無機化學 第一章 溶液

無機化學緒論一、化學是一門中心的、實用的和創造性科學1、什么是化學？化學是一門試圖了解物質的性質和物質發生反應的科學。物質包括:自然界存在的一切物質---地球的礦物,空氣中的氣體,海洋中的水和鹽;動植物體內找到的化學物質;人類創造的新物質。變化包括:因閃電而著火的樹木;與生命相關的變化和由化學家發明和創造的新變化。2、化學家的工作研究自然界,并試圖了解它創造自然界不存在的新物質完成化學變化的新途徑二、無機化學概述1、化學學科的分類化學科學是最古老和涉及范圍最廣的學科之一，積累了大量人類的知識,具有廣闊的發展前景。盡管各化學學科之間的界限不是很分明,而且各學科之間彼此交叉,由于研究方法目標和目的不同,有必要將化學進行分類。按傳統分類,可將化學分為四大分支:

無機化學

有機化學物理化學分析化學無機化學的內容為化學的基本原理,化學元素的性質和相關的化學反應。迄今,化學元素已經發展為110多種。2、無機化學3、有機化學有一個重要元素,即為碳C，構成了化學的另外一個重要分支:有機化學。有機和無機的結合,衍生出有機元素化學或稱為金屬有機化學。主要研究有機化合物與金屬之間以C-M形成的化合物。此外,部分碳化學,包括碳的氧化物,含氧離子或碳化物等,屬于無機化學研究范疇。當然,這里不存在嚴格的界線,也無人試圖去嚴格規定這種界線。4、物理化學詳細研究化學的能量變化,反應機理,鍵能,分子的聚合,發生的表面和界面的反應等,可以歸屬為物理化學。同樣,物理化學和其它化學學科也沒有嚴格的區分界線,并且許多令人振奮的研究成果往往出現在和其它化學學科的交叉點上。無機化學在與學科交錯部位,同樣功不可沒。這些交叉學科包括:地球化學,無機生物化學,材料科學和冶金學(Metallurgy)。5、分析化學分析化學:包括定性分析和定量測定,儀器分析等,是進行化學研究的基礎。三、如何學習無機化學1、理論課中學的學習模式:每節課的講授內容少,講授的內容重復較多,大量作業,課堂練習和課外練習,自學內容少。大學的學習模式:每節課的講授內容多,講授內容重復性小,作業量少,無課堂練習,強調自學能力的提高。針對大學學習特點,提出如下要求:（1）、課堂認真聽講,跟上教師講授思路,有弄不懂的問題暫且放下,待以后解決,不然,由于講授速度快,容易積累更多的疑難問題。（2）、作好課堂筆記。留下一定的空白處,做標記,提出問題,寫出結論。2、習題目的:

解決課程的疑難問題

形式:

講解習題,作業中存在問題,自由解答疑難問題

本學期主要學習內容第一章溶液第二章化學熱力學基礎第三章化學平衡第三章化學反應速率第五章酸堿解離平衡第六章難溶強電解質的沉淀-溶解平衡第七章氧化還原反應和電極電勢第八章原子結構和元素周期律第十章共價鍵與分子結構第十一章配位化合物第一章溶液第一節混合物和溶液的常用組成標度一、B的質量分數式中：mB為B的質量；m為混合物的質量；ωB為量綱一的量，其SI單位為1。二、B的體積分數式中：

為混合前組分B的體積；

為混合前所有組分的體積總和。

為量綱一的量，其SI單位為1。三、B的質量濃度式中：

mB為B的質量；

V為混合物的體積；

ρB的SI單位為kg·m-3，常用單位為g·L-1，mg·L-1。四、B的分子濃度B的分子濃度：式中：NB為B的分子數；V為混合物的體積。CB的SI單位為m-3，醫學上常用的單位是L-1和mL-1。五、B的物質的量濃度式中：

nB為B的物質的量；

V為混合物的體積；

cB的SI單位為mol·m-3,常用單位為mol·L-1,mmol·L-1。六、B的摩爾分數式中：

nB為B的物質的量；

n為混合物的物質的量；

xB為量綱一的量，其SI單位為1。七、溶質B的質量摩爾濃度式中：

nB為溶質B的物質的量；

m為溶劑A的質量；

bB的其SI單位為mol·kg-1。第二節非電解質稀溶液的依數性質依數性:稀溶液的某些性質取決于溶液所含溶質粒子的數目而與溶質本身的性質無關蒸汽壓的下降沸點的升高凝固點（冰點）下降滲透壓一、溶液的飽和蒸氣壓下降

（一）問題的提出（二）飽和蒸氣壓（三）拉烏爾定律(Laoult,法國)（一）、問題的提出

在密閉容器中，水能自動轉移到糖水中去,為什么?這種轉移,只能通過蒸氣來進行。因此，要研究蒸氣的行為，才能弄清楚問題的實質。（二）、飽和蒸氣壓

在一定溫度下,在密閉容器中,在純溶劑的單位表面上,單位時間里,有N0

個分子蒸發到上方空間中。隨著上方空間里溶劑分子個數的增加,密度的增加,分子凝聚,回到液相的機會增加。當密度達到一定數值時,凝聚的分子的個數也達到N0

個。這時起,上方空間的蒸氣密度不再改變,保持恒定。

此時,蒸氣的壓強也不再改變,稱為該溫度下的飽和蒸汽壓,用P*

表示。

達到平衡.當蒸氣壓小于P*

時,平衡右移,繼續氣化;若蒸氣壓大于P*時,平衡左移,氣體液化。譬如,改變上方的空間體積,即可使平衡發生移動。液體氣體蒸發凝聚1.純溶劑的飽和蒸氣壓(P*)

于是,在溶液中,單位表面在單位時間內蒸發的溶劑分子的數目N要小于N0

。凝聚分子的個數當然與蒸氣密度有關.當凝聚的分子數目達到N,實現平衡時,蒸氣壓已不會改變.這時,平衡狀態下的飽和蒸氣壓為:P<P0

當溶液中溶有難揮發的溶質時,則有部分溶液表面被這種溶質分子所占據,如圖示:

2.溶液的飽和蒸氣壓(P)

過程開始時,H2O和糖水均以蒸發為主;當蒸氣壓等于P時,糖水與上方蒸氣達到平衡,而P0>P,即H2O并未平衡,繼續蒸發,以致于蒸氣壓大于P.H2O分子開始凝聚到糖水中,使得蒸氣壓不能達到P0.于是,H2O分子從H2O中蒸出而凝聚入糖水.出現了本節開始提出的實驗現象.

變化的根本原因是溶液的飽和蒸氣壓下降。

3.解釋實驗現象（三）、拉烏爾定律(Laoult,法國)

每升溶液中含溶質的摩爾數,為物質的量濃度，簡稱濃度，用c

表示。這種濃度使用方便,唯一不足,是和溫度有關。若用每Kg溶劑中含溶質的摩爾數,則稱為質量摩爾濃度,經常用b表示。摩爾分數:

1.溶液的濃度2.拉烏爾定律(Raoult)在一定溫度下,溶液的飽和蒸氣壓等于純溶劑的飽和蒸氣壓與溶劑摩爾分數之積。即:用ΔP表示溶液的P與純溶劑PA*之差,則有:故有:對于稀水的溶液:(對于不同溶劑,k值不同)稀溶液飽和蒸氣壓下降值,與稀溶液的質量摩爾濃度成正比。這是拉烏爾定律的另一種表述形式。二、沸點升高和凝固點下降（一）沸點和凝固點（二）飽和蒸氣壓圖（三）公式（四）應用（一）、沸點和凝固點蒸發:表面氣化現象稱為蒸發;

沸騰:表面和內部同時氣化的現象;

沸點:液體沸騰過程中的溫度.

只有當液體的飽和蒸氣壓和外界大氣的壓強相等時,液體的氣化才能在表面和內部同時發生,這時的溫度即是沸點.

凝固點:

液體凝固成固體(嚴格說是晶體)是在一定溫度下進行的,這個溫度稱為凝固點。凝固點的實質是,在這個溫度下,液體和固體的飽和蒸氣壓相等.即為:

液體固體若P固>P液,則固體要融化(熔解)；

P固<P液,液體要凝固；（二）飽和蒸氣壓圖可見,由于溶液的飽和蒸氣壓的下降,導致沸點升高。即溶液的沸點高于純水。373K時,水的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓強,故373K是H2O的沸點。如圖中A點。在該溫度下,溶液的飽和蒸氣壓小于,溶液未達到沸點.只有當溫度達到T1

時(T1>373K,A’點),溶液的飽和蒸氣壓才達到,才沸騰。

3）、冰點在此溫度時,溶液飽和蒸氣壓低于冰的飽和蒸氣壓,即:P冰>P溶,當兩種物質共存時,冰要融化(熔解),或者說,溶液此時尚未達到凝固點.冰線和水線的交點(B點)處,冰和水的飽和蒸氣壓相等.此點的溫度為273K,P≈611Pa,是H2O的凝固點,即為冰點.只有降溫,到T2

時,冰線和溶液線相交(B’點),即:P冰=P溶液,溶液開始結冰,達到凝固點.T2<273K,即溶液的凝固點下降,比純水低.

即溶液的蒸氣壓下降,導致其冰點下降。（三）公式用ΔTb

表示沸點升高值,即:ΔTb=Tb-Tb*(Tb*是純溶劑的沸點,Tb是溶液的沸點)。

Tb是直接受ΔP影響的,有:Tb∝ΔP,而ΔP=k·bB,故ΔTb

∝

bB.比例系數用kb

表示,則有:

ΔTb=kb·bB

kb

為沸點升高常數,不同的溶劑,kb

值不同,最常見的溶劑是H2O,其kb=0.5121、沸點升高公式2.凝固點下降公式

用ΔTf

表示凝固點降低值,即:ΔTf

=Tf*-Tf

Tf*是純溶劑的凝固點,Tf是溶液的凝固點.

ΔTf為正值,且

ΔTf

=kf·bB,

kf:凝固點降低常數,H2O的kf=1.86

3.以上公式的成立條件公式由ΔP=k·bB

推出,在推導時,有條件:溶質不揮發,且nB<<nA,即為稀溶液。

bB(質量摩爾濃度)的大小,要能與溶液表面上不揮發的質點的多少有定量關系,溶質必須是非電解質.

若是NaCl,電解產生Na+

和Cl-,bB=1時,質點數可能是2,且Na+

和Cl-

之間又有吸引,則相當于在1－2之間,不好定量.Ba(OH)2體系就更加復雜了.因而,公式成立的條件是:不揮發的非電解質的稀溶液。

1)揮發性溶質:在后續課程中講授。2)電解質溶液:離解后,相當于多少個粒子,定量關系不確切.不能用此公式計算,但同樣0.1m的Al2(SO4)3

總比0.1m的NaCl

產生的粒子多.可以定性的推理,即仍有蒸氣壓下降,沸點升高和凝固點降低等性質.3)濃溶液:由于分子間的作用復雜,雖然也有升高和降低等現象,但定量關系不準確。思考題1、難揮發非電解質稀溶液是否具有恒定的沸點？2、把一小塊冰放在0℃的水中，另一小塊冰放在0℃的鹽水中，各有什么現象發生？為什么？3、取相同質量的果糖（C6H12O6）和蔗糖（C12H22O11）分別溶于等體積的水中形成溶液。兩種溶液的凝固點都在0℃以下，但果糖溶液的凝固點較蔗糖溶液低。這是為什么？（四）應用因此，通過測量ΔTf或ΔTb就可以測量MB測量難揮發非電解質B的摩爾質量（分子量）

整理得：

凝固點降低法

整理得：

沸點升高法

例題：將1.09g葡萄糖溶于20g水中,所得溶液的沸點升高了0.156K,求葡萄糖的分子量。稀溶液的依數性除了如例題所示,可以用來測定分子量,還可以解釋一些現象和應用于實際中。和實際分子量180相近

利用凝固點法,測分子量更準確.因為kf

比kb要大,溫度差要更明顯一些.就測定方法本身來講,凝固點的測定比沸點測定精確度高

解：由題目可知：將代入得解得：冰鹽混合物可用來使實驗室局部致冷。理論上可達到低共熔點的溫度,-22C°。用CaCl2和冰的混合物,可以獲得-55C°的低溫。用CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70C°以下。致冷劑三、滲透壓

（一）滲透現象

（二）滲透壓

（三）滲透壓公式

（一）滲透現象在U形管中,用半透膜將等體積的H2O和糖水分開,放置一段時間,會發生什么現象?一段時間后,糖水的液面升高；而H2O的液面降低。這種溶劑透過半透膜，進入溶液的現象，稱為滲透現象。產生的原因:

在兩側靜水壓相同的前提下,由于半透膜兩側透過的H2O分子的數目不等,在單位時間里,進入糖水的H2O分子多些。（二）滲透壓

滲透現象發生以后,

1.H2O柱的高度降低，靜壓減小，使右行的H2O分子數目減少；

2.糖水柱升高，使左行的H2O分子數目增加；

3.糖水變稀，膜右側的H2O分子的分數增加，亦使左行的H2O分子數目增加。當過程進行到一定程度時，右行和左行的H2O分子數目相等，這時，達到平衡，即H2O柱不再下降；同時，糖水柱不再升高。液面高度差造成的靜壓，稱為溶液的滲透壓，用表示Π，單位為Pa。（三）滲透壓公式1877年，德國植物學家弗菲爾（Pfeffer）用人工制成的半透膜測量蔗糖稀溶液的滲透壓力，發現如下兩個規律:

1.溫度一定時,蔗糖稀溶液的滲透壓力和溶液的物質的量濃度成正比；

2.濃度一定時,蔗糖稀溶液的滲透壓力和溫度T成正比