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[定稿]工程化学教案第三章

溶液的沸点上升了,也就是上升了溶液的凝固点下升了,也就是下降了所以溶液的沸点为溶液的凝固点为溶液的渗透压年荷兰物理学家范特霍夫根据实验结果发现非电解质稀溶液的渗透压可以用个与理想气体状态方程非常相似的公式来计算,其数学表达式如下或式中,代表溶液的渗透压单位是,是溶液的体积单位是,是溶质的物质的量单位是,是溶液的物质的量浓度单位是,是摩尔气体常数单位是,是热力学温度单位是。例试计算的葡萄糖溶液具有的渗透压。解将单位换算成单位,代入渗透压计算公式由计算知的葡萄糖溶液的渗透压是。上面我们系统地介绍了在难挥发非电解质的稀溶液中存在的四个性质蒸气压下降沸点上升凝固点下降和渗透压,从它们的定量计算公式我们可清楚地看出稀溶液的这四个性质仅与定量溶剂中所含溶质的物质的量成正比,而与溶质的本性无关,这也是将这四条性质称为稀溶液的依数性,将存在的规律称为稀溶液或稀溶液依数定律的原因。但是,稀溶液定律给出的依数性与溶液浓度的定量关系不适合于浓溶液和电解质溶液。因为在浓溶液中,溶质的微粒数较多,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地加强了,而在电解质溶液中存在溶质的解离现象。这些复杂的因素使稀溶液定律的定量关系产生了偏差。下面我们仅对强电解质溶液作进步的分析。二电解质溶液为了定量描述强电解质稀溶液的性质,反映由于离子氛的存在使离子不能完全发挥其应有的效能的现象,引入了活度的概念,其计算公式是式中称为活度,又叫有效浓度,就是将溶液浓度乘上个校正因子以后获得校正后的浓度,叫做校正因子,是溶液浓度,实际上是指在溶液能有效地自由运动的离子的浓度。活度因子反映了电解质溶液中离子牵制作用的大小,越大表示离子可自由运动的程度越大。般情况下,。只有当溶液浓度很稀,离子相互牵制作用很微弱时,活度因子才接近于,活度与浓度数值趋于相等。在般准确度要求不是很高的普通工程化学计算中,般都可以近似认为。第三节弱电解质的解离平衡酸和碱酸碱质子理论认为凡是能释放出质子的任何物质都是酸凡是能与质子结合的任何物质都是碱。也就是说酸是质子的给予体,碱是质子的接收体,酸碱质子理论对酸碱的判断仅以为依据。例如酸碱方程式中的是拉丁字的缩写,表示水合的意思。例如实际上在水溶液中不能存在,而是以水合质子的形成存在,般简写为,或简化写成。方程式左边的都能给出质子,都是酸。从上述例子发现酸可以分为分子酸,阳离子酸和阴离子酸三类,酸失去质子的反应是可逆的,所以酸失去质子,剩余下的部分可以与质子结合,就是碱,碱也能以分子阴离子和阳离子的形式出现,方程式右边的,都是碱。上述例子同时也表明了酸碱之间存在的相互依存,相互转化的关系酸给出质子后又生成相应的碱,而碱结合质子后又生成相应的酸,这种关系可以用下面的通式表示酸质子碱酸碱质子理论把酸碱之间这种相互依存,相互转化的关系叫做酸碱的共轭关系。酸失去质子后形成的碱叫该酸的共轭碱。是的共轭碱,碱结合质子后形成的酸叫该碱的共轭酸是的共轭酸,相应的对酸碱称为共轭酸碱对。例如的水解反应如下同理弱碱的解离,用质子理论分析也应属于酸碱反应,其本质是质子的转移质子从转移上。用酸碱质子理论来分析问题,可以大大简化问强电解质时,引起该沉淀在水中的溶解度降低的效应叫同离子效应。沉淀的生成利用溶度积规则,若,则有沉淀生成析出,可以判断沉淀是否能够生成。分步沉淀若溶液中含有两种离子,当在溶液中逐滴加入种试剂时,有种离子先生成沉淀,且当这种离子沉淀完全以后,另种离子才开始形成沉淀的现象叫分步沉淀现象。要进行分步沉淀,要求两种离子形成的沉淀的溶解度值相差比较大,若溶液中含有多种离子,也有分步沉淀现象出现。相反,当两种沉淀的溶解度相差不大时,就会出现两种离子同时形成沉淀的共同沉淀的现象。注在普通工程化学中认为个离子在水溶液中的浓度小于等于时,这个离子就已经沉淀完全了。沉淀的转化由种沉淀转化为另种沉淀的过程叫沉淀的转化,要进行沉淀的转化,和分步沉淀样,要求两种沉淀的溶解度相差较大,例如锅炉的锅垢中主要成份是,由于锅垢的导热能力很小,阻碍传热,既浪费燃料还可能引起锅炉或蒸气管的爆裂,造成事故,所以必须清除。但既不溶于水又不易溶于酸,因而难以被清除,如采用溶液处理,则可使在水中溶解度大转化为疏松且可溶于酸的在水中溶解度小而除去其转化反应方程式如下沉淀转化反应的很大,说明转化为的程度很大。由上面分析也可以看出沉淀的转化方向是由种难溶的电解质转化为另种更难溶的电解质。沉淀的溶解在实际生产和科研过程中,有时经常需要将难溶电解质溶解掉。根据溶度积规则,若加入能够降低溶液中构成沉淀的些物质,使,平衡便向沉淀溶解的方向移动,使沉淀溶解。常采用以下几个方法酸溶解若构成难溶解电解质的阴离子是离子碱如等,则沉淀可以通过加酸的方法促使其溶解。如从上面几个实例可以看出,沉淀的酸溶解的实质是氢离子与溶液中的离子碱如等反应,生成了气体以及难解离的,降低了溶液中离子碱的浓度。促使平衡向沉淀溶解的方向移动。配位溶解若难溶电解质中的金属离子与些试剂能够形成十分稳定的配离子,则沉淀会发溶解。例如照相底片上未曝光的,可以用硫代硫酸钠溶液溶解,反应式为氯化银沉淀可溶解于浓氨水中氢氧化铝沉淀可以溶解在过量的强碱中,过量配离子的形成降低了溶液中金属离子的浓度,促使平衡向沉淀溶解的方向移动。氧化还原溶解用氧化剂或还原剂使难溶电解质中的离子发生氧化还原反应而降低浓度,就可以促使平衡向溶解的方向移动。例如有些难溶于酸的硫化物等,它们的溶度积非常小,不能溶解于非氧化性酸中,但可溶解于硝酸中,是因为硝酸具有氧化性,发生如下反应稀将氧化为,从而大降低了的浓度,这是使发生溶解的根本原因。在有些场合,沉淀发生溶解是上述几个因素同时作用的结果,当上述几个因素同时发生作用时,沉淀的溶解效果更好,例如沉淀在硝酸中也不溶解,但可溶解于王水体积比为∶的浓硝酸和浓盐酸的混合物中,反应式如下从反应式可以看出沉淀的溶解过程中,酸氧化剂配位剂三者同时发生了作用,生成了配离子固体溶液中和离子同时减少,促使平衡向沉淀溶解的方向移动。思考题,习题,选择题二填空题三判断题四计算题工程化学教案第三章溶液与离子平衡主讲教师董文魁许力李静萍等使用教材许力等编著,工程化学,兰州大学出版社授课对象非化学类各专业学生第三章溶液与离子平衡讲授时数学时学习目的和要求掌掌握握溶溶液液的的通通性性包包括括气气压压下下降降沸沸点点上上升升凝凝固固点点下下降降和和渗渗透透压压四四个个方方面面的的内内容容掌掌握握酸酸碱碱的的质质子子理理论论同同离离子子效效应应弱弱电电解解质质的的解解离离平平衡衡和和配配离离子子的的解解离离平平衡衡能能熟熟练练计计算算各各类类溶溶液液的的值值能能计计算算含含配配离离子子的的溶溶液液中中各各种种物物质质的的浓浓度度掌掌握握有有关关溶溶度度积积和和溶溶解解度度的的基基本本计计算算溶溶度度积积规规则则及及其其应应用用了了解解有有关关分分散散系系统统方方面面的的基基本本知知识识二本章节重点难点各各类类溶溶液液的的值值的的计计算算有有关关溶溶度度积积和和溶溶解解度度的的基基本本计计算算溶溶度度积积规规则则及及其其应应用用三学时分配稀稀溶溶液液的的通通性性学学时时弱弱电电解解质质的的解解离离平平衡衡学学时时四教学内容第节溶液浓度的表示方法质量分数质量分数又称作百分浓度或质量百分数,其定义是溶液中溶质的质量与溶液的质量之比,可以表示为其中代表溶质的质量分数,表示溶液溶剂溶质的质量,表示溶质的质量。是量纲为的量,也常表示为百分数,例如在含氯化钾的水溶液中,氯化钾的质量分数为二物质的量浓度物质的量浓度是普通工程化学中最常用的浓度表示方法,也是我们最熟悉的种浓度表示方法。其定义为在溶液中所含溶质的物质的量,常用的单位为,单位为物质的量浓度的表示式为式中,为溶液的总体积,为溶质的物质的量,为溶质的物质的量浓度。三摩尔分数将溶质和溶剂均以物质的量计量,摩尔分数的定义为溶液中溶质的物质的量与溶液中溶质和溶剂的总物质的量的比。溶质的摩尔分数可表示为式中,是溶质的物质的量,是溶剂的物质的量,是溶质的摩尔分数,是量纲为的量。四质量摩尔浓度普通工程化学中,质量摩尔浓度的使用也比较频繁,质量摩尔浓度的定义为,溶剂中所含溶质的物质的量,用符号表示,单位为。质量摩尔浓度的表示式为式中为溶质的质量摩尔浓度,溶质的物质的量,是溶剂的质量。需要引起注意的是分母专指溶剂的质量而不是溶液的总质量。个溶液的浓度可以同时采用这四种方法表示,当已知溶剂和溶质的质量分子量以及溶液的密度或体积时,这四种浓度之间就可以进行互相换算。例在时,质量分数为的氯化钠水溶液的密度。计算该溶液的摩尔分数质量摩尔浓度和物质的量浓度。解溶液中含氯化钠,水的质量就是溶液中氯化钠和水的物质的量就分别是溶液的体积为故溶液中氯化钠的摩尔分数,质量摩尔浓度和物质的量浓度分别为溶液中氯化钠的摩尔分数,质量摩尔浓度和物质的量浓度分别为。第二节稀溶液的通性难挥发的非电解质稀溶液在难挥发的非电解质稀溶液中,实验证明存在这样条定律难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降,沸点上升,凝固点下降和溶液的渗透压仅与定量的溶剂所溶解的溶质的物质数量成正比,而与溶质的本性无关。正是由于这些性质仅与质的数量有关,所以这条定律也叫稀溶液定律或稀溶液的依数性定律,这些性质被称为稀溶液的依数性。溶液的蒸气压下降以水为例,在定温度下达到如下相平衡时,蒸发凝聚所具有的压力即为该温度下水的饱和蒸气压,简称蒸气压。例如在时,水的饱和蒸气压在同温度下,分子间作用力越大,饱和蒸气压越低,对于同物质,温度越高,饱和蒸气压越大。式中表示溶液蒸气压的下降,表示纯溶剂的饱和蒸气压,表示溶质的摩尔分数。公式的物理意义为溶液蒸气压的下降与溶质的摩尔分数成正比,而与溶质的本性无关,比例系数就是纯溶剂的饱和蒸气压。该定律是年法国物理学家拉乌尔根据实验得出的,所以这个定律被称作拉乌尔定律。溶液的沸点上升和凝固点下降式中,和分别表示沸点的上升值和凝固点的下降值,和分别称做溶剂的摩尔沸点上升常数和溶剂的摩尔凝固点下降常数。单位为,是溶质的质量摩尔浓度单位为。例将甘油溶于克水中,测得凝

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