无机化学第三章溶液的依数性.docx

无机化学第三章溶液的依数性.docx

《无机化学第三章溶液的依数性.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学第三章溶液的依数性.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无机化学第三章溶液的依数性

无机化学溶液的依数性

第三章稀溶液的依数性§本章摘要§

1.溶液的饱和蒸气压下降

　问题的提出　饱和蒸气压　拉乌尔定律

2.沸点升高和凝固点下降

　沸点和凝固点　饱和蒸气压图　公式　应用

3.渗透压

　渗透现象　渗透压　渗透压公式

§1溶液的饱和蒸气压下降

　一问题的提出

　　水自动转移到糖水中去,为什么?

　　这种转移,只能通过蒸气来进行.因此,要研究蒸气的行为,才能弄清楚问题的实质.

　二饱和蒸气压

　　1.纯溶剂的饱和蒸气压（P0）

液体

气体

　　在密闭容器中,在纯溶剂的单位表面上,单位时间里,有N0个分子蒸发到上方空间中。

随着上方空间里溶剂分子个数的增加,密度的增加,分子凝聚,回到液相的机会增加.当密度达到一定数值时,凝聚的分子的个数也达到N0个。

这时起,上方空间的蒸气密度不再改变,保持恒定。

　　此时,蒸气的压强也不再改变,称为该温度下的饱和蒸汽压,用P0表示。

　　达到平衡.当蒸气压小于P0时,平衡右移,继续气化;若蒸气压大于P0时,平衡左移,气体液化.譬如,改变上方的空间体积,即可使平衡发生移动。

　　　2.溶液的饱和蒸气压（P）

　　当溶液中溶有难挥发的溶质时,则有部分溶液表面被这种溶质分子所占据,如图示:

　　于是,在溶液中,单位表面在单位时间内蒸发的溶剂分子的数目N要小于N0。

凝聚分子的个数当然与蒸气密度有关.当凝聚的分子数目达到N,实现平衡时,蒸气压已不会改变.这时,平衡状态下的饱和蒸气压为:

P

　　　3.解释实验现象　　　　

　　过程开始时,H2O和糖水均以蒸发为主;当蒸气压等于P时,糖水与上方蒸气达到平衡,而P0>P,即H2O并未平衡,继续蒸发,以致于蒸气压大于P.H2O分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到P0.于是,H2O分子从H2O中蒸出而凝聚入糖水.出现了本节开始提出的实验现象.

　　变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。

　三拉乌尔定律（Laoult,法国）

　　　1.溶液的浓度

　　每

溶液中含溶质的摩尔数,

为摩尔浓度.这种浓度使用方便,唯一不足,是和温度有关。

若用每Kg溶剂中含溶质的摩尔数,则称为质量摩尔浓度,经常用m表示。

摩尔分数:

对于稀溶液,由于n质<

对于稀的水溶液,则有:

对于1000g溶剂水,则有:

这时,n质的意义是1000g水中含的溶质的摩尔数,即质量摩尔浓度m,故:

这是稀的水溶液中,x质与质量摩尔分数的关系,其它溶剂,则不是55.5,但仍是一个已知数值。

　　　2.拉乌尔定律（Laoult）　　　　　

　　在一定温度下,溶液的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂摩尔分数之积.即:

P=P0·x剂

　　用

P表示溶液的P与纯溶剂P0之差,则有:

P=P0-P=P0-P0·x剂=P0（1-x剂）故有:

P=P0·x质

　　对于稀的水溶液:

　　一定温度下,P0亦为常数,故P0/55.5也是常数,令其等于k,则有：

P=k·m（对于不同溶剂,k值不同）

　　稀溶液饱和蒸气压下降值,与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。

这是Raoult定律的另一种表述形式。

§2沸点升高和凝固点下降

　一沸点和凝固点

　　蒸发:

表面气化现象称为蒸发;

　　沸腾:

表面和内部同时气化的现象;

　　沸点:

液体沸腾过程中的温度.

　　只有当液体的饱和蒸气压和外界大气的压强相等时,液体的气化才能在表面和内部同时发生,这时的温度即是沸点.

　　凝固点:

液体凝固成固体（严格说是晶体）是在一定温度下进行的,这个温度称为凝固点。

凝固点的实质是,在这个温度下,液体和固体的饱和蒸气压相等.即为:

　　　　　　液体

固体　平衡

　　若P固>P液,则固体要融化（熔解）；

　　P固

　二饱和蒸气压图

　　1.物质的饱和蒸气压P,对温度T做图。

　　左侧是冰,水,水溶液的饱和蒸气压图。

　　随着温度的升高,冰,水,溶液的饱和蒸气压都升高.

　　在同一温度下,溶液的饱和蒸气压低于H2O的饱和蒸气压.

　　冰的曲线斜率大,随温度变化大。

　2.373K时,水的饱和蒸气压等于外界大气压强（

）,故373K是H2O的沸点.

　　如图中A点.在该温度下,溶液的饱和蒸气压小于

溶液未达到沸点.只有当温度达到T1时（T1>373K,A’点）,溶液的饱和蒸气压才达到

才沸腾。

　　可见,由于溶液的饱和蒸气压的下降,导致沸点升高.即溶液的沸点高于纯水。

　　3.冰线和水线的交点（B点）处,冰和水的饱和蒸气压相等.此点的温度为273K,P≈611Pa,是H2O的凝固点,即为冰点.

　　在此温度时,溶液饱和蒸气压低于冰的饱和蒸气压,即:

P冰>P溶,当两种物质共存时,冰要融化（熔解）,或者说,溶液此时尚未达到凝固点.

　　只有降温,到T2时,冰线和溶液线相交（B’点）,即:

P冰=P溶液,溶液开始结冰,达到凝固点.T2<273K,即溶液的凝固点下降,比纯水低.

　　即溶液的蒸气压下降,导致其冰点下降。

　三公式

　　　1.沸点升高公式

　　用

Tb表示沸点升高值,即:

Tb=Tb-T0b（T0b是纯溶剂的沸点,Tb是溶液的沸点）。

Tb是直接受

P影响的,有:

Tb

P,而

P=k·m,故

Tb

m.比例系数用kb表示,则有:

Tb=kb·m,kb为沸点升高常数,不同的溶剂,kb值不同,最常见的溶剂是H2O,其kb=0.512

　　　2.凝固点下降公式　　　　　

　　用

Tf表示凝固点降低值,即:

Tf=T0f-Tf

　　T0f是纯溶剂的凝固点,Tf是溶液的凝固点.

　　总之,

Tf为正值,且

Tf=kf·m,

　　kf:

凝固点降低常数,H2O的kf=1.86

　　　3.公式的成立条件　　　　　

　　公式由

P=k·m推出,在推导时,有条件:

溶质不挥发,且n质<

　　m（质量摩尔浓度）的大小,要能与溶液表面上不挥发的质点的多少有定量关系,溶质必须是非电解质.若是NaCl,电解产生Na+和Cl-,m=1时,质点数可能是2,且Na+和Cl-之间又有吸引,则相当于在1－2之间,不好定量.Ba（OH）2体系就更加复杂了.因而,公式成立的条件是:

不挥发的非电解质的稀溶液。

　　1）挥发性溶质:

在后续课程中讲授。

2）电解质溶液:

离解后,相当于多少个粒子,定量关系不确切.不能用此公式计算,但同样0.1m的Al2（SO4）3总比0.1m的NaCl产生的粒子多.可以定性的推理,即仍有蒸气压下降,沸点升高和凝固点降低等性质.3）浓溶液:

由于分子间的作用复杂,虽然也有升高和降低等现象,但定量关系不准确。

例题：

将1.09g葡萄糖溶于20g水中,所得溶液的沸点升高了0.156K,求葡萄糖的分子量。

解:

先求出m.

　　　和实际分子量180相近

　　　利用凝固点法,测分子量更准确.因为kf比kb要大,温度差要更明显一些.就测定方法本身来讲,凝固点的测定比沸点测定精确度高

　四应用

　　稀溶液的依数性除了如例题所示,可以用来测定分子量,还可以解释一些现象和应用于实际中.

1.水和溶液的步冷曲线

在冷却过程中,物质的温度随时间而变化的曲线,叫做步冷曲线.

在步冷曲线中,纵坐标为温度,横坐标为时间.

　　曲线

（1）是H2O的步冷曲线.

　　AB段是H2O,液相,温度不断下降;

　　B点开始结冰;

　　BC段温度不变;

　　C点全部结冰;

　　CD段冰的温度不断下降.

　　从C’点析出的冰盐混合物,叫低共熔混合物,C’点的温度称为低共熔点。

溶质相同而浓度不同的溶液,析出的低共熔混合物的组成相同,低共熔点也相同.

　　曲线（3）也是该种溶液的步冷曲线,从B”的温度比B’温度低,看出溶液的浓度要比

（2）的大.低共熔混合物的组成相同,低共熔点也相同曲线

（2）是水溶液的步冷曲线.A’B’段是液相,温度不断下降;B’点低于273K,溶液的冰点下降.有冰析出,溶液的浓度增加,冰点更低,温度下降,故B’C’段温度不恒定;C’点时,冰和溶质一同析出;且二者具有固定的比例,即和此时溶液的比例相同.这样析出冰和溶质时,溶液的组成不再改变,故C’D’段呈现平台D’全部析出,成为固体,D’E’继续降温。

2.致冷剂

　　冰盐混合物可用来使实验室局部致冷

　　将NaCl和冰混合,可做成制冷剂,获得零下低温混合物从外界吸热,冰部分融化吸热水,冰水共存,应为零度,水将NaCl溶解,形成溶液,冰点低于零度,故冰将继续融化吸热水.理论上可达到低共熔点的温度,-22C°.

　　用CaCl2和冰的混合物,可以获得-55C°的低温.

　　用CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70C°以下

§3渗透压

　一渗透现象

　　在U形管中,用半透膜将等体积的H2O和糖水分开,放置一段时间,会发生什么现象?

　　一段时间后,糖水的液面升高;而H2O的液面降低.这种溶剂透过半透膜,进入溶液的现象,称为渗透现象.

产生的原因:

在两侧静水压相同的前提下,由于半透膜两侧透过的H2O分子的数目不等,在单位时间里,进入糖水的H2O分子多些.

　二渗透压

渗透现象发生以后,

1.H2O柱的高度降低,静压减小,使右行的H2O分子数目减少;

2.糖水柱升高,使左行的H2O分子数目增加;

3.糖水变稀,膜右侧的H2O分子的分数增加,亦使左行的H2O分子数目增加.

　　当过程进行到一定程度时,右行和左行的H2O分子数目相等,这时,达到平衡,即H2O柱不再下降;同时,糖水柱不再升高.液面高度差造成的静压,称为溶液的渗透压,用

表示,单位为Pa.

　三渗透压公式　　

　　具有渗透压,是溶液的依数性质,它产生的根本原因也是相变界面上可发生变化的分子个数不同引起的.经过长期研究,人们发现:

1.温度相同时,

和溶液的体积摩尔浓度成正比;

2.浓度相同时,

和温度T成正比.即:

　测得比例系数和气体常数R相同,则公式改写成:

　　　即:

V=nRT