高中化学奥赛讲座溶液ppt课件 64页

高中化学奥赛辅导讲座第四讲溶液\n初赛基本要求3.溶液。分散系。溶液浓度。亨利定律。胶体。分散相与连续相。胶体的形成与破坏。胶体的分类。胶体的基本结构。溶剂（包括混合溶剂）。决赛基本要求5.稀溶液的通性（不要求化学势）。\n【考题回顾】1、（2015全初）2-2在酸化的KI溶液中通入SO2，观察到溶液变黄并出现混浊(a)，继续通SO2，溶液变为无色(b)，写出与现象a和b相对应所发生反应的方程式。写出总反应方程式(c)，指出KI在反应中的作用。\n2、（2015全初）第4题（8分）腐殖质是土壤中结构复杂的有机物，土壤肥力与腐殖质含量密切相关。可采用重铬酸钾法测定土壤中腐殖质的含量：称取0.1500克风干的土样，加入5mL0.10mol·L-1K2Cr2O7的H2SO4溶液，充分加热，氧化其中的碳（C→CO2，腐殖质中含碳58%，90%的碳可被氧化）。以邻菲罗啉为指示剂，用0.1221mol·L-1的(NH4)2SO4·FeSO4溶液滴定，消耗10.02mL。空白实验如下：上述土壤样品经高温灼烧后，称取同样质量，采用相同的条件处理和滴定，消耗(NH4)2SO4·FeSO4溶液22.35mL。【考题回顾】\n4-1写出在酸性介质中K2Cr2O7将碳氧化为CO2的方程式。4-2写出硫酸亚铁铵滴定过程的方程式。\n4-3计算土壤中腐殖质的质量分数。\n【知识梳理】一、分散系的基本概念及分类一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质中所形成的体系称分散系。被分散的物质称分散质（分散相），把分散质分开的物质称分散剂（分散介质）。按照分散质粒子的大小，常把分散系分为三类，见表4-1。例如：云，牛奶，珍珠*在体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分称为相。\n分散质分散介质（分散剂）\n分散系类型分散质粒子直径/nm分散质主要性质实例分散系分散质分散剂分子分散系＜1小分子、离子或原子均相*，稳定，扩散快，颗粒能透过半透膜糖水糖水胶体分散系高分子溶液1~100大分子均相，稳定扩散慢，颗粒不能透过半透膜血液蛋白质水溶胶1~100分子的小聚集体多相，较稳定，扩散慢，颗粒不能透过半透膜[Fe(OH)3]胶体[Fe(OH)3]n水粗分散系＞100分子的大聚集体多相，不稳定，扩散很慢，颗粒不能透过半透膜泥水泥土水表4-1分散系按分散质粒子的大小分类\n二、分子分散系分子分散系又称溶液，因此溶液是指分散质分子、离子或原子均匀地分散在分散剂中所得的分散系。溶液可分为固态溶液（如某些合金）、气态溶液（如空气）和液态溶液。最常见也是最重要的是液态溶液，特别是以水为溶剂的水溶液。\n（一）、溶解度和饱和溶液1、溶解度在一定温度下的饱和溶液中，在一定量溶剂中溶解溶质的质量，叫做该物质在该温度下的溶解度。易溶于水的固体的溶解度用100g水中溶解溶质的质量（g）表示；一定温度下，难溶物质饱和溶液的“物质的量”浓度也常用来表示难溶物质的溶解度。例如298K氯化银的溶解度为1×10-5mol·L-1。\n2、饱和溶液在一定温度下，未溶解的溶质跟已溶解的溶质达到溶解平衡状态时的溶液称为饱和溶液。在饱和溶液中，存在着下列量的关系：=常数=常数\n3、溶解度与温度溶解平衡是一个动态平衡，其平衡移动的方向服从勒沙特列原理。一个已经饱和的溶液，如果它的继续溶解过程是吸热的，升高温度时溶解度增大；如果它的继续溶解过程是放热的，升高温度时溶解度减小。大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增大。气体物质的溶解度随着温度的升高而减小。\n4、溶解度与压强固体或液体溶质的溶解度受压力的影响很小。气体溶质的溶解度受压力影响很大。对于溶解度很小，又不与水发生化学反应的气体，“在温度不变时，气体的溶解度和它的分压在一定范围内成正比”，这个定律叫亨利（Henry）定律。其数学表达式是：Cg=Kg·pg（2-1）式中pg为液面上该气体的分压，Cg为某气体在液体中的溶解度（其单位可用g·L-1、L（气）·L（水）-1、mol·L-1表示），Kg称为亨利常数。\n5、溶解平衡任何难溶的电解质在水中总是或多或少地溶解，绝对不溶的物质是不存在的。对于难溶或微溶于水的物质，在一定条件下，当溶解与结晶的速率相等，便建立了固体和溶液中离子之间的动态平衡，简称溶解平衡。\n（二）、溶液组分含量的表示方法有很多方法表示溶液的组成，化学上常用物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数、质量分数等表示。1、物质的量浓度在国际单位制中，溶液的浓度用物质的量浓度（简称浓度）表示。其定义为：溶液中所含溶质A的物质的量除以溶液的体积，用符号cA表示。\n（2）质量摩尔浓度用1kg溶剂中所含溶质的物质的量表示的浓度称为质量摩尔浓度，用bA表示，单位为mol·kg-1，即：（3）摩尔分数溶液中某一组分A的物质的量（nA）占全部溶液的物质的量（n）的分数，称为A的摩尔分数，记为xA。\n（4）质量分数溶质A的质量占溶液总质量的分数称为溶质A的质量分数，符号为wA，即\n（三）、溶液的性质1.稀溶液的依数性(通性)定义：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为稀溶液的依数性，又叫稀溶液的通性。这类依数性包括：溶液的蒸气压下降；溶液的沸点上升.溶液的凝固点下降；溶液具有渗透压.\n1）溶液的蒸气压下降纯水的蒸气压示意图蒸发H2O(l)H2O(g)凝聚气液两相平衡\nⅰ饱和蒸气压在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号p表示。ⅱ蒸气压下降在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同T下的p纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。\n\n蒸汽压下降的原因纯溶剂正常溶液少单位时间内逸出液面的溶剂分子数目减少。\n拉乌尔（Raoult）定律在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数。p：溶液的蒸气压，：纯溶剂的蒸气压xA：溶质在溶液中的摩尔分数只适用于稀溶液\n因为xA＋xB＝1,xA:溶质的摩尔分数，xB:溶剂的摩尔分数。若溶剂为水：另：在一定温度下，溶剂为水时，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔质量浓度b成正比。注：b是溶质的摩尔质量浓度（mol/kg）;溶质物质的量/溶剂的质量。\n2）.溶液的沸点上升实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。原因：溶液的蒸气压下降。ΔTb＝Kb·bKb为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。解释:家里的骨头汤要它沸腾，温度要高于100摄氏度\nTb*Tb溶剂溶液△p△TbB101.325AB’溶液的沸点上升示意图P/kPat/℃原因：溶液蒸气压下降。\n3）.溶液的凝固点下降凝固点：在一定的外压下，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）。注：溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点。凝固点下降：Kf为凝固点下降常数。解释:海水不易结冰（含大量盐）。\nB'溶液纯水A'ABC△Tf△pTfTf*(273K)T凝固点下降原因：溶液的蒸气压下降p/kPa溶液的凝固点下降示意图t/℃AA，:P水AC:P冰BB,:P水溶液\n几种常用溶剂的Kb和Kf值（K·kg·mol-1）\n4）.溶液的渗透压扩散方向：纯水糖水半透膜液面上升液面下降纯水糖水\n渗透：这种让溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水=v糖水，渗透停止。糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水溶液的渗透压。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。\n计算公式：∏V=nART∏=cART≈bART（溶液很稀时，cA≈bA）nA溶质的物质的量，cA溶质的物质的量浓度R：摩尔气体常数，8.314kPa·L·mol-1·K-1T：热力学温度（绝对温度）\n稀溶液依数性的应用分子量的测定\n例题1：取0.817g苯丙氨酸，溶于50.0g水中，测得凝固点为-0.184℃，求苯丙氨酸的摩尔质量。解：△Tf=0.184K=Kf×b0.184K=1.86K·kg·mol-1×(0.817g/M)/(5×10-2)kgM=165g/mol【典型例题】\n【典型例题】例2：已知某不挥发性物质的水溶液的沸点是100.39℃，在18℃101kPa下，将3.00L空气缓慢地通过此溶液时，将带走水多少克？（已知水的摩尔沸点升高常数Kb=0.52K·kg·mol-1，18℃时水的饱和蒸气压p=2.06kPa）分析：①根据稀溶液定律公式求得溶液质量摩尔浓度b，②根据18℃时水的饱和蒸气压公式求得溶液的蒸气压。③将水的蒸气压按理想气体处理，根据气态方程式求得。\n\n2、分配定律（1）分配定律在一定温度下，一种溶质分配在互不相溶的两种溶剂中的浓度比值是一个常数，这个规律就称为分配定律，其数学表达式为：式中K为分配系数；为溶质A在溶剂中的浓度；为溶质A在溶剂中的浓度。\n（2）萃取分离萃取分离法是利用一种与水不相溶的有机溶剂与试液一起震荡，使某组分转入有机相，另外的组分留在水相，从而达到分离的目的。溶剂萃取的实质是物质在互不相溶的两种溶剂中的分配差异。萃取过程是物质在两相中溶解过程的竞争，服从相似相溶原理。萃取分离的主要仪器是分液漏斗。具体操作如下：将试液（水溶液）置于60~125mL的梨形分液漏斗中，加入萃取溶剂后立即震荡，使溶质充分转移至萃取溶剂中。静置分层，然后将两相分开。\n在实际工作中，常用萃取百分率E来表示萃取的完全程度。萃取百分率是物质被萃取到有机相中的比率。萃取时，为提高萃取效率，通常采用“少量多次”的方法。设有V(mL)溶液内含有被萃取物质m0(g)，用V(mL)溶剂萃取n次后，水相中剩余被萃取物质mn(g)，则式中K为分配系数，K=；为溶质A在水溶液中的浓度，为溶质A在萃取溶剂中的浓度。\n3、溶解度原理（相似相溶原理）限于理论发展水平，至今我们还无法预言气体、液体、固体在液体溶剂中的溶解度，但是我们可以按照“相似相溶”这个一般溶解度原理来估计不同溶质在液体溶剂中的相对溶解程度。“相似”是指溶质与溶剂在结构或极性上相似，因此分子间作用力的类型和大小也基本相同；“相溶”是指彼此互溶。也就是说，极性分子易溶于极性溶剂（如水），而弱极性或非极性分子易溶于弱极性或非极性溶剂（如有机溶剂氯仿、四氯化碳等）\n3、溶解度原理（相似相溶原理）液体溶质，如乙醇C2H5OH在水中的溶解度比乙醚CH3OCH3大得多，这是因为乙醇是极性分子，分子中含有—OH基，与水相似，而且C2H5OH与C2H5OH、C2H5OH与H2O、H2O与H2O分子间都含有氢键，作用力也大致相等；而乙醚属非极性分子。在固体溶质中，大多数离子化合物在水中的溶解度较大，非极性分子如固态I2难溶于水而易溶于弱极性或非极性的有机溶剂（如四氯化碳）中。另外，固态物质的熔点对其在液体溶剂中的溶解度也有一定的影响，一般结构相似的固体化合物在同一溶剂中低熔点的固体将比高熔点固体易溶解。\n3、溶解度原理（相似相溶原理）对于气体而言，在液体溶剂中的溶解度规律是：在同一溶剂中，高沸点气体比低沸点气体的溶解度大；具有与气体溶质最为近似分子间力的溶剂是该气体的最佳溶剂。如卤化氢气体较稀有气体易溶于水，而且随着卤素原子序数的递增，卤化氢的沸点升高，在水中的溶解度增大。\n三胶体分散系（一）胶体分类根据胶体系统的性质至少可分为两大类：（1）憎液溶胶系统具有很大的相界面，很高的表面Gibbs自由能，很不稳定，极易被破坏而聚沉。简称溶胶，由难溶物分散在分散介质中所形成，粒子都是由很大数目的分子构成，大小不等。聚沉之后往往不能恢复原态，因而是热力学中的不稳定和不可逆系统。8/17/202144\n（2）亲液溶胶大（高）分子化合物的溶液通常属于亲液溶胶。它是分子溶液，但其分子的大小已经到达胶体的范围，因此具有胶体的一些特性（例如：扩散慢，不透过半透膜，有Tyndall效应等等）若设法去除大分子溶液的溶剂使它沉淀，重新再加入溶剂后大分子化合物又可以自动再分散，因而它是热力学中稳定、可逆的系统。8/17/202145\n胶体分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类1.液溶胶将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：.液-固溶胶如油漆，AgI溶胶.液-液溶胶如牛奶，石油原油等乳状液.液-气溶胶如泡沫8/17/202146\n2.固溶胶将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：.固-固溶胶如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶胶如珍珠，某些宝石.固-气溶胶如泡沫塑料，沸石分子筛8/17/202147\n3.气溶胶将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。.气-固溶胶如烟，含尘的空气.气-液溶胶如雾，云8/17/202148\n（二）憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度粒子的大小在1~100nm之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。（2）多相不均匀性具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）易聚结不稳定性因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定系统，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。8/17/202149\n（三）胶团的结构形成憎液溶胶的必要条件是：（1）分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。8/17/202150\n胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈(扩散层)，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解8/17/202151\n胶团的结构例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶核胶粒(带负电)胶团(电中性)胶团的结构表达式：过量的KI作稳定剂8/17/202152\n胶团的结构例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+xNO3–胶核胶粒胶团胶团的图示式：过量的AgNO3作稳定剂胶团的结构表达式：胶核胶粒(带正电)胶团(电中性)8/17/202153\n（四）胶粒的形状作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。在溶胶中胶粒是独立运动单位，通常所说溶胶带电系指胶粒而言。胶团没有固定的直径和质量，同一种溶胶的值也不是一个固定的数值。8/17/202154\n胶团的形状例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2）V2O5溶胶是带状的质点（3）Fe(OH)3溶胶是丝状的质点8/17/202155\n（五）溶胶的稳定性和聚沉（1）溶胶的稳定性热力学不稳定体系总趋势是稳定的动力学稳定体系溶胶稳定性的原因：a.布朗运动。b.胶粒带有同种电荷，相互排斥。c.溶剂化作用：胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。\n（2）溶胶的聚沉定义：溶胶失去稳定因素，胶粒相互碰撞导致颗粒聚集变大，最后以沉淀形式析出，这种现象称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。促使胶体聚沉的方法有：Ⅰ加入电解质（研究最多应用最广，点豆腐的盐卤）；Ⅱ加入带相反电荷的胶体；Ⅲ长时间加热。\n3、(2014全初)第7题（12分）在0.7520gCu2S、CuS与惰性杂质的混合样品中加入100.0mL0.1209molL－1KMnO4的酸性溶液，加热，硫全部转化为SO42－，滤去不溶杂质。收集滤液至250mL容量瓶中，定容。取25.00mL溶液，用0.1000molL－1FeSO4溶液滴定，消耗15.10mL。在滴定所得溶液中滴加氨水至出现沉淀，然后加入适量NH4HF2溶液（掩蔽Fe3+和Mn2+），至沉淀溶解后，加入约1gKI固体，轻摇使之溶解并反应。用0.05000molL－1Na2S2O3溶液滴定，消耗14.56mL。写出硫化物溶于酸性高锰酸钾溶液的方程式，计算混合样品中Cu2S和CuS的含量。【经典考题】\n\n【知能训练】例1、已知20℃时Ca(OH)2的溶解度为0.165g/100g水，及在不同的CO2压力下碳酸钙的溶解度为：CO2压力/Pa01408499501溶解度(gCaCO3/100gH2O)0.00130.02230.109请用计算说明，当持续把CO2（压强为99501Pa，下同）通入饱和石灰水，开始生成的白色沉淀是否完全“消失”？在多次实验中出现了下列现象，请解释以下问题：\n分析：CO2通入澄清石灰水中产生浑浊，继续通入过量的CO2浑浊“消失”。本题借助于一些数据，定量地分析这一常见实验的各种可能发生的变化，加深对实验的认识。在数据处理时，由于是等物质的量进行转化，即1molCa(OH)2吸收1molCO2，生成1molCaCO3……因此将溶解度中溶质的克数换算成物质的量，便于分析得出结论。20℃时饱和石灰水溶解度为0.165g，相当于0.165/74=0.00223mol，而当CO2压力为1.01×105Pa时，CaCO3溶解度为0.109g，相当于0.109/100=0.00109mol。由于0.00109mol＜0.00223mol，所以把过量CO2通入饱和石灰水后产生的沉淀不能全部消失。由于0.165/74＞0.109/100，沉淀不消失\n（1）由碳酸钙和盐酸（约6mol/L）作用生成的CO2直接通入饱和石灰水溶液，所观察到的现象是：开始通CO2时生成的沉淀到最后完全消失。若使CO2经水洗后再通入饱和石灰水溶液则开始生成的白色沉淀到最后不能完全“消失”，为什么？分析：由CaCO3和6mol/L盐酸制取的CO2中混有逸出的HCl气体，当过量的该气体通入饱和石灰水中，开始产生的沉淀溶于盐酸及生成Ca(HCO3)2而消失。用水洗过的CO2，因除去了混有的HCl气体，所以沉淀不消失。解：CO2中混有HCl气体，沉淀溶解；水洗除去HCl后，沉淀不消失。\n（2）把饱和石灰水置于一敞口容器中，过了一段时间后，溶液表面有一层硬壳。把硬壳下部的溶液倒入另一容器中，再通入经水洗过的CO2，最后能得清液，请解释。若把硬壳取出磨细后，全部放回到原石灰水溶液中，再持续通入经水洗过的CO2，最后能得清液吗？分析：饱和石灰水吸收空气中的CO2，在表面形成一层硬壳，取硬壳下面的溶液，由于产生表面的硬壳，消耗了一定量的Ca(OH)2。当CO2通入时产生CaCO3的量将减少，通入过量水洗的CO2可能沉淀消失，得澄清溶液。若将硬壳全部放回，由于生成的沉淀CaCO3总量不变，再通入水洗过的过量CO2，沉淀不消失。解：CaCO3总量减少，沉淀可能消失；“硬壳”返回后，CaCO3总量不变，沉淀不消失。\n（3）用适量水稀释饱和石灰水溶液后，再持续通入经水洗过的CO2结果是因稀释程度不同，有时到最后能得清液；有时得不到清液，请估算用水将饱和石灰水稀释多少倍时，准能得到清液（设反应过程中，温度保持恒定，即20℃）分析：要使开始产生的沉淀消失，必须将Ca(OH)2在100g水中溶解量降到0.00109mol，这样产生的CaCO3也是0.00109mol，过量水洗过的CO2通入，沉淀将消失。所以加水量是：（－1）=1.05倍解：加入超过1.05倍体积的水，可得清液。