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1、第二章 第二节 溶液2023/1/19第1页，本讲稿共43页2.12.1引言溶液（solution）广义地说，两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。溶液以物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。本章主要讨论液态的非电解质溶液。2023/1/19第2页，本讲稿共43页2.1引言溶剂（solvent）和溶质（solute）如果组成溶液的物质有不同的状态，通常将液态物质称为溶剂，气态或固态物质称为溶质。如果都是液态，则把含量多的一种称为溶剂，含量少的称为溶质。2023/1/19第3页，本讲稿共43页2.1引言混合物
2、（mixture）多组分均匀体系中，溶剂和溶质不加区分，各组分均可选用相同的标准态，使用相同的经验定律，这种体系称为混合物，也可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物。2023/1/19第4页，本讲稿共43页2.2 溶液组成的表示法 在液态的非电解质溶液中，溶质B的浓度表示法主要有如下四种：1.物质的量分数2.质量摩尔浓度3.物质的量浓度4.质量分数2023/1/19第5页，本讲稿共43页2.2 溶液组成的表示法溶液组成的表示法1.物质的量分数 (molefraction)溶质B的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B的物质的量分数，又称为摩尔分数，单位为1。2023/1/19第6页，本讲
3、稿共43页2.2 溶液组成的表示法2.质量摩尔浓度mB（molality）溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为溶质B的质量摩尔浓度，单位是 。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液，不受温度影响，电化学中用的很多。2023/1/19第7页，本讲稿共43页2.22.2 溶液组成的表示法溶液组成的表示法3.物质的量浓度cB（molarity）溶质B的物质的量与溶液体积V的比值称为溶质B的物质的量浓度，或称为溶质B的浓度，单位是 ，但常用单位是 。2023/1/19第8页，本讲稿共43页2.22.2 溶液组成的表示法4.质量分数wB（massfraction）溶质B的质量与溶液总质量之比
4、称为溶质B的质量分数，单位为1。2023/1/19第9页，本讲稿共43页2.3 稀溶液中的两个经验定律拉乌尔定律（RaoultsLaw）1887年，法国化学家Raoult从实验中归纳出一个经验定律：在定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压 乘以溶液中溶剂的物质的量分数 ，用公式表示为：如果溶液中只有A，B两个组分，则拉乌尔定律也可表示为：溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。2023/1/19第10页，本讲稿共43页2.3 稀溶液中的两个经验定律亨利定律（HenrysLaw）1803年英国化学家Henry根据实验总结出另一条经验定律：在一定温度和平衡状态下，气体在液
5、体里的溶解度（用物质的量分数x表示）与该气体的平衡分压p成正比。用公式表示为：或 式中 称为亨利定律常数，其数值与温度、压力、溶剂和溶质的性质有关。若浓度的表示方法不同，则其值亦不等，即：2023/1/19第11页，本讲稿共43页2.4 溶液的通性2.4.1非电解质溶液的通性2.4.2电解质溶液的通性n溶液的特殊性质溶液的特殊性质：颜色、导电能力、体积的变化：颜色、导电能力、体积的变化等等。等等。n溶液的通性溶液的通性：溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝：溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降，溶液渗透压。固点下降，溶液渗透压。n干燥剂、抗凝剂、冷冻剂以及反渗透技术都与这干燥剂、抗凝剂、冷冻剂以及
6、反渗透技术都与这些性质有关。些性质有关。2023/1/19第12页，本讲稿共43页2.4.1 非电解质溶液的通性依数性定律溶液的蒸气压下降溶液的沸点上升和凝固点下降渗透压2023/1/19第13页，本讲稿共43页依数性定律由难挥发的非电解质所形成的稀溶液的性质（溶液的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和溶液渗透压）与一定量溶剂所溶解溶质的数量（物质的量）成正比，而与溶质的本性无关。2023/1/19第14页，本讲稿共43页液体蒸发与蒸气凝聚速率和时间关系一定条件下，液体内部那些能量较大的分子会一定条件下，液体内部那些能量较大的分子会克服液体分子间的引力从液体表面逸出，成为蒸克服液体分子间的引力从
7、液体表面逸出，成为蒸气分子，这个过程叫做气分子，这个过程叫做蒸发蒸发。蒸发出来的蒸气分子也可能撞到液面，为液体蒸发出来的蒸气分子也可能撞到液面，为液体分子所吸引而重新进入液体中，这个过程叫做分子所吸引而重新进入液体中，这个过程叫做凝凝聚聚。2023/1/19第15页，本讲稿共43页蒸气压与蒸气压下降当凝聚和蒸发达到平衡时，蒸气所具有的压力叫做该温度下的饱和蒸气压。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的蒸气压下降。思考思考：蒸气压与温度有什么关系？蒸气压与温度有什么关系？答：不同溶剂蒸气压不同；相同溶剂，答：不同溶剂蒸气压不同；相同溶剂，温度升高，蒸气压增大。例如：温度升高，蒸气
8、压增大。例如：p(H2O,l,298K)=3167Pap(H2O,l,373K)=101.325kPa其中其中xB是溶质是溶质B在溶液中的摩尔分数，在溶液中的摩尔分数，pA是是纯溶剂的蒸气压。纯溶剂的蒸气压。(p与溶质的本性无关与溶质的本性无关)2023/1/19第16页，本讲稿共43页溶液的蒸气压下降的解释溶液的蒸气压下降的解释溶液的蒸气压下降的解释溶液的蒸气压下降的解释2023/1/19第17页，本讲稿共43页蒸气压下降的应用测定溶质分子的相对摩尔质量测定溶质分子的相对摩尔质量设质量为WB的溶质溶于质量为WA的溶剂中，则有：干燥剂工作原理干燥剂工作原理CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解
9、的固态物质，常用作干燥剂。等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。2023/1/19第18页，本讲稿共43页2.溶液的沸点上升和凝固点下降沸点：液体蒸气压达到沸点：液体蒸气压达到101.325kPa(1atm)时的温度。时的温度。沸腾温度：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。沸腾温度：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。固固体体表表
10、面面的的分分子子也也能能蒸蒸发发，具具有有一一定定的的蒸蒸气气压压。固固体体与与其其蒸蒸气气在密闭容器中可达到平衡。在密闭容器中可达到平衡。难挥发物质的溶液的沸点总是高难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为：于纯溶剂的沸点，二者之差为：Tbp=Tb Tbp=kbpm kbp称为溶剂的摩尔沸点上升称为溶剂的摩尔沸点上升常数，单位为常数，单位为Kkgmol-1。m称为质量摩尔浓度（在称为质量摩尔浓度（在1 1溶剂溶剂中所含溶质的物质的量）中所含溶质的物质的量）pT溶剂溶剂溶液溶液101.325kPaTbpTbp101.325kPa图图3.1 3.1 沸点上升示意图沸点上升示意图20
11、23/1/19第19页，本讲稿共43页溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，它们之差为：固点，它们之差为：Tfp=TfpTf=kfp mkfp 称为溶剂的摩尔凝固点下降常称为溶剂的摩尔凝固点下降常数。数。特点：特点：kfp,kbp只与溶剂种类有关只与溶剂种类有关,而与而与溶质的性质无关溶质的性质无关;同种溶剂：同种溶剂：kfp kbp凝固点（熔点）：液相和固相蒸气压相等时的温度凝固点（熔点）：液相和固相蒸气压相等时的温度固相与液相固相与液相共存时的温度。共存时的温度。pT溶剂溶剂溶液溶液溶剂的液溶剂的液-固平衡线固平衡线TfpTf图图3.2凝固点下降示意图凝固点下降
12、示意图2023/1/19第20页，本讲稿共43页表3.2摩尔沸点上升和凝固点下降常数溶剂沸点kbpKkgmol-1凝固点kfpKkgmol-1苯80.1002.535.5335.12氯仿61.1503.62水100.000.5150.01.8532023/1/19第21页，本讲稿共43页溶液沸点上升和凝固点下降的解释*溶液的蒸汽压总是低于溶剂的蒸汽压溶液的蒸汽压总是低于溶剂的蒸汽压*为使溶液的蒸汽压与外压相同，必需提为使溶液的蒸汽压与外压相同，必需提高温度高温度*所提高的温度就是沸点上升所提高的温度就是沸点上升*为使溶液的蒸汽压与固相（冰）相同，为使溶液的蒸汽压与固相（冰）相同，必需降低温度必
13、需降低温度*所降低的温度就是凝固点下降所降低的温度就是凝固点下降2023/1/19第22页，本讲稿共43页沸点和凝固点测定的应用测定分子的相对分子质量测定分子的相对分子质量以以凝凝固固点点下下降降应应用用较较多多。因因为为kfpkbp，TfpTbp，所所以以实实验验误差较小，且凝固时有结晶析出，易于观察。误差较小，且凝固时有结晶析出，易于观察。当溶质的相对摩尔质量当溶质的相对摩尔质量MB很大时，由于很大时，由于Tf太小，准确性差，太小，准确性差，因此因此只适用于只适用于MB较大的情况。较大的情况。防冻剂工作原理防冻剂工作原理冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固冬天为防止汽
14、车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。2023/1/19第23页，本讲稿共43页显示渗透现象的简单装置n渗透必须通过一种膜来进行，这种膜上的孔只能渗透必须通过一种膜来进行，这种膜上的孔只能允许溶剂的分子通过，而不能允许溶质的分子通允许溶剂的分子通过，而不能允许溶质的分子通过，因此叫做过，因此叫做半透膜半透膜。u天然半透膜：动物的膀胱、肠衣、细胞膜；天然半透膜：动物的膀胱、肠衣、细胞膜；u人工半透膜：硝化纤维膜、醋酸纤维膜、聚砜人工半透膜：硝化纤维膜、醋酸纤维膜、聚砜纤维膜等。纤维膜等。2023/1/19第24页
15、，本讲稿共43页3.溶液的渗透压渗渗透透现现象象溶溶剂剂通通过过半半透透膜膜进进入入溶溶液液或或溶溶剂剂从从稀稀溶溶液液通通过过半半透透膜膜进进入入浓浓溶溶液液的的现现象象（单单向向扩散）扩散）渗渗透透压压是是为为维维持持被被半半透透膜膜所所隔隔开开的的溶溶液液与与纯纯溶溶剂剂之之间间的的渗渗透透平平衡衡而而需需要要的的额额外外压压力力。在在数数值值上上，可可以以利利用范特荷甫方程计算用范特荷甫方程计算:图图3.3溶液渗透压示意图溶液渗透压示意图2023/1/19第25页，本讲稿共43页渗透压测定的应用测定分子的相对分子质量测定分子的相对分子质量渗渗透透压压有有较较大大数数值值，容容易易测测定
16、定，因因此此可可以以准准确确测测定定化化合物的相对摩尔质量。合物的相对摩尔质量。例例如如：浓浓度度为为0.00100molkg-1的的某某高高分分子子物物质质（如如蛋蛋白白质质）的的水水溶溶液液，其其沸沸点点升升高高的的数数值值为为Tfp=0.00186K，因因此此用用沸沸点点升升高的方法测定是十分困难的。若用渗透压法，则高的方法测定是十分困难的。若用渗透压法，则 =cRT =（0.001001038.314298.15）Pa=2.48103Pa此数值可以很精确地测定。此数值可以很精确地测定。2023/1/19第26页，本讲稿共43页有机体的细胞膜大多具有半透膜的性质，渗透有机体的细胞膜大多具
17、有半透膜的性质，渗透压是引起水在生物体中运动的重要推动力。压是引起水在生物体中运动的重要推动力。一般植物细胞汁的渗透压约可达一般植物细胞汁的渗透压约可达2000kPa，水，水分可以从植物的根部运送到数十米高的顶端。分可以从植物的根部运送到数十米高的顶端。等渗溶液：等渗溶液：人体血液的渗透压约为人体血液的渗透压约为780kPa，病人，病人注射或输液时，使用注射或输液时，使用0.9%的的NaCl溶液（溶液（0.16moldm-3）或）或5%的葡萄糖溶液的葡萄糖溶液(0.28moldm-3)，这两种溶液与红细胞和血浆都是等渗溶液（即渗透这两种溶液与红细胞和血浆都是等渗溶液（即渗透压相等）。压相等）。
18、渗透压在渗透压在生物学生物学中具有重要意义中具有重要意义2023/1/19第27页，本讲稿共43页海水淡化工厂n如果外加在溶液上的压力超过了渗透压，则反而如果外加在溶液上的压力超过了渗透压，则反而会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，使纯溶剂会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，使纯溶剂的体积增加，这个过程叫做的体积增加，这个过程叫做反渗透反渗透。u反渗透的原理广泛应用于海水淡化、工业废水反渗透的原理广泛应用于海水淡化、工业废水或污水处理和溶液的浓缩等方面。或污水处理和溶液的浓缩等方面。2023/1/19第28页，本讲稿共43页2.4.2 电解质溶液的通性电解质溶液，或者浓度较大的非电解质溶液也与非电
19、解质稀溶液一样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。稀溶液定律所表达的这些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。n在日常生活中可见到如海水不易结冰,其凝固点低于273.15K,而沸点则可高于373.15Kn工业或实验室中常用某些易潮解的固态物质,如氯化钙、五氧化二磷等作为干燥剂。n利用溶液凝固点下降这一性质，盐和冰的混合物可以作为冷冻剂。氯化钠和冰的混合物，温度可以降低到-22，氯化钙和冰的混合物，可以降低到-55。n金属表面处理中,利用溶液沸点上升的原理,使工件在高于100的水溶液中进行处理。含NaOH和NaNO2的水溶液能将工件加热到140以上。n还可应用
20、固态溶液凝固点下降原理来制备低熔合金。例如钢铁因含有合金元素或杂质，其熔点比纯铁的要低。2023/1/19第29页，本讲稿共43页为什么会产生这样的差异呢？为什么会产生这样的差异呢？答答：浓浓溶溶液液中中溶溶质质的的微微粒粒数数较较多多，溶溶质质微微粒粒间间的的相相互互作作用用及及溶溶质质微微粒粒与与溶溶剂剂分分子子间间的的相相互互作作用用复复杂杂，使使稀稀溶溶液液定定律律的的定定量量关关系系产产生生偏偏差差。而而在在电电解解质质溶溶液液中中，由由于于电电解解质质的的解解离，使得稀溶液定律的定量关系不适用。离，使得稀溶液定律的定量关系不适用。2023/1/19第30页，本讲稿共43页电解质溶液
21、性质的变化规律A2B或AB2型强电解质溶液AB型强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液渗透压渗透压沸点沸点蒸蒸气压气压凝固点凝固点2023/1/19第31页，本讲稿共43页附例附例3.1将质量摩尔浓度均为将质量摩尔浓度均为0.10molkg-1的的BaCl2,HCl,HAc,蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从大到小次序排序大到小次序排序:解解：按从大到小次序排序如下：按从大到小次序排序如下：粒子数粒子数BaCl2HClHAc蔗糖蔗糖蒸气压蒸气压蔗糖蔗糖HAcHClBaCl2沸点沸点BaCl2HClHAc蔗糖蔗糖凝固点凝固点蔗糖
22、蔗糖HAcHClBaCl2渗透压渗透压BaCl2HClHAc蔗糖蔗糖2023/1/19第32页，本讲稿共43页习题解答习题解答P442-1、解：质量分数的定义为2023/1/19第33页，本讲稿共43页2-2、解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律2023/1/19第34页，本讲稿共43页2-3解：根据Raoult定律2023/1/19第35页，本讲稿共43页2-4解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。18C，气体压力101.352kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。根据Henry定律，1dm3被2
23、02.65kPa空气所饱和了的水溶液中O2和N2的质量摩尔浓度分别为2023/1/19第36页，本讲稿共43页2023/1/19第37页，本讲稿共43页2-5解：设HCl在苯中的溶解符合Henry定律2023/1/19第38页，本讲稿共43页2-6解：假设（1）H2,N2在水中的溶解符合Henry定律；（2）气相可看作理想气体。在此假设下2023/1/19第39页，本讲稿共43页2.10解：（1）设该溶液为理想稀溶液，则溶剂服从Raoult定律（3）设该物质的化学式为CnHm，则解得，化学式为C14H10。2023/1/19第40页，本讲稿共43页解：溶剂的渗透压表示为2-15 2023/1/19第41页，本讲稿共43页2.16解：溶液的蒸气压、渗透压分别为2023/1/19第42页，本讲稿共43页2-18 解：（1）C1；P2；F1221（2）C2；（S3；R1，C312）；P3；F2321（3）CSRR3111（浓度限制条件，产物成NH3(g):H2S(g)=1:1）；P=2;F1（4）C312；P2；F2（5）C3；P2；FCP13212（凝聚相可以不考虑压力的影响）2023/1/19第43页，本讲稿共43页