無機化學精品課程第三篇

水溶液化學原理

第八章水溶液2010年12月20日，星期一第二十一次課

2010~2011學年第一學期化學系2010級應化專業無機化學精品課程第三篇水溶液化學原理2010年121教學內容：

1、8–1溶液及溶解度

2、8–2非電解質稀溶液通性

3、8–3電解質溶液教學重點：非電解質稀溶液通性教學難點：

非電解質稀溶液通性

精品課程無機化學教學內容：精品課程無機化學28-1溶液及溶解度8-1-1溶液1.定義——由兩種或兩種以上物質混和而成的均相、穩定的稀釋體系。2.組成——溶質+溶劑精品課程無機化學8-1溶液及溶解度精品課程無機化學3溶液氣體溶液

例：空氣（21%O2，78％N2，1％

CO2，CO，NOx，SOx，

H2O(g)…）液體溶液例：氨水，NaCl水溶液，乙酸水溶液固體溶液（合金）鋼（Fe,C,Mn,Ni,Co…）黃銅Cu,ZnNd-Fe-B合金3.分類精品課程無機化學溶液氣體溶液液體溶液固體溶液（合金）鋼（Fe,C,M4液體溶液可以分為：

●氣體、固體（溶質）溶解于液體（溶劑）●液體溶解于另一液體:量少－溶質量多－溶劑溶液中還含有“溶劑化物”——即溶質與溶劑互相作用的產物．精品課程無機化學液體溶液可以分為：精品課程無機化學54.溶液的形成－溶解過程

溶解過程是物理-化學過程，不是單純物理過程，常有能量、體積、顏色變化。例如：

H2SO4(l)+H2O(l)=H2SO4(aq)△H

?＜0（放熱）NH4HCO3(l)+H2O(l)=NH4HCO3(aq)△H

?＞0（吸熱）精品課程無機化學4.溶液的形成－溶解過程精品課程無機化學6溶解過程分2個步驟:1.溶質分子或離子的離解(△H＞0,△V＞0)；2.溶劑化作用(△H＜0,△V＜0)精品課程無機化學溶解過程分2個步驟:精品課程無機化學78-1-1

溶解度

1、一定溫度和壓力下溶質在一定量溶劑中形成飽和溶液時，被溶解的溶質的量稱為該溶質的溶解度。2、常用溶解度表示法：100g溶劑中所能溶解的物質的最大克數。例如：20℃時100g水中溶解35.7gNaCl為該溫度下NaCl的飽和溶液，即20℃時NaCl的溶解度為35.7g/100g（H2O），此溶液的質量分數為26.3%，質量摩爾濃度為6.10mol·kg－1。精品課程無機化學8-1-1溶解度1、一定溫度和壓力下溶質在8●溫度對固體溶質的溶解度有明顯的影響，壓力幾乎沒有影響。討論固體溶質的溶解度時必須標明溫度。●混合溶液中物質的溶解度問題，要用相圖來討論。●過飽和現象是熱力學上的介穩態。●氣體的溶解度一般用單位體積的溶液中氣體溶解的質量或物質的量表示。討論氣體溶解度時必須注明溶液的溫度和氣體的壓力。精品課程無機化學●溫度對固體溶質的溶解度有明顯的影響，壓力幾乎沒有影響。討9亨利定律——氣體的溶解度與氣體的分壓呈正比。

表示為：p=Kx（K為亨利系數）只有當氣體遵循理想氣體行為時，亨利定律才有效。精品課程無機化學亨利定律——氣體的溶解度與氣體的分壓呈正比。只有當氣體遵循108－1－3相似相溶原理溶解過程的一般規律是相似相溶。1、溶質分子與溶劑分子的結構越相似，相互溶解越容易。2、溶質分子的分子間力與溶劑分子的分子間力越相似，越易互溶。精品課程無機化學8－1－3相似相溶原理精品課程無機化學118-2非電解質稀溶液的依數性物質的溶解是一個物理化學過程，溶解的結果，溶質和溶劑的某些性質發生了變化。這些性質變化分為兩類：●

第一類性質變化決定于溶質的本性，如溶液的顏色，密度,導電性等。●第二類性質變化僅與溶質的量有關而與溶質的本性無關，如非電解質溶液的蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降和滲透壓等。

●

依數性——只與溶液的濃度（即單位體積內質點的數目）有關，而與溶質本身無關的性質。精品課程無機化學8-2非電解質稀溶液的依數性物質的溶解是一個128-2-1溶液的蒸氣壓下降——拉烏爾定律下圖為稀溶液蒸氣壓下降的實驗說明：溶液的蒸氣壓小于純溶劑的蒸氣壓。精品課程無機化學8-2-1溶液的蒸氣壓下降——拉烏爾定律下圖為稀溶液蒸氣壓13實驗測定25C時，水的飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167.7Pa；

0.5mol·kg-1

糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3135.7Pa；1.0mol·kg-1

糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3107.7Pa結論：溶液的蒸氣壓比純溶劑低，溶液濃度越大，蒸氣壓下降越多。精品課程無機化學實驗測定25C時，水的飽和蒸氣壓:結論：溶液的蒸氣壓比14拉烏爾定律：(1887年，法國物理學家)在一定溫度下，難揮發非電解質稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓乘以溶劑的摩爾分數，

p：溶液的蒸氣壓；純溶劑的蒸氣壓pB*；溶劑的摩爾分數xB;設溶質的摩爾分數為xA

Δp:純溶劑蒸氣壓與稀溶液蒸氣壓之差ABABBABBAxppxpppxppxx·=D·=--==+****)1(1BBxpp=*·精品課程無機化學拉烏爾定律：(1887年，法國物理學家)ABABBABB15對于稀溶液，溶劑物質的量nB

遠遠大于溶質物質的量nA，即nB

nA,xA=nA/nB

設溶液的濃度以1000g溶劑(水)中含的溶質物質的量nA為單位,則溶液的質量摩爾濃度m為：

m=nA(mol?kg-1)

∵nB

=1000/18=55.5mol∴xA=nA/nB=m/55.5

ΔP=PB*?m/55.5

結論：難揮發性的非電解質稀溶液，蒸氣壓下降數值只取決于溶劑的本性(K)及溶液的質量摩爾濃度m。精品課程無機化學對于稀溶液，溶劑物質的量nB遠遠大于溶質物質的量nA，即16凝固點：在一定的外界壓力下，物質的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等時的溫度，為該物質的凝固點。

溶液的凝固點是指溶液中的溶劑和它的固態共存的溫度。溶液蒸氣壓總是低于純溶劑的蒸氣壓，溶液凝固點會下降。

ΔTf=Kf·m

Kf：溶劑凝固點降低系數；

m：溶質的質量摩爾濃度。

8-2-2溶液的凝固點下降精品課程無機化學凝固點：在一定的外界壓力下，物質的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等17沸點：液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。溶液的蒸氣壓總是低于純溶劑的蒸氣壓；溶液的沸點升高Tb*

為純溶劑的沸點；

Tb

為溶液的沸點ΔTb=Kb·mKb：溶劑沸點上升常數，決定于溶劑的本性。（與溶劑的摩爾質量、沸點、汽化熱有關。）Kb物理意義：溶液的濃度m=1mol·kg-1時的溶液沸點升高值。8-2-3溶液的沸點上升精品課程無機化學沸點：液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。818半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質分子通過。

溶劑透過半透膜進入溶液的趨向取決于溶液濃度的大小，溶液濃度大，滲透趨向大。

溶液的滲透壓：由于半透膜兩邊的溶液單位體積內水分子數目不同而引起稀溶液溶劑分子滲透到濃溶液中的傾向。為了阻止發生滲透所需施加的壓強，叫溶液的滲透壓。滲透壓平衡與生命過程的密切關系：①

給患者輸液的濃度；②植物的生長；③人的營養循環。8-2-4溶液的滲透性精品課程無機化學半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質分子通過。8-19Van’tHoff(范特霍夫)發現：

與理想氣體方程相似，但無本質聯系。

：滲透壓；V：溶液體積；R：氣體常數；n：

溶質物質的量；c：體積摩爾濃度；T：

溫度；R=8.388J·mol-1·K-1結論：蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降，滲透壓都是難揮發的非電解質稀溶液的通性；它們只與溶劑的本性和溶液的濃度有關，而與溶質的本性無關。精品課程無機化學Van’tHoff(范特霍夫)發現：結論：蒸氣壓下降，20電解質溶液的“依數性”偏離Raoult定律和Van’tHoff公式。幾種溶液的凝固點（K）

鹽C/mol.dm-3

?Tf計算值*/K?Tf實驗值/KTf實驗值/Tf計算值KCl0.200.3720.6731.81KNO3

0.200.3720.6641.78MgCl2

0.100.1860.5192.79Ca(NO3)2

0.100.1860.4612.48*計算值按Raoult定律。實驗值偏離Raoult定律原因——由于電離，質點數上升。8-3電解質溶液精品課程無機化學電解質溶液的“依數性”偏離Raoult定律和Van’tHo21●Arrhenius電離學說

●活度（Activity,a）

●Ddbye和Hiickel的“離子氛”觀點精品課程無機化學●Arrhenius電離學說精品課程無機化學22●

Arrhenius電離學說

1.電解質在溶液中因溶劑的作用而離解為帶正、負電荷的質點——正、負離子，稱為“電離”。2.溶液中電解質只是部分電離：電解質分子=陽離子+陰離子電離的百分率稱為“電離度”精品課程無機化學●Arrhenius電離學說1.電解質在溶液中因溶劑233.電離是在電解質溶解的過程發生的；溶液中離子濃度↑，則溶液的導電能力↑

Arrhenius用“依數性法”和“電導法”測定了一些電解質的電離度，結果令人信服。精品課程無機化學3.電離是在電解質溶解的過程發生的；溶液中離子濃度↑，則24●活度（Activity,a）

1907年由美國物理化學家Lewis提出。他認為“非理想溶液”（實際溶液）不符合Raoult定律，是由于溶劑分子與溶質分子之間存在復雜的作用，在認清這種作用之前，可以用實驗數據對溶液的實際濃度作修正。精品課程無機化學●活度（Activity,a）1907年由美國物理化學25活度：即被校正過的溶液的有效濃度。符號a，量綱1。a＝f×

c

f稱為活度系數，且0＜

f

≤

1

當溶液無限稀時，f1,a

c

活度系數可以用凝固點法、蒸氣壓法、溶解度法、電動勢法等測定。

精品課程無機化學活度：即被校正過的溶液的有效濃度。符號a，量綱1。a26●

Ddbye和Hückel的“離子氛”觀點

)298(509.0lgKIZZf±-+-=式中，0.509是理論

計算的常數值，是正、負離子電荷的絕對值，I稱“離子強度”1

電解質在水溶液中完全電離；2

異性離子之間互相吸引，形成“離子氛”，故其行動不完全自由，遷移速率↓，表觀需要用正、負離子的平均活度系數f±來校正。精品課程無機化學●Ddbye和Hückel的“離子氛”觀點)298(5027例：求BaCl2水溶液的離子強度解：精品課程無機化學例：求BaCl2水溶液的離子強度解：精品課程無機化學28作業：P.3088－7；8－9；8－10精品課程無機化學作業：精品課程無機化學29無機化學精品課程第三篇

水溶液化學原理

第八章水溶液2010年12月20日，星期一第二十一次課

2010~2011學年第一學期化學系2010級應化專業無機化學精品課程第三篇水溶液化學原理2010年1230教學內容：

1、8–1溶液及溶解度

2、8–2非電解質稀溶液通性

3、8–3電解質溶液教學重點：非電解質稀溶液通性教學難點：

非電解質稀溶液通性

精品課程無機化學教學內容：精品課程無機化學318-1溶液及溶解度8-1-1溶液1.定義——由兩種或兩種以上物質混和而成的均相、穩定的稀釋體系。2.組成——溶質+溶劑精品課程無機化學8-1溶液及溶解度精品課程無機化學32溶液氣體溶液

例：空氣（21%O2，78％N2，1％

CO2，CO，NOx，SOx，

H2O(g)…）液體溶液例：氨水，NaCl水溶液，乙酸水溶液固體溶液（合金）鋼（Fe,C,Mn,Ni,Co…）黃銅Cu,ZnNd-Fe-B合金3.分類精品課程無機化學溶液氣體溶液液體溶液固體溶液（合金）鋼（Fe,C,M33液體溶液可以分為：

●氣體、固體（溶質）溶解于液體（溶劑）●液體溶解于另一液體:量少－溶質量多－溶劑溶液中還含有“溶劑化物”——即溶質與溶劑互相作用的產物．精品課程無機化學液體溶液可以分為：精品課程無機化學344.溶液的形成－溶解過程

溶解過程是物理-化學過程，不是單純物理過程，常有能量、體積、顏色變化。例如：

H2SO4(l)+H2O(l)=H2SO4(aq)△H

?＜0（放熱）NH4HCO3(l)+H2O(l)=NH4HCO3(aq)△H

?＞0（吸熱）精品課程無機化學4.溶液的形成－溶解過程精品課程無機化學35溶解過程分2個步驟:1.溶質分子或離子的離解(△H＞0,△V＞0)；2.溶劑化作用(△H＜0,△V＜0)精品課程無機化學溶解過程分2個步驟:精品課程無機化學368-1-1

溶解度

1、一定溫度和壓力下溶質在一定量溶劑中形成飽和溶液時，被溶解的溶質的量稱為該溶質的溶解度。2、常用溶解度表示法：100g溶劑中所能溶解的物質的最大克數。例如：20℃時100g水中溶解35.7gNaCl為該溫度下NaCl的飽和溶液，即20℃時NaCl的溶解度為35.7g/100g（H2O），此溶液的質量分數為26.3%，質量摩爾濃度為6.10mol·kg－1。精品課程無機化學8-1-1溶解度1、一定溫度和壓力下溶質在37●溫度對固體溶質的溶解度有明顯的影響，壓力幾乎沒有影響。討論固體溶質的溶解度時必須標明溫度。●混合溶液中物質的溶解度問題，要用相圖來討論。●過飽和現象是熱力學上的介穩態。●氣體的溶解度一般用單位體積的溶液中氣體溶解的質量或物質的量表示。討論氣體溶解度時必須注明溶液的溫度和氣體的壓力。精品課程無機化學●溫度對固體溶質的溶解度有明顯的影響，壓力幾乎沒有影響。討38亨利定律——氣體的溶解度與氣體的分壓呈正比。

表示為：p=Kx（K為亨利系數）只有當氣體遵循理想氣體行為時，亨利定律才有效。精品課程無機化學亨利定律——氣體的溶解度與氣體的分壓呈正比。只有當氣體遵循398－1－3相似相溶原理溶解過程的一般規律是相似相溶。1、溶質分子與溶劑分子的結構越相似，相互溶解越容易。2、溶質分子的分子間力與溶劑分子的分子間力越相似，越易互溶。精品課程無機化學8－1－3相似相溶原理精品課程無機化學408-2非電解質稀溶液的依數性物質的溶解是一個物理化學過程，溶解的結果，溶質和溶劑的某些性質發生了變化。這些性質變化分為兩類：●

第一類性質變化決定于溶質的本性，如溶液的顏色，密度,導電性等。●第二類性質變化僅與溶質的量有關而與溶質的本性無關，如非電解質溶液的蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降和滲透壓等。

●

依數性——只與溶液的濃度（即單位體積內質點的數目）有關，而與溶質本身無關的性質。精品課程無機化學8-2非電解質稀溶液的依數性物質的溶解是一個418-2-1溶液的蒸氣壓下降——拉烏爾定律下圖為稀溶液蒸氣壓下降的實驗說明：溶液的蒸氣壓小于純溶劑的蒸氣壓。精品課程無機化學8-2-1溶液的蒸氣壓下降——拉烏爾定律下圖為稀溶液蒸氣壓42實驗測定25C時，水的飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167.7Pa；

0.5mol·kg-1

糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3135.7Pa；1.0mol·kg-1

糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3107.7Pa結論：溶液的蒸氣壓比純溶劑低，溶液濃度越大，蒸氣壓下降越多。精品課程無機化學實驗測定25C時，水的飽和蒸氣壓:結論：溶液的蒸氣壓比43拉烏爾定律：(1887年，法國物理學家)在一定溫度下，難揮發非電解質稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓乘以溶劑的摩爾分數，

p：溶液的蒸氣壓；純溶劑的蒸氣壓pB*；溶劑的摩爾分數xB;設溶質的摩爾分數為xA

Δp:純溶劑蒸氣壓與稀溶液蒸氣壓之差ABABBABBAxppxpppxppxx·=D·=--==+****)1(1BBxpp=*·精品課程無機化學拉烏爾定律：(1887年，法國物理學家)ABABBABB44對于稀溶液，溶劑物質的量nB

遠遠大于溶質物質的量nA，即nB

nA,xA=nA/nB

設溶液的濃度以1000g溶劑(水)中含的溶質物質的量nA為單位,則溶液的質量摩爾濃度m為：

m=nA(mol?kg-1)

∵nB

=1000/18=55.5mol∴xA=nA/nB=m/55.5

ΔP=PB*?m/55.5

結論：難揮發性的非電解質稀溶液，蒸氣壓下降數值只取決于溶劑的本性(K)及溶液的質量摩爾濃度m。精品課程無機化學對于稀溶液，溶劑物質的量nB遠遠大于溶質物質的量nA，即45凝固點：在一定的外界壓力下，物質的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等時的溫度，為該物質的凝固點。

溶液的凝固點是指溶液中的溶劑和它的固態共存的溫度。溶液蒸氣壓總是低于純溶劑的蒸氣壓，溶液凝固點會下降。

ΔTf=Kf·m

Kf：溶劑凝固點降低系數；

m：溶質的質量摩爾濃度。

8-2-2溶液的凝固點下降精品課程無機化學凝固點：在一定的外界壓力下，物質的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等46沸點：液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。溶液的蒸氣壓總是低于純溶劑的蒸氣壓；溶液的沸點升高Tb*

為純溶劑的沸點；

Tb

為溶液的沸點ΔTb=Kb·mKb：溶劑沸點上升常數，決定于溶劑的本性。（與溶劑的摩爾質量、沸點、汽化熱有關。）Kb物理意義：溶液的濃度m=1mol·kg-1時的溶液沸點升高值。8-2-3溶液的沸點上升精品課程無機化學沸點：液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。847半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質分子通過。

溶劑透過半透膜進入溶液的趨向取決于溶液濃度的大小，溶液濃度大，滲透趨向大。

溶液的滲透壓：由于半透膜兩邊的溶液單位體積內水分子數目不同而引起稀溶液溶劑分子滲透到濃溶液中的傾向。為了阻止發生滲透所需施加的壓強，叫溶液的滲透壓。滲透壓平衡與生命過程的密切關系：①

給患者輸液的濃度；②植物的生長；③人的營養循環。8-2-4溶液的滲透性精品課程無機化學半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質分子通過。8-48Van’tHoff(范特霍夫)發現：

與理想氣體方程相似，但無本質聯系。

：滲透壓；V：溶液體積；R：氣體常數；n：

溶質物質的量；c：體積摩爾濃度；T：

溫度；R=8.388J·mol-1·K-1結論：蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降，滲透壓都是難揮發的非電解質稀溶液的通性；它們只與溶劑的本性和溶液的濃度有關，而與溶質的本性無關。精品課程無機化學Van’tHoff(范特霍夫)發現：結論：蒸氣壓下降，49電解質溶液的“依數性”偏離Raoult定律和Van’tHoff公式。幾種溶液的凝固點（K）

鹽C/mol.dm-3

?Tf計算值*/K?Tf實驗值/KTf實驗值/Tf計算值KCl0.200.3720.6731.81KNO3

0.200.3720.6641.78MgCl2

0.100.1860.5192.79Ca(NO3)2

0.100.1860.4612.48*計算值按Raoult定律。實驗值偏離Raoult定律原因——由于電離，質點數上升。8-3電解質溶液精品課程無機化學電解質溶液的“依數性”偏離Raoult定律和V