浙师大普通化学水溶液化学.ppt

普通化学,第三章、水溶液化学,了解溶液的通性明确酸碱的近代概念，酸碱的解离平衡和缓冲溶液的概念，掌握有关pH值的计算;了解配离子的解离平衡及其移动掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有关计算了解胶体的聚沉、保护及表面活性剂的结构和应用了解水体的主要污染物的来源及其危害,普通化学,溶液浓度的表示方法1、物质的量及其单位1）物质的量是表示组成物质的基本单元数目的多少的物理量。物质所含的基本单元数与0.012kg C12的原子数目相等(6.0231023阿伏加德罗常数)，则为1mol。nB=mB/MB(mol),普通化学,2、物质的量浓度定义：一升溶液中所含溶质的物质的量称为物质的量浓度，用符号c表示，单位是mol/L,c(B)=nBV,cB B的物质的量浓度，单位为molL-1。nB 物质B的物质的量，单位为mol。V 混合物的体积，单位为L。,普通化学,3、质量摩尔浓度,定义：1kg溶剂中所含溶质的物质的量表示为质量摩尔浓度，符号b(B)，单位为：mol/kg,b(B)=nBmA=mB/(MB mA),bB 溶质B的质量摩尔浓度，单位为molKg-1。nB 溶质B的物质的量，单位为mol。mA 溶剂的质量，单位为kg。,普通化学,【例】250克溶液中含有40克NaCl，计算此溶液的质量摩尔浓度。,解：水的质量250-40=210（克）b(NaCl)=40/(58.5210)1000=3.26 mol/kg,普通化学,4、物质的量分数（简称摩尔分数）定义：某组分的物质的量与溶液的总物质的量之比称为物质的量分数，符号，量纲为1。,nB XB=nB+nA,nB：溶质的物质的量，SI单位为mol nA：溶剂的物质的量，SI单位为mol,nBB的物质的量，SI单位为mol xB 物质B的摩尔分数，量纲为一,普通化学,两组分的溶液系统：,溶质B的摩尔分数:溶剂A的摩尔分数:所以,对任何一个多组分系统，则,普通化学,【例】将10克NaOH溶于90克水中，求此溶液的溶质的物质的量分数浓度。,解：nNaOH=10/40=0.25(mol)nH2O=90/18=5(mol)XNaOH=0.25/(0.25+5)=0.048,普通化学,5、质量分数,mB 物质B的质量；m 混合物的质量；WB B的质量分数，量纲为一。,普通化学,例：求(NaCl)=10%的NaCI水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数。,解：根据题意，100g溶液中含有NaCl 10g，水90g。即 m(NaCl)=10g，而m(H2O)=90g，因此,普通化学,6、几种溶液浓度之间的关系物质的量浓度与百分含量的关系,例：已知浓硫酸的密度1.84gmL-1,含硫酸为96.6%，如何配制c(H2SO4)=0.10molL-1的硫酸溶液500mL?,普通化学,解：根据题意,则有：根据 C(A).V(B)=C(A).V(B)则有 所以需量取2.8mL浓硫酸，将浓硫酸慢慢加入400 mL左右的蒸馏水中，然后稀释至500mL。,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,难,易,？,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,冰雪道路撒盐防结冰,？,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,？,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,溶液：溶质+溶剂混合物 电解质非电解质稀溶液,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,与溶质的本性有关，如溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等,KMnO4溶液,CuSO4溶液,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,与溶质离子的数目有关，而与溶质本性无关。依数性。非电解质稀溶液的依数性：蒸气压下降沸点上升凝固点下降渗透压,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,1 蒸气压下降1-1 蒸气压（p*）：将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目相等时，这时液体上方的蒸气所具有的压力称为溶剂在该温度下的饱和蒸气压。,普通化学,高山上鸡蛋用普通锅不易煮熟,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,1-2 蒸气压下降,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,1-3-1 拉乌尔（Raoult）定律 在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压（p）等于纯溶剂的蒸气压（pA*）与溶剂摩尔分数（xA）的乘积。1-3-2 拉乌尔（Raoult）定律 在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降值（p）与溶质的摩尔分数（xB）成正比。,p=pA*.xA,p=pA*.xB,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,1-3-3 拉乌尔（Raoult）定律以1kg水的稀溶液为例，1kg溶液 1kg溶剂 p=pA*.xBxB nB/nAnA=1000/18=55.6bB=nB/1=nB(mol/kg)在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降值（p）近似地与溶液的质量摩尔浓度（bB）成正比。,拉乌尔定律只适用稀溶液，溶液越稀，越符合定律,p KA.bB,KA=pA*/55.6,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,2 沸点上升2-1 沸点：溶液的蒸气压与外压相等时的温度称为该溶液的沸点。Tb正常沸点：外压为101.3kPa(p)时的沸点 水的正常沸点为373.15K,难挥发非电解质稀溶液的沸点总高于纯溶剂的沸点,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,2-2 原因：溶液的蒸气压下降,Tb Kb.bB,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,3 凝固点下降3-1 凝固点：在一定的外界压力下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）。Tf3-2 原因：溶液的蒸气压下降,普通化学,道路撒盐防结冰,Tf Kf.bB,普通化学,、非电解质溶液的通性,【例】：为了防止汽车水箱中的水在266 K时凝固，以无水乙醇（=0.803g/ml）做防冻剂，问每升水须加若干 ml乙醇？（假设溶液服从拉乌尔定律）【解】：已知水的凝固点为273K，Kf=1.86 Tf=273-266=7(K)Tf=Kf bB 则bB=Tf/Kf=7/1.86=3.76(mol/kg)即每升水加3.76mol乙醇，已知 M乙醇=46，=0.803。应加入乙醇体积为 V=3.7646/0.803=215.6(ml),普通化学,非电解质稀溶液的依数性,4 渗透压4-1 概念渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程产生的条件：半透膜存在 膜两侧溶液的浓度不相等半透膜：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。半透膜允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。,普通化学,p,p,反渗透法净化水,反渗透：如果外加在溶液上的压力超过渗透压，则反而会使溶液中的水向纯水的方向流动，使水的体积增加。广泛用于海水淡化、工业废水和污水处理以及溶液浓缩等方面,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,普通化学,非电解质稀溶液的依数性,4-2 渗透压的计算1886 年，荷兰理论化学家vantHoff 指出：难挥发非电解质稀溶液的渗透压，在一定体积和一定温度下，与溶液中所含溶质的物质的量成正比，与溶质的本性无关V=nBRT=cBRT bBRT,普通化学,5 依数性的应用【例】实验测定未知物水溶液在298K时的渗透压为750kPa，求溶液的沸点和凝固点。【解】溶液的浓度为：c=/RT750kPa/(8.314kPaLK-1mol-1298K)0.302molL-10.302molkg-1 Tb=Kbb 未 0.512Kkgmol-10.302 molkg-10.154K Tf=Kfb 未 1.86Kkgmol-10.302 molkg-10.562K 则Tb=Tb+Tb*=373+0.154=373.154K，Tf=Tf*-Tf=273-0.562=272.438K,普通化学,、非电解质溶液的通性,动植物生理：如植物体内水分传导，如植物从土壤中吸收水份和营养、合理施肥等；动物溶血、输血（等渗溶液）、医学上输液必需输等渗溶液以及动物体内水份的输送（淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水）。海水淡化，污水处理（反渗技术）。,普通化学,、电解质溶液的通性,阿仑尼乌斯根据电解质溶液不服从稀溶液定律的现象，提出了电离理论。1903年他获得了诺贝尔化学奖。电离理论认为电解质分子在水溶液中解离成离子，使得溶液中的微粒数增大，故它们的蒸汽压、沸点、熔点的改变和渗透压数值都比非电解质大。,解离度溶液中已解离的电解质的分子数与电解质总分子数之比。,普通化学,例 将质量摩尔浓度均为0.10 molkg-1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大到小次序排序:,解：按从大到小次序排序如下：粒子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蒸气压 蔗糖 HAc HCl BaCl2沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖凝固点 蔗糖 HAc HCl BaCl2渗透压 BaCl2 HCl HAc 蔗糖,在一定体积的溶液中，粒子数目越多，即粒子浓度越大，沸点越高。电解质的粒子数目较相同浓度的非电解质多，强电解质的粒子数较相同浓度的弱电解质多。,普通化学,3.2、水溶液中的单相离子平衡,根据解离度的大小，将电解质分为强电解质和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的解离平衡及配离子的解离平衡两类。,普通化学,、酸碱在水溶液中的解离平衡,1、酸碱理论1-1、酸碱的概念（1）对酸碱的最初认识：从它们的表观现象开始，具有酸味的物质称为酸，而能够抵抗酸性的物质则称为碱（2）18世纪后期，认为氧元素是酸的必要成分（拉瓦锡）（3）19世纪中叶，认为氢是酸的基本元素（戴维、李必希）（4）1884年，Arrhenius对酸碱的定义：酸：在水溶液中经电离只生成H+一种阳离子。碱：在水溶液中经电离只生成OH-一种阴离子。（5）溶剂理论（富兰克林），质子理论（布朗斯特劳莱），电子理论（路易斯）和软硬酸碱（皮尔逊）的理论。,普通化学,、酸碱在水溶液中的解离平衡,1-2、酸碱质子论基本概念酸:凡是能释放质子（H+）的任何含氢原子的分子或离子的物质，即质子的给予体。碱：任何能与质子（H+）结合的分子或离子的物质。即质子的接受体。酸碱可以是中性分子、正离子或负离子。,普通化学,、酸碱在水溶液中的解离平衡,普通化学,、酸碱在水溶液中的解离平衡,1-2-1、共轭酸碱对：满足共轭关系的一对酸碱 例如：HAc的共轭碱是Ac-，Ac-的共轭酸是HAc，HAc 和 Ac-是一对共轭酸碱。HCl和Cl-，NH4+和NH3，以及H2PO4-和HPO42-均互为共轭酸碱对。酸越强，其共轭碱越弱；反之，酸越弱，其共轭碱越强。在不同介质中酸碱的强度也不同。两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质,普通化学,1-2-2、酸碱反应:一切包含有质子传递过程的反应 酸1+碱2=酸2+碱1中和反应：HNO3+NH3=NH4+NO3-解离反应：HCl+H2O=H3O+Cl-水解反应：NH4+2H2O=H3O+NH3H2O复分解反应：HF+Ac-=HAc+F,在质子理论中没有盐的概念。,、酸碱在水溶液中的解离平衡,酸碱反应总是由较强的酸与较强的碱作用，向着生成较弱的酸和较弱的碱的方向进行。,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,1-3、酸碱电子论（广义酸碱理论，自学）凡能接受外来电子对的分子、离子或基团称为酸（路易斯酸）；凡能提供电子对的分子、基团或离子为碱（路易斯碱）。该酸碱反应的实质是形成配位键产生酸碱加合物。质子论只是电子论的一种特例，而能够作为路易斯酸（能接受外来电子对）的还可以是原子、金属离子以及中性分子等。该理论的不足之处主要是没有统一的标度来确定酸碱的相对强弱。,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,1-4、硬软酸碱（HSAB）规则硬酸：体积小，正电荷高，极化性低，对外层电子“抓得紧”；软酸则相反，对外层电子“抓得松”。硬碱：极化性低，电负性高，难氧化，对外层电子“抓得紧”；软碱则相反，对外层电子“抓得松”。“硬”和“软”形象的形容酸碱抓电子的松紧，而电子被抓的松紧则是酸碱接受电子难易的关键。硬软酸碱规则：硬亲硬，软亲软,普通化学,2-1、解离常数：2-1-1酸在水溶液中表现出来的相对强度，用Ka（标准解离常数）来表示。HAc+H2O H3O+Ac-Ka=(H3O+)(Ac-)/(HAc)(H2O)=(H3O+)(Ac-)/(HAc)=c(H3O+)/cc(Ac-)/c/c(HAc)/c=c(H3O+)c(Ac-)/c(HAc)=H3O+Ac-/HAc（平衡时浓度）Ka 越大，酸的强度越大,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,普通化学,2-1-2 碱在水溶液中表现出来的相对强度，用Kb来表示Kb称为碱的标准解离常数。Kb 越大，碱的强度越大。一种酸的酸性越强，其 Ka值越大，则其相应的共轭碱的碱性越弱，其Kb 值越小。共轭酸碱对HAc-Ac-的 Kb 与 Kb 之间：,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,2-2、水的解离平衡按照酸碱质子理论，水的自身解离平衡表示为：标准平衡常数表达式：,2H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq),K W水的离子积常数，简称水的离子积，经常用 Kw表示。Kw是标准平衡常数,普通化学,在溶液中，只要有 H2O,H+,OH-三者共存，之间就存在如下的数量关系：H+OH-=Kw，不论溶液是酸性，碱性，还是中性。常温下，H+=1.0 10-7mol.L-1，表示中性。这时:Kw=1.0 10-14非常温时，溶液的中性只能是指:H+=OH-,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,普通化学,2-3、溶液的pH（自学）溶液中H+浓度或OH-浓度的大小反映了溶液的的酸碱性的强弱。一般稀溶液中，c(H+)的浓度范围在（10-1 10-14）molL-1之间。在化学科学中，通常习惯于以a(H+)的负对数来表示其很小的数量级即pH值。pH=-lg a(H+)即 pH=-lg c(H+)/c 与pH对应的还有pOH，即pOH=-lg c(OH-)/c25 时，任意温度时，,pKw=pH+pOH,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,2-6、一元弱酸的解离平衡对一元弱酸HA：HA H+A-一定温度下：Ka=H+A-/HA假设弱酸溶液的初始浓度为C，则平衡时：H+=A-，HA=C-H+，代入上面的Ka表达式，得到Ka=H+2/C-H+，解方程得到：,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,此式是计算一元弱酸溶液中H+的近似公式。当H+400时，近似认为C-H+C，则上式简写为：,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,2-7、一元弱碱的解离平衡对一元弱碱BOH：BOH B+OH-同理可得其平衡解离常数为：Kb=OH-B+/BOH当C/Kb 400时，,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,2-8、解离度（转化率）解离度()：一元弱酸（稀释定律）一元弱碱（稀释定律）,【例】计算0.1M NaAc溶液的pH值,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,解：Ac-+H2O OH-+HAc,pOH=6-lg7.5=5.18 pH=14-POH=8.87,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,2-9、二元弱酸的解离平衡以H2CO3的解离为例：第一步：H2CO3 H+HCO3-Ka1=H+HCO3-/H2CO3=4.310-7第二步：HCO3-H+CO32-Ka2=H+CO32-/HCO3-=5.610-11Ka1 Ka2，溶液中的H+主要来自于H2CO3的第一步解离反应,c(H+)的计算可按一元弱酸的解离平衡做近似处理。而酸根离子CO32-的计算则应考虑第二级平衡。,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,（A）当H2CO3溶液中只存在H2CO3时，CO32-=Ka2（H+与 HCO3-近似相等）（B）当H2CO3溶液中还存在其它离子，例如产生同离子效应时，则按照下面的公式计算酸根离子的浓度：Ka1.Ka2=H+2 CO32-/H2CO3【例】计算0.010 molL-1 H2CO3溶液中H+，HCO3-,CO32-和OH-浓度，以及溶液的 pH。,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,【解】Ka1Ka2，所以c(H+)应当主要来自于第一级电离。,H2CO3 H+HCO3-,可用近似公式计算,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,OH-的产生主要来自水的解离c(OH-)=Kw/c(H+)=1.010-14/1.310-4=7.710-11 pH=-lgH+求c（CO32-），必须用第二步解离平衡：HCO3-H+CO32-因为溶液中只有H2CO3，因此 CO32-Ka2=5.610-11,普通化学,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,多元弱酸解离平衡注意事项：(1)多元弱酸的解离是分步进行的，一般Ka1 Ka2 Ka3 溶液中的 H+主要来自于弱酸的第一步解离，计算 c(H+)或 pH 时可只考虑第一步解离。(2)对于纯的二元弱酸，当 Ka1 Ka2 时，c(酸根离子）Ka2,而与弱酸的初始浓度无关。(3)对于二元弱酸，若 c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与 c(H+)成反比。（Ka1.Ka2=H+2 CO32-/H2CO3）2-10、多元弱碱解离平衡例 计算-1 Na2CO3溶液的pH值。,普通化学,解：,2、酸碱在水溶液中的离子平衡及pH计算,Kb1Kb2，OH-主要来自于第一步水解,普通化学,3、缓冲溶液和pH的控制,3-1、同离子效应：在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，导致弱电解质的解离度降低的现象。在HAc溶液中加入强酸（H+）或NaAc，使平衡 HAc+H2O H3O+Ac-向左移动，从而降低了HAc电离度。例：向-1 HAc中加入固体NaAc或者HCl，使其浓度为-1，求此混合溶液中H+浓度和HAc的解离度。已知：Ka(HAc)=1.810-5。,普通化学,解：（1）加入NaAc后：HAc+H2O H3O+Ac-起始浓度(mol.L-1)0.10 0 0.10平衡浓度(mol.L-1)0.10-x0.10 x 0.10+x0.10,c(H+)/=x=1.810-5 mol.L-1，解离度为0.018%。（2）如果加入HCl：HAc+H2O H3O+Ac-起始浓度(mol.L-1)0.10 0.1 0平衡浓度(mol.L-1)0.10-x 0.10 0.10+x0.10 xc(H+)/mol.L-1=x=1.810-5，解离度仍为0.018%.说明：无论加HCl还是HAc，解离度均从1.3%降低到0.0018%，效果相同。,普通化学,50mLHAc-NaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH=4.75,加入1滴(0.05ml)1molL-1 HCl,加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH,实验：,50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11,pH=4.74 pH=4.76,3、缓冲溶液和pH的控制,普通化学,3、缓冲溶液和pH的控制,3-2、缓冲溶液：能够抵抗外加少量强酸或强碱或稀释而能保持溶液pH值基本不变的溶液。一般由弱酸(碱)及其共轭碱(酸)所组成，能控制氢离子浓度。3-3、缓冲作用原理：Ka=H+Ac-/HAcH+=KaHAc/Ac-,HAc H+Ac-,普通化学,3、缓冲溶液和pH的控制,3-4、缓冲溶液pH的计算对弱酸与其共轭碱组成的缓冲体系：因为：H+=KaHA/A-所以：pH=pKa+lgA-/HApH=pKa+lg（C共轭碱/C弱酸）=pKa+lg（n共轭碱/n弱酸）对弱碱与其共轭酸组成的缓冲体系：pOH=pKb+lg（C共轭酸/C弱碱）=pKb+lg（n共轭酸/n弱碱）例:有50mL含有-1HAc和-1NaAc的缓冲溶液，（1）计算缓冲溶液的pH；（2）在上述缓冲溶液中加入0.1mL HCl（-1）后的pH。,普通化学,（1）缓冲溶液的pH值为:（2）加入1.0mol.L-1的HCl 0.1mL后，此时体系中:,3、缓冲溶液和pH的控制,从计算结果可知，加入少量盐酸后，溶液的pH值基本不变。,普通化学,3、缓冲溶液和pH的控制,3-5、缓冲容量缓冲容量（buffer capacity)：是指缓冲溶液抵御外来强酸强碱的能力。缓冲容量的大小取决于缓冲体系共轭酸碱对的浓度及其浓度比值。一般地，当c（共轭碱）/c（共轭酸）的比值在10：11：10时，缓冲容量较为合适。pH=pKa 1pOH=pKb 1,普通化学,3、缓冲溶液和pH的控制,3-6、缓冲溶液的选择在实际配制一定pH缓冲溶液时，则要选用Ka（或）Kb等于或接近于该pH值（或pOH值）的共轭酸碱对。例如pH=5左右缓冲液，可选Ka=4.74的HAc-Ac-缓冲对；pH=9左右缓冲液，可选Kb=9.25的NH4+-NH3缓冲对。,普通化学,常用缓冲溶液的缓冲范围,3、缓冲溶液和pH的控制,普通化学,3.3、难溶电解质的多相离子平衡,可溶电解质的解离平衡是单相体系的离子平衡。难溶电解质在水溶液中，存在固体和溶液中离子之间的平衡，即多相离子平衡。,普通化学,、多相离子平衡和溶度积,1、溶解度：在一定温度下，达到溶解平衡时，一定量的溶剂中含有溶质的质量，叫做溶解度，通常以符号 S 表示。对水溶液来说，通常以饱和溶液中每100g 水所含溶质质量来表示，即以:g/100g水表示。一般可用溶解度的大小来衡量物质在水中溶解能力的大小。把溶解度小于0.01g的物质称为难溶物。,普通化学,、多相离子平衡和溶度积,2、溶度积：对于难溶电解质的解离平衡，其标准平衡常数K称为溶度积常数，简称溶度积，用Ksp（或者Ks）来表示。AgCl(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)该反应的标准平衡常数为：Kc(Ag+)c(Cl-)=Ksp一般的难溶电解质的溶解沉淀平衡可表示为:AnBm(s)=nAm+(aq)+mBn-(aq)Ksp=Am+nBn-m,普通化学,、多相离子平衡和溶度积,3、溶度积和溶解度的关系以及换算在有关溶度积（Ksp）的计算中，离子浓度必须是物质的量浓度，其单位为molL-1，而溶解度（S）的单位往往是g/100g水。因此，计算时要先将难溶电解质的溶解度 S 的单位换算为molL-1。溶度积和溶解度在相互换算的时候应注意：A难溶电解质的离子在溶液中不发生任何副作用B难溶电解质要一步完全解离例 在25 时，Ag2CrO4的溶解度是-1,试计算Ag2CrO4的KSP。,普通化学,解：由 Ag2CrO4的溶解平衡 Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO42-(aq)平衡时浓度/mol.L-1 2S S可得 KSP=c 2(Ag+)c(CrO42-)=(2S)2 S=4S3=4(6.54 10-5)3=1.12 10-12,、多相离子平衡和溶度积,普通化学,对同类型的难溶电解质，可用溶度积Ks的大小来比较溶解度s的大小。但不同类型的难溶电解质则不宜直接用溶度积Ks的大小来比较溶解度s的大小。如：,溶度积CaCO3 AgCl Ag2CrO4Ks 8.710-9 1.5610-10 910-12s 9.410-5 1.2510-5 1.3110-4关系式,、多相离子平衡和溶度积,普通化学,1、溶度积规则(1)Q Ksp，平衡向左移动，沉淀析出；(2)Q=Ksp，处于平衡状态，饱和溶液；(3)Q Ksp，平衡向右移动，无沉淀析出；若原来有沉淀存在，则沉淀溶解。,沉淀溶解平衡的反应商判据，即溶度积规则：,、溶度积规则及其应用,普通化学,例：计算BaSO4在0.100 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度，并与其在水中的溶解度比较。Ks(BaSO4)=1.0810-10,解：设BaSO4在0.1 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度为sBaSO4(s)=Ba2+SO42-平衡浓度/moldm-3 s s+0.1Ks=s(s+0.1)0.1s=1.0810-10解得：s=1.0810-9,BaSO4在纯水中的溶解度为somoldm-3so=1.0410-5溶解度降低了约104(一万)倍。,2、同离子效应：在难溶电解质饱和溶液中，加入含有与难溶物组成中相同离子的强电解质，使难溶电解质的溶解度降低的现象。,普通化学,、溶度积规则及其应用,3、沉淀的生成定性分析中，认为溶液中残留离子的浓度不超过10-5mol.L-1时沉淀完全；定量分析中认为溶液中残留离子的浓度不超过10-6mol.L-1时沉淀完全。沉淀生成的一般条件：A加入沉淀剂B控制溶液的pH,普通化学,、溶度积规则及其应用,例：在20ml 0.0020molL-1Na2SO4溶液中加入 20 ml 0.020molL-1 BaCl2溶液，有无BaSO4沉淀生成？并判断 SO42-离子是否沉淀完全？已知BaSO4的Ksp=1.0710-10.,解:（1）,有BaSO4沉淀生成,普通化学,即 1.0710-10 0.0090 x x=SO42-1.210-8 mol L-1,设平衡时 SO42-=x molL-1,沉淀完全是指离子残留量 10-5 mol L-1,故加入BaCl2 可使SO42-沉淀完全,Ksp=Ba2+SO42-=(0.0090+x)x,起始浓度/molL-1 0.010 0.0010 平衡浓度/molL-1 0.010(0.0010-x)x,BaSO4(s)Ba 2+SO42-,0.0090+x 0.0090,x 很小,普通化学,例 计算298K时使0.010molL-1Fe3+开始沉淀和沉淀完全时溶液的pH值。已知Fe(OH)3的Ksp=2.6410-39。,解：Fe(OH)3(s)Fe3+3OH-,开始沉淀,Fe3+OH-3Ksp,pOH=13lg 6.42=12.19,pH=1.81,、溶度积规则及其应用,普通化学,沉淀完全,Fe3+10-5 molL-1,pH=14(12lg6.42)=2.81,普通化学,、溶度积规则及其应用,4、沉淀的溶解4-1、生成弱电解质4-1-1 生成弱酸CaCO3(s)+2H+Ca2+H2CO3,普通化学,、溶度积规则及其应用,4-1-2 生成弱碱Mg(OH)2(s)+2NH4+Mg2+2NH3H2O,普通化学,、溶度积规则及其应用,4-1-3 生成水Fe(OH)3(s)+3H+Fe3+3H2O,普通化学,、溶度积规则及其应用,4-2、发生氧化还原反应3CuS+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+3S+2NO+4H2OS2-浓度降低，导致Q Ksp，沉淀溶解4-3、生成配离子AgCl+2NH3=Ag(NH3)2+Cl-Ag+浓度降低，导致Q Ksp，沉淀溶解,普通化学,例 溶液中Cl-、CrO42-离子浓度均为0.0010molL-1，若逐滴加入AgNO3溶液，试计算：（1）哪一种离子先产生沉淀？（2）第二种离子开始沉淀时，溶液中残留的第一 种离子的浓度是多少？,、溶度积规则及其应用,5、分步沉淀：用一种沉淀剂，使溶液中的几种离子先后沉淀出来的方法。,普通化学,解：(1)开始沉淀,先产生AgCl 沉淀,Ksp=Ag+Cl-,故 AgCl 已沉淀完全(Cl-10-5 molL-1),普通化学,6、沉淀的转化：在含有某一沉淀的溶液中，加入适当的试剂，使之生成另一种沉淀。,、溶度积规则及其应用,例：如果在1L Na2CO3 溶液中转化 0.010molL-1 CaSO4，问 Na2CO3 的最初浓度应为多少？,解：CaSO4(s)+CO32-,CaCO3(s)+SO42-,Na2CO3 的最初浓度为,0.010+7.110-7 0.010(molL-1),普通化学,结论：,沉淀类型不同，计算反应的。,沉淀类型相同,大（易溶)者向 小（难溶)者转化容易，二者 相差越大，转化越完全，反之 小者向 大者转化困难；,普通化学,、溶度积规则及其应用,沉淀转化的应用：废水处理含Hg2+废水可以用硫化物进行处理，但若用易溶硫化物如Na2S等进行处理时，处理后的水中存在大量的硫离子，造成新的污染。利用沉淀转化的方法，如用FeS处理含Hg2+废水，则可以解决这个问题。,FeS(s)+Hg2+(aq)=HgS(s)+Fe2+(aq),K=7.9 1033因过量的FeS不溶于水，可以过滤除去。,普通化学,3.4 胶体与界面化学,一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系统，简称分散系。,分散系中被分散的物质称为分散相。,分散相所处的介质称为分散介质。,思考：用淀粉和水制成的淀粉糊是一种分散系统。请指出该分散系统中的分散相和分散介质。,在淀粉糊中，分散相是淀粉颗粒，分散介质是水。,普通化学,3.4.1 分散系分类,按分散相粒子的大小分类：,分子分散体系：分散相粒子的直径小于10-9m，属于真溶液。例如氯化钠、葡萄糖等水溶液。,胶体分散体系：分散相粒子的直径在10-9m 10-7m之间，属于胶体。例如蛋白质、核酸等水溶液。,粗分散体系：分散相粒子的直径大于10-7m，易聚沉。例如牛奶，豆浆，泥浆等。,按胶体与水的亲合力分类：,憎液溶胶分散相粒子与水的亲合力较弱，如AgI胶体等。,亲液溶胶分散相粒子与水的亲合力较强，如蛋白质、淀粉等。,普通化学,1 胶体的结构,以碘化银胶体为例：AgNO3+KI(过量)KNO3+AgI 过量的 KI 用作稳定剂 胶团的结构表达式：,(AgI)m,(AgI)m 胶核,(AgI)mnI(n-x)K+x-胶粒,(AgI)mnI(n-x)K+x-xK+胶团,同一种胶体，胶粒的结构可以因制备方法的不同而不同。,胶体的核心部分是不溶于水的粒子，称为胶核。胶核是电中性的。胶核上吸附了大量离子形成紧密层，称为胶粒。由于吸附的正、负离子不相等，因此胶粒带电。胶粒周围分散着与胶粒带相反电荷的离子(自然也有其它离子)。胶粒及其带相反电荷的离子构成胶体的基本结构单元胶团。,图3.4 胶体结构示意图,普通化学,2 胶体的稳定性,胶体是热力学不稳定系统。但胶体能够长时间不发生沉降而稳定存在，原因主要有：,胶体粒子的布朗运动。,思考：胶体的稳定性如何？,胶体粒子带有电荷的原因：胶体是一高度分散的系统，胶体粒子的总表面积非常大，因而具有高度的吸附能力，并能选择性地吸附某种离子。,胶体粒子带有电荷，胶粒之间有很强的相互排斥。,思考：在上例碘化银胶体的制备中，为何吸附I而不是K+？,在碘化银胶核的表面，碘化银优先吸附和组成有关的I。,普通化学,胶体的聚沉与保护,胶体的聚沉使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程称为胶体的聚沉。促使胶体聚沉的因素有：,加入电解质：电解质中带有与胶粒异号电荷的离子导致了溶胶的聚沉。使溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度称为聚沉值，单位mmoldm-3。电解质与胶粒异号电荷的离子的价数越高，聚沉效率越大，聚沉值越小。,将两种带异号电荷的溶胶混合,加热,胶体的保护加入某些高分子化合物如动物胶、蛋白质、淀粉等,普通化学,表面活性剂,凡能显著降低两相之间表面张力的物质称表面活性剂。,表面活性剂的结构特点：表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油基团（疏水基团）。,双亲分子结构表面活性剂在两相界面作定向排列。使得两相之间的表面张力大大降低。,图3.5 表面活性剂在两相界面的排列,普通化学,1 表面活性剂分类,表面活性剂通常也按亲水基团的化学结构来分类，亲水基团是离子结构的称为离子型，亲水基团是共价结构的称为非离子型。,离子型表面活性剂又可分为阳离子型(亲水基团是阳离子)、阴离子型(亲水基团是阴离子)和两性型(亲水基团既有阳离子又有阴离子)表面活性剂。,显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,普通化学,2 表面活性剂举例,阴离子表面活性剂,阳离子表面活性剂,ArCH2N(CH3)3Br 季胺盐类,非离子型 R-O-(CH2-CH2-O-)n H 聚氧乙烯醚类,普通化学,3 表面活性剂的应用,洗涤作用 洗涤剂是一种使用面很广的表面活性剂。肥皂是最普通的一种。肥皂是包含17个碳原子的硬脂酸钠盐。,当洗涤剂用来洗涤衣服或织物上的油污时，由于亲油基与油脂类分子之间有较强的相互作用力而进入油污中。另一端的亲水基与水分子之间存在较强的作用力而溶于水，这样通过洗涤剂分子使水分子包围了油污，降低了油污与织物之间的表面(界面)张力，再经搓洗，振动便可除去织物上的油污。,污渍,图3.6 洗涤剂的去污作用,普通化学,乳化作用,乳化作用两种互不相溶的液体，若将其中一种均匀地分散成极细的液滴于另一液体中，便形成乳状液。加入表面活性物质使形成稳定的乳状液的作用叫做乳化作用。,若水为分散介质而油为分散相，即油分散在水中，称为水包油型乳状液，以符号O/W表示。例如，牛奶就是奶油分散在水中形成的O/W型乳状液。,（a）O/W 型乳状液,普通化学,若水分散在油中，则称为油包水型乳状液，以符号W/O表示。例如，新开采出来的含水原油就是细小水珠分散在石油中形成的W/O型乳状液。,（b）W/O型乳状液,普通化学,乳化作用的应用,切削油：机械工业在高速切削时用乳化油作为冷却剂，具有导热性能好，润滑效果高且不沾工具等特点。,乳化燃油内燃机应用含10%水的乳化燃油，燃烧效果不降低但能节省燃料。,农用杀虫剂农业上用的杀虫剂一般都配制成O/W型乳状液,便于喷雾，可使少量农药均匀地分散在大面积的农作物上。同时由于表面活性剂对虫体的润湿和渗透作用也提高了杀虫效果。,其他人体对油脂的消化作用就是因为胆汁(胆酸盐)可以使油形成Ow型乳状液面而加速消化。,普通化学,乳化作用的破坏,在工业生产中也会遇到一些有害的乳状液。例如含水原油不仅可以促使石油设备腐蚀，而且不利于石油的蒸馏。因此必须设法破坏这种乳状液。,思考：什么时候人们需要消除乳化现象？,为要破坏有害的乳状液，可加入破乳剂。,破乳剂也是一种表面活性物质，其特点是有高的表面活性，但弱的成膜能力。能强烈地吸附于油水界面上，以取代原来在乳状液中形成保护膜的乳化剂，而生成一种新膜。这种新膜的强度低，较易被破坏。异戊醇、辛醇、乙醚等是优良的破乳剂。,此外，还可用升高温度、加入电解质以及高速离心等方法来破乳。,普通化学,发泡作用,起泡作用泡沫是不溶性气体分散于液体或熔融固体中所形成的分散系统。如肥皂泡沫(气体分散在液体中)、泡沫塑料、泡沫玻璃(气体分散在固体中)等。,机械搅拌液态水，这时进入水中的空气被水膜包围形成了气泡，但这些气泡不稳定。若对溶解了表面活性剂的水溶液进行搅拌使其产生气泡，就可以形成坚固的液膜，使泡沫能保持较长时间稳定地存在。这种能稳定泡沫作用的表面活性剂叫做起泡剂。常见的起泡剂有肥皂、十二烷基苯磺酸钠等。,空气,图3.7 气泡的形成示意图,普通化学,发泡作用的应用,灭火剂起泡剂常用于制造灭火器，由于大量的泡沫覆盖燃烧物的表面，使其与空气中的氧气隔绝，这样便可达到灭火的效果。,泡沫选矿起泡剂也用于泡沫浮选法以提高矿石的品位。将矿石粉碎成粉末，加水、起泡剂，搅拌并吹人空气使产生气泡，用捕集剂使矿物变成憎水性。矿物由于疏水性而粘附气泡浮起，这样便可分离收集有效成分。,其它啤酒、汽水、洗发和护发用品等都需用起泡剂，使产生大量的泡沫。,普通化学,消泡作用,在另外一些情况下，则必须消除泡沫，例如，洗涤、蒸馏、萃取等过程中，大量的泡沫会带来不利。必须适当抑制发泡，往往加入一些短碳链(如C5C8)的醇或醚，它们能将泡沫中的起泡剂分子替代出来；又由于碳链短，不能在气泡外围形成牢固的保护膜，从而降低气泡的强度而消除泡沫。,普通化学,膜化学,膜是二维结构的伸展体，是两亲分子组成的有序排列的集合体。它的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质(分子、离子、电子和光子等)。膜是一种重要的基础功能材料，它具有分离功能、生物功能和能量转换功能等。,普通化学,分离膜,具有分离功能的膜称为