪形成乳状液后,就易于进行生化反应 而被消化吸收了。
适用于非电解质稀溶液。 一般用来测定高分子化合物的摩尔质量。
生物体的细胞膜
• 非常完美的半透膜,可以分离新陈代谢中的 废物,维持体内电解质的平衡,通过膜吸收 营养成分为各器官提供能量,维持生命过程 的持续。 • 合成人工膜,用以进行各种分离,如气体分 离膜,离子交换膜,超滤膜,透析膜。
反渗透
活度和活度因子
定量描述强电解质溶液中离子间的相互作用: 活度——离子的有效浓度,也称表观浓度 。 • 活度与浓度的关系:α=γc – γ: 活度系数, 0-1; 表示电解质溶液中离子间的相 互牵制作用强弱的反应 • 溶液很稀时,α与c值趋于相等, γ趋近于1,离子间的 牵制作用极弱。 • 浓度增大,离子间的牵制作用增强,α与c值相差越大, 则γ越小。
10.0 1000 T f K f mB 1.86 M B 100.7
1.86 10.0 1000 MB 342 g mol 1 0.54 100.7
学习要求
了解溶液通性产生的原理,掌握利用稀溶液
的通性测定溶质的摩尔质量的方法,能定性
判断各类电解质溶液对稀溶液通性的影响。
普通化学电子教案
第三章 水溶液化学
3.1 溶液的通性
3.2 酸碱解离平衡 3.3 难溶电解质的多相离子平衡 3.4 水的净化与废水处理
3.1 溶液的通性
• 溶液的性质大体上可分为两类:
由溶质不同而引起的各种性质,如密度、导电率、酸碱性、 颜色等; 由溶质的粒子数目不同而引起的各种性质,如蒸气压下降、 沸点上升、凝固点下降、渗透压等。这类性质称为通性(依 数性)。
3、渗透压
(1) 液体的蒸汽压
• 饱和蒸汽压P*(蒸汽压): 蒸发 凝结,当蒸发= 凝结 时,饱和蒸汽产生的压力;
蒸 发
凝 结
• P*的大小主要取决于物质的本 性,外因上只随温度的升高而 增大。
溶剂转移实验: 现象?
一定时间后


浓溶液
空杯
浓溶液
初始状态
终止状态
1、非电解质稀溶液的蒸气压下降
作业
P115 #1-4 (做在书上) #6
3.1.3 表面活性剂溶液和膜化学
• 表面张力:
表面粒子比内部粒子具有较高的能量,为了降低表面能
液体:表面有自动收缩到最小趋势(球形),以减小表面能 固体:吸附作用降低表面能,如活性炭、硅胶、沸石等常用
作吸附剂。
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表面活性剂的结构
• 凡是溶于水后能显著降低水的表面能的物质称为表面 活性剂 。如肥皂、洗洁精、洗衣粉等。 – 用于乳状液的表面活性剂称为乳化剂。 • 表面活性剂的结构特征
• 在溶剂中加入少量难挥发非电解质 (如葡萄糖、蔗糖、甘油等),同 一温度时,paq<p* 。 • 蒸汽压下降值:Δp = p*- p • 蒸汽压下降原因: –溶质分子→溶剂化,束缚了一 些高能量的溶剂分子; – 溶剂表面被溶质分子占据。单位 时间内逸出液面的溶剂分子数目 便相应地减少了——主要因素
等渗液中的红血球
高渗液中的红血球
低渗液中的红血球
7.南极鱼类的抗寒性 南极鱼类血液的冰点为-2.0 ℃ 温带鱼类血液的冰点为-0.8 ℃ 生物化学研究确定,当外界温度偏离室温时,无论 升高或降低,在有机体细胞中都会强烈产生可溶碳 水化合物。 8.植物细胞的渗透压可达2000kPa,使水可由植物的根 部输送到高达数十米的树冠。 9.浓溶液也具有通性(依数性)。
• Kf:摩尔凝固点下降常数,只与溶剂本性有关; 原 因 :
蔗糖(少许) 冰水共存:p水*=p冰*=p 冰融化 (吸热) 系统温 度下降


加蔗糖后:p溶液<p
由于p冰*下降较快,当温度下降到 tf 时, p冰* = p溶液, 系统再次处于平衡状态
说明:
• 溶液的沸点上升和凝固点下降都可以测定溶质 • 的摩尔质量,较常用的是凝固点下降法。 原因:1、达到溶液的凝固点时,溶液中有晶体析出,
渗透压的定量计算(实验规律)
• 稀溶液的渗透压与浓度及绝对温度成正比,而 与溶质本性无关。 即 = cB RT mBRT
式中:为渗透压(kPa); c是溶液的物质的量浓度(molL-1); mB是溶质B的质量摩尔浓度; T为绝对温度(K); R为气体常数(8.314kPaL molK-1)。
• 乳状液的类型取决于所选用的乳化剂
– 钠肥皂——亲水基截面较亲油基大,有利于形 成水包油型的乳状液。 – 钙肥皂——亲油基截面较亲水基大,有利于形 成油包水型的乳状液。
水相把油滴紧紧包围起来 油相把水滴紧紧包围起来




钠肥皂的去污原理

肥皂不能在硬水中去污。因为硬水中含较多Ca2+ 和Mg2+, 会发生下列反应:
– 亲水的极性基团,如—OH、—COOH、—NH2、 —SO3H等,它们与水的亲合力较强,称为亲水基; – 亲油的非极性基团,如R—(烃基)、Ar—(芳基)等,它 们与水的亲合力较弱,与油的亲合力较强,称为亲油基。 例如,硬脂酸钠 C17H35—COONa
亲油基(疏水基)
亲水基
简化表示Fra Baidu bibliotek
双亲分子的结构
K——蒸汽压下降常数,只与溶剂有关
*
• Δp =K mB: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液的质量 摩尔浓度mB成正比,与溶质种类无关。
2、溶液的沸点上升
• 沸点(b.p.):
paq= p外时液体沸腾,
这时的温度称--;
P外=P* Paq
Paq< P
*
沸点上升原因:
373K,101.325kpa时:
paq< p*,所以要提高温度
才能使Paq= P*,即沸腾。

拉乌尔定律:Tb=Tb-Tb* = KbmB
P81
Kb:沸点上升常数,与溶剂性质有关, mB:溶液的质量摩尔浓度。
溶液凝固点下降
• 凝固点(f.p.): p液 = p固,固、液两相平衡时
的温度。
Tf = Tf*-Tf = Kf mB
葡萄糖(少量)
溶液蒸气压下降的定量计算
• 一定T下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气 压下降值p与溶质的摩尔分数xB成正比:

nB p p A =p A B nA nB
nB——溶质的摩尔数;xB——溶质B的摩尔分数; pA——纯溶剂的蒸气压
若溶剂质量1kg,在数值上nB= mB,
mB p MA p p * mB KmB 1000 1000 MA
易于观察。 2、只有稀溶液才符合拉乌尔定律,实验测得 的ΔTf和ΔTb值均比较小,同一溶剂的Kf值
均比Kb值要大,同一溶液的ΔTf会比ΔTb 大,实验误差要小;
3、渗透压
半透膜两边的液位差所表 示的静压即为渗透压。 p
h
• 半透膜:只允许水分子 及小分子自由通过而限 制大分子通过。 • 渗透过程:自发进行
例:测得人体血液的凝固点下降值为0.56K, 求人在体温37℃时血液的渗透压。 • 解: = cB RT mBRT
Tf = Tf0-Tf = Kf mB
(Tf /Kf )RT
(Tf /Kf )RT=8.314×310×(0.56/1.86) 776 kPa
例题2 在200克水中溶解10克葡萄糖 (C6H12O6),试 求该溶液在101.3KPa时的沸点。(M =180g· -1) mol
• 溶液通性的特点:
通性的变化只与溶质的粒子数目即溶液浓度有关,与溶质的 本性无关。 溶液越稀,通性的表现越有规律。 电解质与非电解质溶液的通性有所不同,难挥发与易挥发溶 质的溶液的通性有所不同,这里着重讨论难挥发非电解质稀 溶液的依数性。
3.1.1 非电解质溶液的通性
1、溶液的蒸气压下降 2、溶液的沸点升高和凝固点降低
抗冻剂—乙二醇类
雪地上撒盐
在理解溶液通性这一概念时,应注意:
• 不管是稀溶液还是浓溶液,不管是非电解质 溶液还是电解质溶液,都会产生蒸气压下降 等通性。 • 只有非电解质的稀溶液,能进行计算。电解 质稀溶液由于溶质分子发生电离,在计算时 必须进行校正。对于浓溶液,不能计算。 • 稀溶液一般指c<0.1mol·-1 的溶液 ,其实浓 l 与稀之间并无明确的界线。
溶液通性的应用
1·抗旱性和抗寒性 蒸气压下降可预防动植物过快脱水,但使水果等难干燥 预防冻伤,但食品冷藏时需较低的温度,一般水果在
-1~-4 ℃ 时才结冰。 2· 干燥剂CaCl2,P2O5
3· 冷冻剂 100g冰+30gNaCl,Tf -22.4℃。 100g冰+42.5gCaCl2,Tf -55℃。 4· 施肥过多,盐碱土 5· 反渗透:海水淡化,生产成本约为自来水的3倍。 6· 输液 5%的葡萄糖和0.9%生理盐水为等渗溶液。
3.1.2
电解质溶液的通性
• 电解质溶液也具有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝 固点下降和渗透压等通性。
Tf p Tb i Tf p Tb

i——范特荷甫
校正系数
i——数值约等于电解质一分子能离解出来的离子 的个数,溶液越稀,i值越接近于整数。

p
p+Π
p
纯水 纯水 半透膜 糖水
半透膜
糖水
只透过溶剂不透过 溶质的膜,如动物膀 胱,猪羊的肠衣、细 胞膜等
p
p h 溶液1 半透膜 溶液2
• 渗透现象发生在用半透膜隔 开的纯溶剂和溶液之间,也 发生在用半透膜隔开的两种 不同浓度的溶液之间,这时 较稀溶液中的溶剂渗入较浓 溶液中。 • 等渗溶液:半透膜隔开的两 种溶液浓度相同 • 反渗透:溶液上施加的力大 于渗透压时,浓溶液中的溶 剂渗透进稀溶液里
Na+ Na+
ClNa+
Na+ Na+
Cl离子氛
离子氛
• 离子互吸理论: 当电解质溶液通电 时,带正电的离子向负 极移动,但它的“离子 氛”却要向正极移动, 导致离子的运动速度比 自由离子要慢,使溶液 的导电性比理论要低, 表现为离解度降低。
Na+ Na+
ClNa+
Na+ Na+
Cl离子氛
• 离子价数越高,或溶液浓度越大,离子间相互 牵制作用越强,实验测得的离解度越小。 • 表观离解度:实验测得的强电解质的离解度。 与弱电解质的离解度定义不同。表观离解 度仅仅是强电解质溶液中离子间的相互牵制作 用强弱的反应。
• m(C6H12O6)=
10×1000 -1180×200 • =0.278mol· kg
△Tb=0.512×0.278=0.14(K) Tb=373.15+0.14=373.29(K)
• 例题3 在100.7克水中溶解10.0克蔗糖 (C12H22O11), 测得该溶液的凝固点为272.46K,求蔗糖的M.
NaCl类:1-1型电解质稀溶液,i→2, MgC12:1-2型或Na2SO4等2-1型电解质稀溶液,
i→3,其余类推。
离子氛
• 1923年荷兰物理学家德拜 (P.Debye)和德国物理学家 休克尔(E. Hückel)提出了 离子互吸理论。 • “离子氛”:强电解质在 水溶液中时全部离解的, 但离子间的相互作用,不 仅使得离子的运动受到束 缚,而且使得离子在水溶 液中的分布变得不均匀, 在离子的周围会分布多个 带相反电荷的离子。形成 “离子氛”。
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