水化学——水污染 PPT

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HB = H+ + B- 酸=质子+共轭碱
酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间的质 子传递反应。
● 酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越 弱 ● 反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱 的酸和碱的方向进行
2. 弱酸弱碱的水溶液中的离子平衡及pH值的计算 (1) 弱酸与弱碱的解离常数
酸、碱溶液中存在着解离平衡,其平衡常数 叫做解离常数,可分别用Ka及Kb表示。
偏差的大小可用电解质溶液与同浓度非电解质溶 液的凝固点下降的比值 i 表示
i=△Tf'/△Tf
思考题: 排出下列溶液凝固点由高到低的顺序
1. c(C6H6O6)=0.10mol.dm-3 2. c(CaCl2)=0.05 mol.dm-3 3. c(Na3PO4)=0.033 mol.dm-3 4. c(KNO3)=0.10 mol.dm-3
K b{b(B){ /b b(H }b{ )B (/H b3O })/b}
例1:计算氨的离解常数Kb
思考题:计算K有哪几种常用方法?
(2) 一元弱酸、弱碱的解离度α及溶液pH的计算
● 醋酸HAc
HAc(aq) + H2O(l)= H3O+(aq) + Ac-(aq)
HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq)
解:
酸的酸性越强,其共轭碱的碱性就越弱,共 轭酸碱的离解常数的乘积等于水的离子积KW.
例4 计算0.100mol.dm-3的NH4Cl溶液的PH,已 知NH4+的Ka=5.65×10-10 解:
c(H)c Kac eq
5.65 10 100.10m 0o .dlm 3
=7.5×10-6.mol.dm-3 p H = -lg(7.5×10-6)=5.12
能抵抗少量外来强酸或强碱加入保持溶液的pH 值基本不变的溶液叫做缓冲溶液. 2. 缓冲原理
以HAc-NaAc系统为例,
当施加的压力达到某一值时,能实现膜的内外液 面高度相等,此时溶液液面上所增加的压力就等于 溶液的渗透压力。
因此,渗透压可理解为:为阻止溶剂分子 透过半透膜进入溶液而维持两边液面等高必须在 溶液一边需要施加的额外压力。
难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的 浓度(mol.dm-3)及绝对温度成正比。
• 渗透压 (1)渗透现象与渗透压
只允许溶剂的分子通过,不能允许溶质分子通 过的膜叫做半透膜。用半透膜将浓度不等的溶液 隔开,
浓度较低一边的溶剂分子透过半透膜进入浓度高的 溶液一边,使其液面升高的现象叫做渗透现象。
渗透是溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩 散过程。要使溶液的液面不上升,必须在溶液面上 施加一定压力。
• 非 电 解 质 稀 溶 液 的 依 数 性 ( colligative properties dilute nonelectroiyte solution)
• 依数性的含义

难挥发的非电解质的稀溶液的性质与浓度
(或者是与溶液中的“粒子数”的多少)有关而
与溶质的性质无关. Ostwald 称其为“依数性” .
c(H)c Kac eq
α和Ka都可用来表示酸的强弱,但α随 c 而变, 在一定温度时,Ka不随 c 而变,是一个常数。
这几个关系式是弱酸溶液计算的基本关系式, 要求初步掌握其计算 .
同理,一元弱碱的电离平衡
例题3 已知25℃时, 0.200mol·L-1氨水的电离
度为0.934%,求c(OH-), pH值和氨的离解常数.
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
平衡浓度 0.10-x x 0.10+x
Ka(HA )cce
q(H)ce q(Ac) ceq(HA ) c
1.81 05x(0.10 x) 0.10 x
∵ x很小,0.10+x≈0.10,0.10-x≈0.10 ∴ x=1.8×10-5
p H(2)=4.75 ∴ △p H=4.75-2.87=1.87
● 多元酸的解离平衡 多元酸的解离是分级进行的,每一级都有一个
解离常数
溶液中的H+主要来自于弱酸的第一步离解,
计算c(H+)或pH 时可只考虑第一步离解.计算式与
一元酸相同。
例题7 计算0.100mol.dm-3的H2S溶液的pH 解:
二 缓冲溶液和pH的控制 1 缓冲溶液(the buffered solution)
小结:非电解质稀溶液依数性:
蒸气压下降 △PA=pA*xB
沸点升高
△Tb=KbmB
Kb=R(Tb.A*)2MA/△VAPHm.A*
凝固点下降 △Tf=KfmB
Kf=R(Tf.A*)2MA/△subHm.A*
渗透压
V= nBRT
电解质溶液解离出的粒子个数愈多,偏离依数性 规律也愈大。
作业: p157: 6
汽压乘以溶剂在溶液中的量分数。 p=pA*xA
xA=nA /(nA+nB), xB=nB/(nA+nB)
△p=pA*-p=pA*xB 一定温度下,稀溶液的蒸汽压的下降与溶质 B的量浓度成正比。
例题1 已知20℃ 时水的饱和蒸汽压为2.33 kPa. 将 17.1g蔗糖C12H22O11 与3.00g尿素[CO(NH2)2]分别 溶于100g水. 计算形成溶液的蒸汽压. 解:
K aHA c ec H q c e /c H qc e /A c A q /c c c
Ka(HA )cce
q (H)ce q (Ac ) ce q (HA ) c
解离度的定义 设一元酸的浓度为c,离解度为,则
当很小时, 1- ≈1
溶液的解离度与其浓度平方根成反比。即浓度越 稀,解离度越大,这个关系式叫做稀释定律。
例题5 向1.0L浓度为0.10mol.L-1的HAc溶液中 加入0.10mol的NaAc(s),溶液的pH变化多少? (已知Ka=1.8×10-5) 解: 1.0L 0.10mol.L-1的HAc溶液的pH
c(H+) K ac1.8 1 50 0.1 0 1.3 1 3 30
p H(1)=2.87 加入0.10molNaAc(s)后,设H+浓度为x
参考答案; ∵ 1. C粒子(C6H6O6)=0.10mol.dm-3
2. c粒子(CaCl2)=0.15 mol.dm-3 3. c粒子(Na3PO4)=0.13 mol.dm-3 4. c粒子(KNO3)=0.20 mol.dm-3 ∴ 凝固点下降高低顺序为4﹥2﹥3﹥1 凝固点由高到低顺序为1、3、2、4
100℃时,饱和蒸气压为101.325kPa。
(2) 蒸气压下降
往溶剂(如水)中加入一种难挥发的溶质,使它溶 解而生成溶液时,溶剂的蒸气压力便下降。同一温 度下,纯溶剂蒸气压力与溶液蒸气压力之差叫做溶 液蒸气压下降。
(3)拉乌尔定律(Raoult’s law) 在一定温度下稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸
二 电解质溶液的通性
电解质溶液,或浓度较大的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性质。
如海水不易结冰,其凝固点低于273.15K,而沸 点则可高于373.15K。
工业上或实验室中常用某些易潮解物质,如氯化 钙、五氧化二磷等作为干燥剂,就是因为这些物 质能使其表面所形成的溶液的蒸气压力显著下降, 即这些物质能不断地吸收水蒸气。
§3-2 水溶液中的单相离子平衡
单相离子平衡可分为酸、碱的解离平衡及配离子 的解离平衡两类。
• 酸和碱在水溶液中的解离平衡
1. 酸碱理论
A 电离理论 由Arrhenius提出
(1)要点: ● 解离出的正离子全部是H+的 物质叫酸; ● 离解出的负离子全部是OH-的 物质叫碱。
● 酸碱反应的实质是
B 质子理论(J.N.Brönsted等人提出) (1)要点
● 反应中任何能给出质子的分 子或离子,即质子给予体叫做 酸.
● 反应中任何能接受质子的分 子或离子,即质子接受体叫做 碱.
● 酸碱反应是质子由质子给予 体向质子接受体的转移过程.
水为两性物质
(2)质子理论的特点 ▲ 该定义不涉及发生质子转移的环境,故而在气 相和任何溶剂中均通用. ▲ 质子理论中无盐的概念,电离理论中的盐,在 质子理论中都是离子酸或离子碱,如NH4Cl 中的 NH4+是离子酸, Cl-是离子碱. ▲ 得失质子的物质组成共轭酸碱对
Fra Baidu bibliotek
解 萘的摩尔质量m(C10H8)=128.0g.mol-1
mb=(2.67/128)/(100/1000)mol.kg-1 =0.2086 mol.kg-1
由 Kb = △Tb/mb =0.531K/0.2086 mol.kg-1
凝固点下降的应用 汽车的散热器(水箱)的用水, 在寒冷的季节,通常加入乙二醇C2H4(OH)2使溶液 的凝固点下降而防止冻结。
水化学 水污染 ◇ 溶液的通性及应用 ◇ 可溶电解质在水溶液中的单相离子平衡 ◇ 难溶电解质的多相离子平衡 ◇ 水的污染及其处理
§3-1 溶液的通性
讨论由难挥发性溶质B和溶剂A组成的溶液所引 起溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降, 以及溶液渗透压等。
干燥剂.抗凝剂、冷冻剂、反渗透、科学实验 技术等都与这些性质有关。
溶液的几种性质与水的比较
物质 纯水
Tb /℃ Tf /℃ 20℃/(g·cm-3)
100.00 0.00 0.9982
糖水0.5mol·kg-1 100.27 -0.93 1.0687
尿素溶液0.5mol·kg-1 100.24 -0.94 1.0012
1 蒸气压下降
(1) 蒸气压 纯液体和它的蒸气处于平衡状态时,蒸 气具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。例如 水: 20℃时,饱和蒸气压为2339Pa
但是,稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的 定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。
因为在浓溶液中,溶质微粒之间的相互影响以及 溶质微粒与溶剂分子之间的相互影响大大加强。这 些复杂的因素使其对稀溶液定律的定量关系产生了 偏差。
在电解质溶液中,由于电解质的解离,溶液中溶 质粒子数增加,其凝固点下降数值比相同浓度(m)的 非电解质溶液的凝固点下降数值要大。
以Π表示渗透压(Pa),c表示浓度(mol.m-3), T表示热力学温度(K),n表示溶质的物质的量 (mol),V表示溶液的体积(m3),则
例题3 测得人体血液的冰点降低值∆Tf= 0.56 求在 体温37℃ 时的渗透压. 解:
=cRT≈1000
=1000 ×(0.56/1.86) ×8.314×(273+37) =7.756×105Pa (2) 渗透压在生物学中的意义。 生物的细胞膜具有半透膜的性质,渗透压是引起 水在生物体中运动的基本推动力。 一般植物细胞汁的渗透压约可达2000kPa,水分 可以从植物的根部被送到数十米高的顶端.
H+ + OH- = H2O (2)优缺点:
Arrhenius电离理论简单,是第一个电解质溶 液理论,对溶液理论的发展具有重要作用;
缺点是把酸碱的概念局限于水溶液系统内,难 于解释非水系统进行的反应。例如,
NH3 与 HCl 在 气 相 或 者 在 苯 中 反 应 也 生 成 NH4Cl,电离理论就不能解释。
由于溶液的蒸汽压下降,要使其沸腾即蒸汽压达 到外界压力就必须使其温度继续升高△Tb达到新的沸 点才能沸腾.
大家有疑问的,可以询问和交流
可以互相讨论下,但要小声点
9
同理,蒸气压下降的结果导致溶液凝固点下降
沸点升高
△Tb=Kb.mb
凝固点下降
△Tf=Kf.mb
例题2 已知纯苯的沸点是80.2 ℃,取2.67 g萘 (C10H8) 溶于100g苯中测得该溶液的沸点为 80.731℃ 试求苯的沸点升高常数.
思考题
弱酸的浓度越低,其离解度越高,因而溶液 的酸性也越强,pH越低。该说法对吗?为什 么?
参考答案
不对,因为酸性强弱由溶液中H+浓度确定, 虽然弱酸的浓度越低,离解度越高,但由于 浓度降低很多,溶液中氢离子浓度会降低, 溶液的pH升高。
例题 6 计算0.10mol.dm-3的NaAc溶液的pH. 解 :反应为 Ac-1 + H2O = HAc + OH-1 ,查得
两种溶液中水的量分数相同
2.溶液的沸点上升和凝固点下降
(1) 沸点与凝固点
沸点是液体的蒸气压等于外压时对应的温度; 凝 固点是液相的蒸气压力与固相蒸气压力相等时对应的 温度。
在外压一定条件下,晶态的纯物质有一定的凝固 点和沸点。向溶剂中加入溶质,溶剂的凝固点会下降、 沸点会上升。
(2) 非电解质溶液的沸点升高与凝固点降低
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