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第一章溶液


第一章溶液 教学目的:1.理解溶液的概念,掌握溶液的四种浓度表示法并且熟练运用。 2.理解溶液的蒸气压,沸点,凝固点,渗透压概念,了解它们在稀溶液中变化 的原理,并且能熟练的做相应计算。 教学重点:掌握并熟练运用溶液的浓度表示法和溶液的依数性。 教学难点:理清几种溶液浓度表示法的关系,在计算和以后章节的学习中能熟练运用。深刻 理解溶液的蒸气压的本质和它下降的原因。 3.溶液,大家都很熟悉,在生活中随处可见,那我先提几个简单的问题。我们经常喝的矿 泉水, 属于溶液吗?佳得乐呢?果粒橙呢?为了能够准确的判断是否属于溶液, 我们需要了 解溶液的定义。 4.了解溶液的定义之前,先介绍一个化学中专业的名称叫分散系。分散系:一种物质的质 点 (最小微粒) 分散在另一个物质中所形成的体系, 就叫做分散系。 按照分散质粒子的大小, 常把分散系分为三类分类:粒子从大到小分别是粗分散系,胶体分散系,低分子分散系。 5.表中列出了三类分散质的主要性质和代表物质,可以看出它们的代表物质基本都是生活 中常见的,例如(板书:粗分散系内粒子的直径大于 100 纳米,主要性质是多相,不稳定, 颗粒不能透过滤纸。建筑用的泥浆就属于粗分散系,是将泥土分散到水中形成的体系。胶体 分散系又分为溶胶和高分子溶液,二者的粒子直径都是 1 到 100 纳米,溶胶是多相,较稳定 体系,颗粒不能透过半透膜,实验室中常见的碘化银属于溶胶,是通过将碘化银溶于水形成 的。而高分子溶液是均相,稳定体系,颗粒也不能透过半透膜,人体内的血液就是属于高分 子溶液,是蛋白质溶解在水中形成的。最后一种是低分子分散系,体系内粒子直径小于 1 纳米,它和高分子溶液一样,也是均相稳定的体系,而且它的颗粒可以通过半透膜,生活中 常见的食盐水就是属于低分子分散系。 ) 。 6.了解了分散系的概念以后,我们就可以进一步深入来介绍溶液的概念了。 一种或几种物质以分子、 原子或离子分散到另一种物质中所形成的均匀而又稳定的分散体系 叫做溶液。溶质可以都多个,溶剂是唯一的。溶液的定义说明溶液是分散系的一种,也可以 说是一种状态,它的特点就是均匀稳定。 再回到分散质的类别中,根据溶液的定义,就可以看出,分子分散质和高分子溶液是属于溶 液的范畴,高分子溶液是否属于溶液还有争论,我们在这认为它是属于溶液的。因为它们符 合溶液的特点:均匀,稳定。像泥浆这样的分散系,它溶解物颗粒太大,不均匀,停止搅拌 会有沉淀,不稳定,因此就不属于溶液。 矿泉水是矿物质金属离子溶于水形成的溶液, 佳得乐是碳水化合物溶液, 而果粒橙不属于溶 液,里面有果肉,不均匀,不稳定。可乐二氧化碳溶于水。 (1) 溶液的概念是广义的 有固体溶液,液体溶液,气体溶液三种,也就是说,溶液不仅表现出液体状态,还可以是气 态或者固态,例如空气含有氮气,氧气和二氧化碳等,它就是气态溶液。而锌熔于铜生成的 黄铜就是固体溶液。 (2) 我们最常见的当然是液体溶液,液体溶液有三种类型 气体溶于液体,固体溶于液体,液体溶于液体。这里的液体都是指溶剂,溶质可以是气体, 液体,固体中的一种。 (3) 以水为溶剂的溶液称为水溶液 7.了解了溶液的概念和基本类型以后,我们来学习溶液浓度表示法。日常生活中,大家都 知道溶液有稀有浓,那我们如何判断稀浓?比如说白糖水,浓得自然比较甜,稀的就没什么

味道, 那么这个是可以喝的, 我们可以通过味道来判断, 在实验室里面很多溶液是不能喝的, 喝了会出事,那我们如何判断稀浓呢。提问:通过溶质的多少来判断,溶质加的多的溶液肯 定比溶质加的少的溶液浓,这个说法对吗?当然不对,还是以糖水为例,在第一个,一小杯 水里面加一勺糖,第二个大瓶水里面加两勺糖,最后一大杯水里面加三勺糖,你不能肯定第 三杯浓于第二杯浓于第一杯, 因为它们溶剂的量不一样, 这就说明溶液的稀浓既要考虑溶质, 又要考虑溶剂。为了能精确的定量计算溶液的“稀浓”程度,我们引入了溶液浓度的概念。 有了浓度这个概念以后, 在实验室里面我们不仅可以定性的研究一种溶液, 还可以做定量的 精确计算。 8.溶液浓度:一定量溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度. 我们可以看出它是以一种 溶质和溶剂的比值形式来表示溶质的含量。溶液浓度有四种常见的表示法: 溶质 B 的浓度或溶质的物质的量浓度,这是最常见的溶液浓度表示法。溶质的摩尔数,溶液 的体积。单位摩尔每升。注意,如果是溶质溶剂都是液体,那溶液体积不等于二者体积简单 相加。只有质量守恒,没有提及守恒的说法。 这种表示法简洁,容易计算,在实验中配比也很容易,天平称出一定量溶质,量筒或者移液 管量出一定体积溶剂。 溶质 B 的质量摩尔浓度,在 1 千克溶剂中所含溶质的摩尔数。溶质的摩尔数,溶剂的质量。 单位摩尔每千克。特别注意 mA 单位是千克,如果是克,最后要乘以 1000。 9. B 的摩尔分数。溶质的摩尔数,溶质溶剂的摩尔数之和,如果有多种溶质,都要算进分 母。 质量分数。注意分母是溶液的总质量。溶质的质量,溶质溶剂的质量和,同样有多种溶质的 话都要加进分母。前面两种浓度表示法都有单位,很好区分,后面两种没有单位,在题目中 遇见说某某溶质含量是多少,没有单位的话,如果是零点几表示,那就是摩尔分数,如果是 百分数表示,那就是质量分数。 10.这四种溶液浓度表示法的计算求解是最基本的,都要熟练掌握,来看这道例题,已 知,分别求它的四种浓度。 13.前面已经提到过,最后所得溶液的体积不能直接用两种液体混合前的体积相加,所得溶 液 质 量 为 1.2*90+450=558g , 求 得 体 积 为 558/1.03=541.75mL , HNO3 质 量 为 1.2*90*32%=34.56g , 物 质 的 量 为 34.56/63=0.549mol , 所 以 物 质 的 量 浓 度 为 0.549/0.542=1.01mol/L,质量分数为 34.56/558=6.19% 再看一下教材 11 页的选择题第一题。大家思考一下。各杯中溶液浓度表示法不一样,我们 要将它们转换成一种表示法。先比较 a 和 b,A 杯溶液浓度是质量摩尔浓度,每千克水中含 有 1mol 葡萄糖,也就是每升水中含有 1mol 葡萄糖,溶剂的体积是 1 升,溶液的体积肯定 大于 1 升,因此该杯中溶质摩尔浓度小于 1mol/L;B 杯中溶质的摩尔浓度正好等于 1mol/L; 然后比较 a 和 c,c 杯中溶质质量分数为 10%,也就是说溶质溶剂的质量比为 1:9,每升水为 1 千克,那么每升水中葡萄糖就有 1000/9=111 克=0.62mol,因此该杯中溶质摩尔浓度小于 0.62mol/L。所以葡萄糖含量是 b 大于 a 大于 c。 15.前面已经提到过,溶液定义:以一种物质为溶质,另一种物质为溶剂,溶质在其中以离 子或分子形式形成的均匀稳定的系统,称为溶液。而溶液的性质有两类,一类是由溶质本性 决定的,如密度、颜色、导电性、酸碱性等,也包括前面提到的溶解度。就是说只要是不同 的溶质,这一类的性质就会发生变化。另一类是由溶质粒子数目的多少决定的。如溶液的蒸 气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等。这些性质均与溶质粒子数目多少有关,而与 溶质的本性无关,称为依数性。举个例子也就是说,即使完全不同的两种溶质溶到水里,只 要溶液浓度一样,那它们的依数性就一样。 16.第一种依数性和蒸气压有关,了解蒸气压之前我们先来看一下蒸发的概念: 水面上一部

分水分子自水面逸出,扩散到容器空间,变成水蒸气,这一过程称为液体的蒸发。这个大家 都知道,那么为什么会发生蒸发,看这个图。因为水是由很多水分子构成,这些水分子在做 无规运动,彼此对对方都有吸引力。内部水分子受到来自四周的水分子的引力是均匀的,因 此运动速率和能量不会有大的变化, 而水面的水分子受到的引力不均匀, 运动速率和能量会 不断发生变化,因此在速率够快的情况下可以脱离水面而气化。这个就是蒸发的原因。在平 常的敞口条件下,水分子气化进入空气中将扩散到四面八方,而水通过蒸发吸热,水面的水 分子运动速度又会加快,不断蒸发到空气中,因此一杯没有盖子的水会慢慢消失。如果是在 密封容器中,蒸发的水分子在水面上空经过运动碰撞又会回到液相,这个过程就叫做冷凝。 17.水的蒸气压:水不断蒸发成水蒸气,水蒸气又会不断凝聚成水,二者速率相等,达到平 衡状态。 上述平衡状态下的水蒸气称为饱和水蒸气, 而饱和水蒸气的分子撞击器壁所产生的 压力称为水的饱和蒸气压。简称蒸气压。 18.将蒸气压概念由水推广一下: 在密闭系统中、一定温度下,物质的蒸发与凝聚速率相等 时(即达到动态平衡时)具有一定的平衡压力,压力当然是由物质的气相分子产生,我们就 称为物质的饱和蒸气压,简称蒸气压。 19. 推出了蒸气压的概念以后, 有几点要注意一下。 第一, 从概念可以看出, 液体有蒸气压, 固体同样有蒸气压,只不过固体蒸气压一般都比较小。第二,物质的蒸气压受到内因和外因 的影响,内因就是物质的本性,也就是由物质的结构决定,在温度恒定时,不同物质结构不 同,因此具有不同的蒸气压。我们平时所说的难挥发物质就是指常温下蒸气压很小的物质。 例如:白糖,葡萄糖,尿素等。蒸气压小意味着物质进入空气中的分子就少,放很长时间物 质也不会减少。第三,影响物质蒸气压的外因主要是温度,同一物质蒸气压随温度改变而改 变。 20.这张表列出了不同温度下纯水的蒸气压大小,可以看出,纯水蒸气压是随温度升高而增 大的,因为温度升高,水分子运动剧烈,动能变大,进入气相的分子越来越多。因此我们得 出结论。 21.了解了蒸气压的概念以后,我们来看看溶液的蒸气压和纯溶剂蒸气压有什么不同。这个 实验分两步,第一步是在容器左右两边都装入纯水,中间是一段水银柱,由于两边液体蒸气 压相等, 因此实验现象是水银两边液面对齐。 第二步是温度不变情况下把容器右边换成糖水, 然后观察会发现两边水银柱出现了液面差。 有液面差说明容器两边压力不相等了, 通过这个 图来看,哪边压力大?很明显左边压力大,因此说明糖水蒸气压低于纯水,也就是溶液的蒸 气压低于纯溶剂的蒸气压。下面来看原因。 22.为什么溶液蒸气压会低于纯溶剂的蒸气压呢?看这个图,左边是纯溶剂,表面的溶剂分 子不断进入气相, 杯子上面气相中的溶剂分子也不断凝聚回到杯中, 当蒸发和凝聚速率相等 的时候,这些气体水分子就产生了蒸气压。右边是一杯溶液,溶液表面布满溶质分子,这些 红点,本来液体表面全是溶剂分子,现在被溶质分子所占据了一部分,也就是表面的溶剂分 子便少了,脱离液体表面进入气相的溶剂分子自然减少,那么它能产生的压力也会变小,因 此溶液的蒸气压和溶剂相比下降。如果考虑溶液浓度的影响,浓度越大,意味着占据溶液表 面的溶质分子越多,那么蒸气压应该是?更小。 那么大家想一下, 刚才对溶液蒸气压下降的原因做得讨论对溶质有没有什么要求?溶质必须 是难挥发的,这样我们就不考虑溶质的蒸发。如果是挥发性溶质,那我们就必须考虑溶质分 子蒸发的情况,这样一来溶液的蒸气压就和溶质蒸气压有关,也就是和溶质的本性有关了, 这就不符合依数性只和溶质多少有关的定义, 因此溶质必须是难挥发的。 这就是我们讨论溶 液依数性的一个前提条件:溶质必须是难挥发物质。 23。现在我们可以下一个结论:溶液的蒸气压下降就是指在同一温度下,溶液的蒸气压低于 纯溶剂的蒸气压的性质。也可以用这个表达式来表达它的定义。

24.教材 11 页,选择题 7。最后结果是纯水这杯空了,都跑到糖水这杯去了。原因很简单, 纯水蒸气压高,也就是蒸发的水分子多,糖水蒸气压低,蒸发的水分子少,而水分子凝聚是 无规则的,回到两个杯子几率一样,打个比方,一共 10 个水分子蒸发,其中 8 个是纯水蒸 发的,两个是糖水蒸发的,而凝聚回来的水分子却是一边五个,纯水入不敷出,时间一久, 杯子就空了,都跑糖水那边去了。 如果换成两杯浓度不一样的糖水,那么结果如何,假设杯子够大?浓度低的蒸气压高,水分 子不断进入高浓度糖水,如果杯子够大,最终两杯水浓度相同。 25.以上是定性的分析,现在来看一下定量的计算。19 世纪 80 年代,法国物理学家拉乌尔 经过研究得出了难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压公式,他认为,在一定温度下,难挥发非 电解质稀溶液的蒸气压下降值等于纯溶剂的蒸气压与溶液中溶质摩尔分数的乘积。 利用这个 公式也可以看出,溶液浓度越大,蒸汽压下降越多,也就是越低,这和我们前面的定性分析 吻合。 根据这个公式,只要溶液浓度一样,溶液的蒸气压应该是相同的。那大家看一下这个例子: 相同浓度的白糖溶液和 nacl 溶液。依数性是和溶质的粒子数目多少有关,如果溶质是电解 质物质,会在溶液中电离,那溶质粒子就包括分子和离子,拉乌尔公式中的溶液浓度就不能 表示溶质的粒子浓度, 例如 nacl, 强电解质, 大家应该学过, 完全电离为 na 离子和 cl 离子, 其实并不是完全电离,因为粒子间相互有静电作用力,这里只稍微提一下,这是酸碱平衡的 内容。那么 nacl 溶质摩尔数应该大于白糖,蒸汽压也不相等。这就是说,在溶质为电解质 的情况下,拉乌尔公式是不能用的,我们无法进行定量的计算,只有当溶质为非电解质的时 候,溶液中只有溶质分子存在,溶液浓度才等于溶质的粒子浓度。因此使用拉乌尔公式的前 提条件:溶质必须是非电解质。除了这种情况之外,如果溶液浓度太大,那么分子间相互作 用力会导致实际浓度与公式计算所得浓度有较大差距, 因此使用拉乌尔公式的第二个前提条 件:溶液必须是稀溶液。 26.到现在,我们就得到了计算溶液依数性需要的三大前提条件:难挥发,非电解质,稀溶 液。我们把拉乌尔公式做一下化简。当溶液很稀的时候,意味着溶剂摩尔数远远大于溶质摩 尔数, 因此溶剂和溶质的摩尔数之和就约等于溶剂摩尔数。 那么溶质摩尔分数就可以化简为 溶质与溶剂的摩尔比,代入拉乌尔公式,得到这个结果。这个公式更加简洁明了,因此我们 计算的时候都用这个公式。 看这道例题, 直接将数据代入刚才推导出的拉乌尔公式, 己六醇的物质的量等于质量除以摩 尔质量,溶剂的物质的量等于质量除以摩尔质量,代入数据求出分子量约为 202。 28.当溶剂为 1000g 时,溶剂摩尔数等于质量 1000 除以溶剂的摩尔质量,溶质的质量摩尔 浓度在数值上等于溶质的物质的量(板书:Cm=nB/mA mA 单位是千克,溶剂质量刚好是 1000g 时,下面就取 1,因此溶质的质量摩尔浓度在数值上等于溶质的物质的量。 )再把这两 个结果代入前面的溶质摩尔分数化简式,就可以得到这个带有溶质质量摩尔浓度的表达式。 P 星号,只与溶剂和温度有关,溶剂分子量只与溶剂有关。 29.同温下溶剂一定时,刚才推导出的拉乌尔公式中的这一部分为一常数,用 kp 表示,那 么拉乌尔公式又可以重新表示为。 。 。 。 , 一般题目都没有给出 kp, 还是用上一个公式比较多。 所以拉乌尔定律又可以表述为,在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降,近似 地与溶质 B 的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。因此将它称为稀溶液的依数性。 蒸气压下降就介绍到这,下面介绍第二种依数性。 30.沸点定义:通过 20 页水蒸气压随温度变化的表格让学生总结沸点定义。 当液体的蒸气压增加到等于外界压力时, 液体会沸腾, 这个时候的温度称为沸点。 我们烧水, 当温度达到 100 度,水的蒸汽压等于 101.325kpa,也就是外界大气压,这个时候就是水沸腾 了。

设想我们对一壶水加热,壶底首先受热,原先附着在壶底或壶壁的空气,以及溶在水中的空 气就渐渐析出形成一些小气泡, 周围的水向气泡内蒸发, 因此小气泡内含有空气和饱和水蒸 气。当继续加热,温度逐渐升高,气泡内的水蒸气增多,气泡内压力增大,气泡因而膨胀体 积增大,气泡所受的浮力也增大,终究脱离壶底或器壁而浮起。气泡浮起到接近上层时,由 于上层水温较低,气泡内部分水蒸气又凝结回水,使得泡内压力较小,气泡也就缩小,于是 在水面附近几乎没有气泡了。 也就是说气泡内的蒸气压比水面上的气体压力小的时候, 气泡 到不了水面。温度愈来愈高时,有愈来愈多的气泡涨大,上升,缩小,使得水在沸腾前我们 会查觉到容器 (壶) 有振动和发出声音的现象。温度继续升高,壶底的水温和水面的温度一 致,上浮的气泡不再缩小,而是不断的涨大,水也不断的向气泡内蒸发,气泡内的饱和蒸气 压等于水面上的大气压力时, 水面上的大气终究压不住气泡, 于是气泡浮到水面而破裂开来, 原来气泡内的水蒸气冲出液面,而形成沸腾现象。 31.根据沸点的定义,液体沸点受外压的影响,如果外界压力越大,那么液体的蒸气压越难 达到外压的大小,因此沸点也就越高。反过来,外界压力越小,那么溶液沸点也就越低。 举个例子,煮饭温度应该在 100 度合适,米才能煮软,在成都这种平原地形大气压和标准大 气压相差不大,水的沸点正好在 100 度左右,因此用普通电饭煲就可以煮出很好的米饭。但 是高原上空气稀薄,外界压力小,水不到 100 度就会沸腾,因此饭煮不熟。生米煮成熟饭。 后来发明出高压锅,解决了这个问题。 32.空气被不断抽走,意味着容器内压力不断减小,当减小到一定程度,这杯水就会沸腾。 因为沸点和外压有关,外压越小,沸点越低,当接近真空时,常温下水就沸腾了。然后还会 有什么现象?沸腾吸热,水蒸气带走了热量,被抽走了,容器内温度不断降低,过一会剩下 的水会结冰。 (同质量水沸腾吸热量远大于凝固放热量) 。注意:1.水体积小于冰,因此压力 下降,凝固点略微升高,外压对凝固点影响很小(0.00 数量级) 。2.冰升华需要吸热,容器 内温度零摄氏度,无法吸热,升华不考虑。 33.下面来看一下溶液和纯溶剂的沸点比较图:横坐标是温度,纵坐标是蒸气压。红线是纯 溶剂,蓝线是溶液,可以看出溶液的沸点明显高于纯溶剂的沸点。两个虚线之间的横坐标距 离就是溶液沸点上升的温度。对于纯溶剂,它的蒸气压随温度升高而增加,增大到等于外界 气压时就会沸腾。而溶液的蒸气压明显低于纯溶剂,当加热到纯溶剂沸点的时候,溶液的蒸 气压还小于一个标准大气压,此时溶液不沸腾,必须继续加热,到了更高温度,溶液才会沸 腾。这就使溶液沸点高于纯溶剂沸点的原因。 34. 溶液的第二种依数性: 我们把溶液的沸点高于纯溶剂的沸点的性质, 称为溶液沸点上升。 根据我刚才解释的原因,溶液沸点上升的本质明显还是溶液的蒸气压下降。 35.因为溶液沸点升高本质是蒸气压下降,因此计算的表达式也和拉乌尔变化式相近,推导 过程和前面蒸气压下降的类似。 沸点的升高数等于溶剂的沸点上升系数乘以溶质的质量摩尔 浓度。从公式可以看出,溶液的沸点随溶液浓度的改变而改变。 36.公式可以看出,溶液的沸点随溶液浓度的改变而改变,结论。 (水加热到 100 度,持续 沸腾;溶液加热到沸点,如果保持温度不变,一会就会停止沸腾)为什么?因为在沸腾过程 中,溶剂不断蒸发,溶液浓度逐渐增大,其蒸汽压不断降低,沸点也越来越高,直至达到饱 和溶液为止。 这时溶剂继续蒸发的结果, 造成溶质析出, 溶液浓度不再变化, 蒸汽压也不变, 此时的沸点才恒定。因此某一浓度的溶液的沸点,是指此溶液刚开始沸腾时的温度。 37.例题结果:K = 5.025 M = 96.55g 再看一下教材 11 页选择题第 8 题,大家思考一下。这道题很简单,沸点的升高值已知,溶 剂的沸点升高常数已知, 溶质和溶剂的质量也都知道, 将题目给出的数据代入公式就可以直 接求出溶质的摩尔质量。最后结果是 256,所以硫分子的组成是 S8。 39.凝固点定义:物质的液相蒸气压等于固相蒸气压时的温度称为液体的凝固点。或者说当

固相蒸气压和液相蒸气压达平衡,两相共存时的温度称为物质的凝固点。273k 时,水和冰 的蒸气压相等。 凝固点和沸点不一样,沸点受外压影响很大,凝固点受外界压力影响很小,外压由 1 个大气 压增大到两个大气压,水凝固点升高 0.0075 摄氏度,因此压力影响不用考虑。 溶液凝固点是指溶液的蒸气压和溶剂固体蒸气压相等时的温度。 这是指水溶液的凝固点就是 当水溶液蒸气压等于冰的蒸气压时候的温度。 40.这是溶液和纯溶剂的凝固点比较图,图中横坐标是温度,纵坐标是蒸气压,红线是纯溶 剂,蓝线是溶液, 首先要明白溶液的凝固其实主要是指溶剂的凝固, 溶剂变成固体也就意味着溶液凝固了。 先 看纯溶剂,蒸气压随温度降低而减小,当减小到这,液相蒸气压等于固相蒸气压,那么溶剂 凝固点到了。再看溶液,溶液蒸气压低于溶剂,因此温度降低到溶剂凝固点的时候,溶液蒸 气压低于溶剂蒸气压也就是溶剂固体蒸气压, 那么溶液中的溶剂不能凝固, 溶液也就不能凝 固。温度继续下降,纯溶剂凝固以后固体的蒸气压下降率大于溶液蒸气压(因为固体蒸气压 下降剧烈) ,当温度下降到 T,纯溶剂固体蒸气压下降到了和溶液蒸气压一样,溶液中溶剂 开始凝固, 温度 T 称为新凝固点。 我们可以说溶液凝固点下降的本质也是溶液的蒸气压下降。 41.溶液的第三种依数性:我们把溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点的性质,称为溶液凝固 点降低。根据我刚才解释的原因,溶液凝固点降低的本质明显还是溶液的蒸气压下降。 42. 因为凝度点下降的本质也是溶液蒸气压的下降, 因此计算的表达式也和拉乌尔变化式相 近,凝固点的下降数等于溶剂的凝固点下降系数乘以溶质的摩尔质量浓度。 43.再看一下教材第 11 页的选择题第九题。大家思考一下。已经凝固点下降值是 2,水的 凝固降低常数是 1.86,溶剂质量 100g,溶质的摩尔质量我们可以根据分子式求出是 92,将 这些数据代入凝固点降低方程,可以求出溶质的质量是 9.98g。 44.溶液的沸点上升和凝固点下降性质在日常生活中有很多应用,例如。考虑耐化学腐蚀, 电化学腐蚀,除水垢,经济效益等。 45.溶液的最后一种依数性,渗透压。首先来看一下渗透试验。做渗透试验最重要的是半透 膜,先介绍一下半透膜,它是一种只允许溶剂和小分子通过、不允许大分子溶质通过的膜。 生活中半透膜很常见,比如细胞膜,萝卜皮,肠衣,蛋衣等等。渗透现象:用一半透膜将溶 液与溶剂(或不同浓度的溶液)分置两侧,一边溶剂,一边溶液,中间用半透膜隔开,纯溶 剂或稀溶液中的溶剂会通过半透膜向较浓溶液运动, 这种现象我们就称为渗透现象。 这个现 象的本质原因是因为纯溶剂中的溶剂分子多于溶液,这个我们就称为纯溶剂化学势比较高, 就会向溶液中扩散。 46.左边的水分子因为蒸气压的不同不断向右边运动,导致左边液面降低,右边液面升高。 47。来看一个渗透现象在医学方面的应用。 48.将红细胞放到 0.068 mol?L-1 NaCl 溶液中,在显微镜下可以看到红细胞逐渐膨胀,最后 破裂。医学上称这种现象为溶血。这是因为红细胞内液的盐分浓度大于 0.068mol·L-1NaCL 溶液,因此水分子就要向红细胞内渗透,使红细胞膨胀,以致破裂。如将红细胞放到 0.256mol·L-1NaCL 溶液中,在显微镜下可以看到红细胞逐渐皱缩,这种现象称为胞浆分离。 因为这时红细胞内液的盐分浓度小于 0.256mol·L-1NaCL 溶液,因此水分子由红细胞内向外 渗透,使红细胞皱缩。如将红细胞放到生理盐水中,在显微镜下看到红细胞维持原状。这是 因为红细胞液与生理盐水浓度相等。下图为红细胞在不同浓度 NaCL 溶液中的形态图。 至于为什么人体红细胞盐分浓度为 0.9%,根据研究远古海洋的盐分含量大概就是 0.9%,这 就证明人类是从远古海洋生物进化来的。 50.来看一下渗透平衡试验:左图中长颈漏斗里面是糖水,也就是白糖的水溶液,由于白糖 属于高分子,因此糖水属于高分子溶液,溶质不能通过半透膜,只有溶剂水分子可以通过。

烧杯里面是纯水, 长颈漏斗的口被半透膜封住, 由于烧杯中纯水的蒸气压高于长颈漏斗中糖 水的蒸气压, 因此烧杯中的水分子会通过半透膜向长颈漏斗中的糖水迁移。 为了平衡这个过 程,糖水水平面会向上升,这个上升的水柱增加的压力,导致糖水压力不断增大,增大到某 一阶段, 糖水中的溶剂水分子也开始向烧杯中的水迁移, 只不过速度远小于烧杯中水分子向 漏斗迁移的速度。糖水水平面不断上升,压力不断增加,糖水中水分子向烧杯迁移的速度也 不断增加,最终,糖水水分子向烧杯迁移的速度等于烧杯中水分子向糖水迁移的速度,这个 时候,我们就称体系达到了渗透平衡。达平衡时糖水水平面上升水柱的压力即是渗透压。 如果给溶液增加的压力大于溶液的渗透压, 溶剂则会向相反的方向转移, 由溶液向纯溶剂转 移。这个过程称为反渗透,也是目前海水淡化工程中广泛采用的一种方法。在通常情况下, 半透膜允许溶液中的溶剂通过,而不允许溶质透过。由于海水含盐高,如果用半透膜将海水 与淡水隔开,淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧,从而使海水一侧的液面升高,直到一定 的高度产生压力, 使淡水不再扩散过来。 这个过程是渗透。 如果反其道而行之, 要得到淡水, 只要对半透膜中的海水施以压力, 就会使海水中的淡水渗透到半透膜外, 而盐却被膜阻挡在 海水中。这就是反渗透法。 51.经过渗透试验,我们了解了渗透压就是渗透平衡时糖水溶液增加的压力,我们可以把它 解释为阻止溶剂分子通过半透膜进入溶液所施加于溶剂上方的额外压力。 这是渗透压的计算公式。当溶液很稀的时候,可以将 1 升水溶液中溶剂水的体积近似看作 1 升,也就是 1 千克,这样一来,溶质的摩尔浓度在数值上就等于它的质量摩尔浓度,因此公 式中的摩尔浓度可以换作质量摩尔浓度,这样也方便溶液渗透压和其他依数性之间的换算。 公式中所有参数取标准单位算出的渗透压标准单位应该是 KPa。 52.例 2:溶质质量摩尔浓度是每千克溶剂所含溶质的摩尔数,每千克水体积正好是 1L,题 目给出条件很少,因此将溶剂体积近似看作 1L,那么摩尔浓度 nB/V 就化作质量摩尔浓度 nB/mA。教材 11 页选择题 6 复习。练习:p12 2,3,4,5 溶液沸点变动。 55.要求沸点上升值,沸点升高常数已知,溶质质量已知,溶剂质量已知,需要求溶质的摩 尔质量。再回头看题中给出的条件,葡萄糖的乙醇溶液凝固点下降值已知,溶质质量,溶质 摩尔质量,溶剂质量已知,那就可以根据凝固点下降公式求出乙醇的凝固点下降常数。代入 数据,求出乙醇凝固点下降常数为 1.99。再看题目中的条件,未知物质质量已知,乙醇质量 已知,凝固点下降数已知,加上求出的乙醇凝固点降低常数,代入公式,就可以求出未知物 质的摩尔质量等于 130。这样就可以求出沸点上升值了,列出溶液的沸点上升公式,代入已 知条件和溶质的摩尔质量可以求出沸点上升 0.14 度。渗透压的计算非常简单,列出公式, 溶液的质量摩尔浓度已知, 温度已知, 代入公式就求出该物质乙醇溶液的渗透压为 290.67KPa。 58.其实因为离子间的静电作用力,nacl 不会完全电离成 na 离子和 cl 离子,不过在这由于 只是定性的比较,就看作完全电离。 59.葡萄糖是非电解质,在水中不会电离,粒子数就看作 1,粒子浓度就等于溶液浓度。剩 余两种都是强电解质。CaCl2 在水中完全离解为 Ca2+和 2Cl-,因此溶液中总粒子看作是 1 个 钙离子加上两个氯离子, 1+2=3, 粒子个数是葡萄糖的 3 倍, 粒子浓度等于溶液浓度的三倍。 NaCl 在水中完全离解为 Na+和 Cl-,因此它的粒子数是一个钠离子加上一个氯离子,1+1=2, 粒子个数是葡萄糖的两倍,粒子浓度等于溶液浓度的两倍。 翻到教材 11 页,看一下选择题第四题,填空题第一题。请同学们计算一下四种水溶液中的 粒子数分别是多少。 第一种物质氯化钾是强电解质, 完全电离成同样浓度的钾离子和氯离子, 粒子浓度是溶液的两倍,0.4mol 每升。第二种物质是非电解质,粒子浓度等于溶液浓度, 0.1mol 每升。第三种物质胺是弱电解质,电离浓度对溶液浓度影响很小,粒子数目基本不 变,因此粒子浓度等于溶液浓度,0.25mol 每升。第四种物质氯化钡是强电解质,完全电离

成和溶液同样浓度的钡离子以及两倍浓度的氯离子, 粒子浓度是溶液的三倍, 0.12mol 每升。 所以溶液中粒子浓度是 a 大于 c 大于 d 大于 b。粒子浓度越大,沸点下降越明显,因此沸点 从高到低排列正好和粒子浓度相反,b 大于 d 大于 c 大于 a。 作业 p10 2,8 p12 2


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