1
无机及分析化学
1.8.8 目标检测

答:需要0.15mol的锌和0.30mol盐酸。

化学反应的实质是溶液中溶质之间的反应,利用化学反应进行定量分析时,浓度用物质的量浓度来表示更为方便。所谓物质的量浓度是指用1 L溶液中所含溶质物质的量来表示的浓度,即:物质的量浓度就是溶质B的物质的量(mol)与溶液体积(L)之比,用cB表示,单位为mol/L。其表达式为:

例题2.5 将23.4g的NaCl溶于水中,配成250mL溶液,计算所得溶液中溶质的物质的量浓度。

解:NaCl的物质的量

NaCl溶液物质的量浓度

答:NaCl溶液中溶质的物质的量浓度为1.6mol/L。

物质的量、质量、微粒数目、气体体积、物质的量浓度它们之间的关系如下:

溶液浓度的配制在实际工作中应用相当广泛,化学上把用化学物品和溶剂(一般是水)配制成需要浓度的溶液的过程称为溶液浓度的配制。溶液浓度的配制使用的仪器主要有:容量瓶、天平(吸量管)、药匙、烧杯、玻璃棒、胶头滴管。溶液浓度的配制一般分6个步骤:计算→称量(量取)→溶解→移液→定容→摇匀。

①计算。常用n=m溶质/M,c=n/V,ρ=m溶液/V,质量分数=m溶质/m溶液公式计算。如:配制0.1mol/L的氢氧化钠溶液500mL,该称取氢氧化钠的质量为m=0.1×0.5×40=2(g)。如:实验室用密度为1.19g/mL、质量分数为36.5%的浓盐酸配制250mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液。应取盐酸的量为V=m/ρ=(0.25×0.1×36.5)/(36.5%×1.19)=2.1(mL)。

②称量或量取。固体试剂用分析天平或电子天平(为了与容量瓶的精度相匹配)称量,液体试剂用吸量管量取。称量或量取的试剂将放入小烧杯中,进行下一步溶解。

③溶解。将称好的固体放入烧杯,用适量(20~30mL)蒸馏水溶解,用玻棒搅拌加速溶解,冷却至室温。

④移液。将烧杯中冷却后的溶液转移到容量瓶。由于容量瓶的颈较细,为了避免液体洒在外面,用玻璃棒引流,玻璃棒不能紧贴容量瓶瓶口,棒底应靠在容量瓶瓶壁刻度线下。转移后,并用蒸馏水洗涤小烧杯和玻璃棒2~3次,将洗涤液一并注入容量瓶。

⑤定容。在容量瓶中继续加水至距刻度线2~3 cm处,改用胶头滴管滴加至刻度(液体凹液面最低处与刻度线相切)。

⑥摇匀。把定容好的容量瓶瓶塞塞紧,用食指顶住瓶塞,用另一只手的手指托住瓶底,把容量瓶倒转和摇动几次,混合均匀。由于容量瓶不能长时间盛装溶液,故将配得的溶液转移至试剂瓶中,贴好标签(标签上应注明药品名称和溶液的浓度),放到相应的试剂柜中。溶液的配制过程如图2.1所示。

图2.1 溶液配制操作示意图

2.2.2 质量分数、体积分数、摩尔分数

溶液的质量分数是指一定质量的溶液中所含溶质的质量,即溶液中溶质B的质量(mB)与溶液质量(m)之比。常用wB表示,表达式为:

质量分数与物质的量浓度之间是可以换算的,换算公式为:

例题2.6 求密度为1.84g/mL,质量分数为0.98的浓硫酸的物质的量浓度。

解:浓硫酸的物质的量浓度为

答:质量分数为0.98的浓硫酸的物质的量浓度为18.4mol/L。

体积分数是指在同温同压下溶质B的体积VB与溶液总的体积V的比值,用φB表示。表达式为:

体积分数也可称为体积浓度,无单位,可以用小数或百分数表示。如配置75%的医用酒精即75体积的乙醇加25体积的水。再如勾兑30度的酒即30体积的酒精加70体积的水。

摩尔分数是指溶液中溶质B的物质的量(nB)与溶液物质的量(nA+nB)之比。用xB表示,表达式为:

2.2.3 质量摩尔浓度

质量摩尔浓度是指1 kg溶剂中所含溶质的物质的量,即溶液中溶质B的物质的量(nB)除以溶剂的A质量(mA),用符号bB表示,单位为mol/kg。表达式为:

质量摩尔浓度的优点是不受温度的影响,在要求精确浓度时,最好用质量摩尔浓度表示。质量摩尔浓度常用来研究难挥发的非电解质稀溶液的性质,如:蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压。对于极稀的水溶液,其密度近似等于水的密度,物质的量浓度与质量摩尔浓度的数值几乎相等。

例题2.7 浓盐酸含HCl为37%,密度1.19g/cm3,求物质的量浓度及质量摩尔浓度。

解:HCl物质的量浓度、质量摩尔浓度分别为

设溶液体积为1 L,则溶液的质量为

m=ρ·V=1.19g/cm3×1 000 cm3=1 190g

溶质的质量为

mB=0.37m=0.37×1 190g=440.3g

溶剂的质量为

mA=0.63m=0.63×1 190g=749.7g

答:HCl物质的量浓度为12.06mol/L,质量摩尔浓度为16.09mol/kg。

2.2.4 质量浓度

溶质的质量浓度是指单位体积的溶液中所含溶质的质量,即溶质B的质量与溶液体积之比,用符号ρB表示,质量浓度的表达式为:

在分析化学中常量、微量组分的浓度常用质量浓度表示,电镀工业中配制的电镀液一般也用质量浓度表示。

例题2.8 常温下,取NaCl饱和溶液20.00mL,测得其质量为12.312g,将溶液蒸干,得NaCl固体2.925g。求:(1)饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数;(2)物质的量浓度;(3)质量摩尔浓度;(4)NaCl饱和溶液的质量分数;(5)质量浓度。

解:物质的量

(1)摩尔分数

(2)物质的量浓度

(3)质量摩尔浓度

(4)质量分数

(5)质量浓度

答:饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数分别为0.088和0.912;物质的量浓度为2.5mol/L;质量摩尔浓度为5.33mol/kg;NaCl饱和溶液的质量分数为0.24;质量浓度为146.25g/L。

2.3 电解质溶液

电解质溶液是指溶质溶解于溶剂后能够电离出离子的溶液,相应的溶质即为电解质。某物质是否为电解质并不是绝对的,同一物质在不同的溶剂中,可表现出不同的性质。例如HCl在水中是电解质,但在苯中则为非电解质;葡萄糖在水中是非电解质,而在液态HF中却是电解质。物质是否是电解质取决于物质在溶剂中能不能电离出自由移动的离子,所以,电解质与溶剂有关,本书在讨论电解质时都是以水溶剂为标准,涉及的电解质溶液也都是指的电解质水溶液。

2.3.1 电解质和非电解质

电解质是指在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物,它主要包含酸、碱、盐、水、活泼金属氧化物。非电解质是指在水溶液里或熔融状态下不能导电的化合物,它主要包含非金属氧化物(如CO2、SO2)和某些非金属氢化物(如NH3)及绝大多数有机物(如酒精、蔗糖)。电解质和非电解质均为化合物,判断化合物是否是电解质要看在水溶液或熔化状态下化合物能否电离,能否导电。电解质本身不导电,而只有在溶于水或熔融状态时电离出自由移动的离子后才能导电。

能导电的物质也不一定是电解质,不能只凭化合物在水溶液中导电与否来判断化合物是否是电解质,还需要考虑化合物的结构和性质等因素。例如:硫酸钡的水溶液不导电,硫酸钡是电解质。原因是硫酸钡难溶于水,溶液中离子浓度很小,水溶液不导电,但溶于水的那小部分硫酸钡却是完全电离了,因此,硫酸钡是电解质。SO2的水溶液能导电,但SO2不是电解质。原因是SO2本身不能电离,溶解于水是由于它和水反应生成了亚硫酸,亚硫酸是电解质,能导电。

判断氧化物是否为电解质,要具体分析。金属氧化物,如Na2O、MgO、Al2O3等是离子化合物,它们在熔化状态下能够导电,因此是电解质。非金属氧化物,如SO3、P2O5、CO2等是共价化合物,液态时不导电,所以不是电解质。但有些非金属氧化物,如HCl、HF、H2O等却是电解质,所以,非金属氧化物可能是电解质,也可能是非电解质。从结构看电解质包括离子型或强极性共价型化合物,非电解质包括弱极性或非极性共价型化合物,电解质与非电解质的区别见表2.3。

表2.3 电解质与非电解质的区别

另外,有些能导电的物质,如铜、铝等不是电解质。因它们并不是化合物,而是单质,不符合电解质的定义。

2.3.2 强电解质和弱电解质

根据电解质的电离程度,电解质一般可分为强电解质和弱电解质。电解质的强弱也与溶剂有关,例如乙酸在水中为弱电解质,而在液氨中则为强电解质;LiCl和KI晶体,在水中为强电解质,在醋酸中却是弱电解质。本书要讨论的电解质强弱也就是对水溶液而言。我们把在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质,在水溶液中只有部分电离的电解质称为弱电解质。强电解质在水溶液中完全电离,电离过程是不可逆的,不存在电离平衡,溶液中的电解质主要以正、负离子的形式存在。强电解质主要有:强酸如HNO3、H2SO4、HCl、HI、HClO4,强碱如NaOH、KOH、Ba(OH)2和大多数盐如CaCO3、CuSO4。弱电解质在水溶液中部分电离,电离过程是可逆的,存在电离平衡,溶液中的电解质以分子、正负离子的形式共存。弱电解质主要有:弱酸如HAc、H2CO3、HCN,弱碱如NH3·H2O、CH3NH2和水,以及少数盐,如:醋酸铅、氯化汞。必须说明,电解质导电能力不仅与电解质强弱有关,还与电解质的溶解性、离子浓度和所带电荷有关,强电解质并非导电能力强,见表2.4。

表2.4 强电解质与弱电解质的区别

电解质在水溶液中形成自由移动离子的过程称为电离或解离。电解质的电离可以用电离方程式来表示,我们把用化学式和离子符号表示电离过程的式子称为电离方程式。

在书写电离方程式时,要特别注意:电离方程式中,阴阳离子所带正负电荷的总数必须相等;强电解质用箭头(或等号)、弱电解质用可逆号表示。

强电解质的电离方程式如下:

弱电解质的电离方程式如下:

多元弱酸的电离是分步进行的,以第一步为主,例如:

多元弱碱的电离也是分步进行的,一般简化为一步,例如:

强酸的酸式盐一步电离,弱酸的酸式盐分步电离,第一步不可逆,以后步步可逆,且一步比一步的电离程度小。

多数离子化合物在熔化时也能发生电离,表示方法如下:

2.4 水的电离和溶液的酸碱性

2.4.1 水的电离

水通常认为是不导电的,但用精密仪器测定时,发现水有微弱的导电性,证明水是一种极弱的电解质。水有一定的导电性是由于水分子间的互相作用,H从一个水分子转移给另一个水分子,形成H3O和OH,水发生微弱的电离。

水分子与水分子之间相互作用较小,因此,水的电离是极难发生的。实验测得,25℃时,1 L纯水中含有55.5mol水分子,其中,只有1.0×10-7mol的水分子发生了电离,由水分子电离出的H和OH数目在任何情况下总相等,电离前后H2O的物质的量几乎不变,由平衡常数表达式得:cH+·cOH-=K·cH2O,既然K是常数,cH2O也可以看作不变的数,那么常数的乘积仍然是一个常数,我们把它称为水的离子积常数,用Kw表示。对水的电离:

在一定温度下,达到平衡电离时,其标准平衡常数

式中 c′——物质平衡的相对浓度,是物质的平衡浓度c与标准浓度cΘ的比值。

标准浓度cΘ=1mol/L,故c和c′数值完全相等,只是量纲不同,c量纲为mol/L,c′量纲为1;或者说c′只是个相对浓度。因此的量纲也为1。

在25℃时,cH+=cOH-=1×10-7mol/L,水的标准离子积常数为1×10-14。水的电离是一个吸热过程,温度升高,电离平衡正向移动,H和OH浓度同时增大。在100℃时,1 L纯水中有1.0×10-6mol的水分子发生电离,水的标准离子积常数为1×10-12,见表2.5。

表2.5 不同温度下水的标准离子积常数

从上表可见,只随温度变化而变化,是一个温度常数,在室温范围内,值变化不大,一般采用=1.00×10-14。在酸性或碱性溶液中,水的电离平衡仍然存在,H浓度或者OH浓度两者中若有一个增大,则另一个便减小,达到新的平衡时,虽然H和OH浓度不等,但溶液中c′H+·c′OH-这一关系式仍然存在。所以水的标准离子积常数不仅适用于纯水,对于任何酸性或碱性电解质的稀溶液同样适用。水的标准离子积常数是计算水溶液中cH+和cOH-的重要依据。

例题2.9 在0.1mol/L的HCl溶液中,cOH-为多少?溶液中溶质HCl电离的cH+与水电离的cH+之比是多少?

解:因为在任何溶液中=cH+·cOH-=1×10-14(无温度说明时,一般指25℃)。溶液中的OH全部来自于水的电离,而H来自于水的电离和溶质HCl的电离。由于溶质HCl电离的cH+远大于水电离的cH+,因而溶液中总的cH+可近似等于溶质HCl电离的cH+,即

cH+=0.1mol/L=1×10-1mol/L

由于=cH+·cOH-=1×10-14,可得

cOH-=1×10-13mol/L

溶液中的cOH-是水电离的cOH-,等于水电离的cH+,因而溶液中溶质HCl电离的cH+与水电离的cH+之比为

c盐酸H+/c水H+=10-1/1×10-13=1×1012

答:在0.1mol/L的HCl溶液中,cOH-为1×10-13mol/L。HCl电离的cH+与水电离的cH+之比是1×1012

2.4.2 溶液的酸碱性

在水溶液中,始终存在H和OH,溶液显酸性、中性还是碱性,取决于溶液中cH+和cOH-的相对大小。在一定温度下,水溶液中氢离子和氢氧根离子的物质的量浓度之积为常数,只要知道溶液中氢离子(或氢氧根离子)的浓度,就可以计算溶液中氢氧根离子(或氢离子)的浓度。根据氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小可判断溶液的酸碱性。cH+>cOH-溶液呈酸性,cH+越大,酸性越强;cH+=cOH-溶液呈中性;cH+<cOH-溶液呈碱性,cOH-越大,碱性越强。

在25℃时,水的离子积常数为1.0×10-14,纯水中cH+=cOH-=10-7mol/L。

即,当cH+>10-7mol/L,cOH-<10-7mol/L时,溶液呈酸性。

当cH+=10-7mol/L,cOH-=10-7mol/L时,溶液呈中性。

当cH+<10-7mol/L,cOH->10-7mol/L时,溶液呈碱性。

例如:室温下测得某溶液中的cH+为1.0×10-5mol/L,根据=cH+·cOH-=1.0× 10-14,可求得该溶液中cOH-=1.0×10-9mol/L,此时溶液呈酸性。

在浓度数值非常小时,用cH+及cOH-表示溶液的酸碱性很不方便。实际应用中,常用溶液中氢离子浓度的负对数(pH值)来表示溶液的酸碱性。pH值与氢离子浓度的关系式为:

例如:在25℃时,纯水中cH+=10-7mol/L,所以pH=7,此时溶液显中性。当溶液中cH+>10-7mol/L,pH<7时,溶液显酸性,且pH越小,溶液的酸性越强。当溶液中cH+<10-7mol/L,pH>7时,溶液显碱性,且pH越大,溶液的碱性越强。

pH在生命活动中极为重要。维持人和动物生存的酶、植物的生长,都只有在适宜的pH条件下,才能进行。一些重要溶液的pH值见表2.6。

表2.6 一些重要溶液的pH值

同样pOH用cOH-的负对数表示:

水溶液中:

在等式两边分别取负对数:

常温时,因为=10-14,所以pH+pOH=14。

一般而言,pH的应用范围是0~14,即溶液中cH+≤1mol/L或cOH-≤1mol/L的情况使用pH。当溶液中cH+或cOH->1mol/L时,用pH表示溶液的酸碱性并不简便,例如:cH+=1mol/L的溶液,其pH为0;cH+=10mol/L的溶液,其pH为-1;cOH-=1mol/L的溶液,其pH为14;cOH-=10mol/L的溶液,其pH为15。因此,当溶液的cH+或cOH->1mol/L时,采用物质的量浓度来表示溶液的酸碱性更为方便。

例题2.10 计算0.1mol/L HCl溶液的pH。

解:盐酸为强电解质,在溶液中全部电离

答:0.1mol/L HCl溶液的pH为1.00。

例题2.11 计算5.0×10-5mol/L NaOH溶液的pH。

解:氢氧化钠为强电解质,在溶液中全部电离

答:5.0×10-5mol/L NaOH溶液的pH为9.70。

例题2.12 当pH=4的盐酸溶液稀释102、105倍时,计算稀释后溶液的pH值。

解:pH=4,cH+=10-4mol/L,根据稀释规律,当稀释102倍时

cH+=10-4(mol/L)/102=10-6mol/L

忽略水的电离,则pH=6。

当稀释105倍时,这时需考虑水的电离。溶液的氢离子浓度等于盐酸电离的氢离子浓度与水电离的氢离子浓度的和。稀释后溶液的cH+浓度为

cH+=10-4/105+10-7=10-9+10-7≈10-7mol/L

因此,pH=7。

答:pH=4的盐酸溶液稀释102倍pH值为6,稀释105倍pH值接近7。

对强酸与强酸、强碱与强碱混合后溶液pH值的计算,关键是把各自溶液中的H或OH的物质的量相加除以混合后总体积,可得混合溶液的cH+或cOH-,即可求出pH值。

强酸与强酸混合液的pH:

强酸Ⅰ:c1(酸),V1(酸)电离n1=c1·V1

强酸Ⅱ:c2(酸),V2(酸)电离n2=c2·V2

   V=V1+V2

   n=c1·V1+c2·V2

   c混(H+)=n/V

强碱与强碱混合液的pH:

强碱Ⅰ:c1(碱),V1(碱)电离n1=c1·V1

强碱Ⅱ:c2(碱),V2(碱)电离n2=c2·V2

   V=V1+V2

   n=c1·V1+c2·V2

   c混(OH-)=n/V

   c混(H+)·c混(OH-)

例题2.13 将pH=11的氢氧化钠溶液和pH=13的Ba(OH)2溶液等体积相混合,求混合后溶液的pH值。

解:两种强碱溶液相混合,溶液显碱性,应先求出混合后溶液的cOH-浓度,再换算为混合原溶液的cH+,求出pH值。

pH=11的NaOH溶液

cH+=1×10-11mol/L,cOH-=1×10-3mol/L

pH=13的Ba(OH)2溶液

cH+=1×10-13mol/L,cOH-=1×10-1mol/L

混合后溶液中OH的浓度

cOH-=(10-3+10-1)/2=5.05×10-2≈5.00×10-2mol/L

混合后溶液中H的浓度

答:混合后溶液的pH值为12.7。

对强酸和强碱混合后溶液pH值的计算,要根据强酸和强碱反应后,求出混合后剩余的cH+或cOH-,再换算出pH值。

例题2.14 25℃时,pH=x的盐酸a L与pH=y的氢氧化钠溶液b L,恰好中和。x≤6,y≥8试讨论:(1)若a∶b=1∶10,则x+y=;(2)若x+y=14,则a∶b=?。

解:当H或OH恰好完全反应时,物质的量相等。

pH=x的盐酸中

cH+=10-xmol/L,nH+=10-xmol/L·a L=a×10-xmol

pH=y的NaOH溶液中

cH+=10-ymol/L,cOH-=10y-14mol/L nOH-=10y-14mol/L·b L=b×10y-14mol

盐酸a L与氢氧化钠b L恰好中和,则10-x·a=10y-14·b,故a∶b=10x+y-14

(1)若a∶b=1∶10,则

10x+y-14=1∶10,10x+y-14=10-1,x+y=13

(2)若x+y=14,则

a∶b=1014-14=100=1

答:若a∶b=1∶10,则x+y=13,若x+y=14,则a∶b=1。

2.5 稀溶液的依数性

当溶质溶于溶剂后,其性质发生了变化,所形成的稀溶液的性质既不同于纯溶质,也不同于纯溶剂。这种变化可分为两类:一类是由溶质的本性引起的。如溶液的颜色、比重、体积等的变化。另一类是与溶质的本性无关,只与溶质质点浓度有关的性质变化。

19世纪,科学家在研究溶液的气液平衡中发现了两个重要的定律:拉乌尔定律和亨利定律。

(1)拉乌尔定律

单位时间内由液相蒸发出的分子数和由气相回到液体内的分子数相等时,气、液两相处于平衡状态,这时的蒸汽压称为该液体的饱和蒸汽压,简称蒸汽压。纯液体在一定的温度下具有一定的饱和蒸汽压。大量实验证明,当在纯液体中加入不挥发性溶质后,溶液的蒸汽压要低于相同条件下纯溶剂的蒸汽压。1887年拉乌尔发现:在一定温度下,稀溶液中溶剂的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶液中溶剂的物质的量分数。此结论称为拉乌尔定律,用公式表示为:

例题2.15 已知298 K时水的蒸汽压为3 167 Pa,乙醇的蒸汽压为7 968 Pa。计算乙醇的摩尔分数为xB=0.01的乙醇水溶液上方水的分压。

解:设溶液的性质符合拉乌尔定律,乙醇中水的摩尔分数为

xA=1-xB=1-0.01=0.99

溶液中水的分压为

pA·xA=3 167×0.99=3 135 Pa

答:乙醇水溶液上方水的分压为3 135 Pa。

(2)亨利定律

气体的溶解度一般用单位体积的溶液中气体溶解的质量或物质的量表示,如用质量分数、物质的量浓度、质量摩尔浓度等表示。气体的溶解度与气体的分压明显有关,随气体分压增大,溶解度增大。因此,讨论气体溶解度时必须注明溶液的温度和气体的压力。1801年,英国人亨利揭示了这些事实中蕴含着的规律,即亨利定律:气体的溶解度与气体的分压呈正比。此规律对挥发性溶质的稀溶液亦适用。用公式表示为:

同样,在稀溶液中,亨利定律也可以用物质的量浓度表述:

或质量摩尔浓度表述:

例题2.16 HCl在氯苯中的质量摩尔浓度为0.10mol/kg,计算溶液上方HCl的分压。(已知HCl来溶于氯苯中的km(HCl)=4.44×104(Pa·kg/mol))

解:根据亨利定律

pB=km,B·bB=4.44×104×0.1=4.44×103 Pa

两种挥发性物质组成溶液,在一定的温度和压力下,在一定的浓度范围内,溶剂遵守拉乌尔定律,溶质遵守亨利定律,这种溶液称为稀溶液。

2.5.1 溶液的蒸汽压下降

在一定的温度下,将一纯溶剂置于密闭的容器中,溶剂表面上一部分动能较高的分子就会克服分子间的引力,离开液面进入气相,成为蒸汽分子,该过程称为蒸发。同时,不断运动着的蒸汽分子又有可能碰撞到液面,被液体分子吸引重新回到液相,此过程为凝结。在一定温度下,当蒸发和凝结的速度相等时,该液体和它的蒸汽达到平衡状态,这是蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压,简称蒸汽压。

在一定温度下,各种液体都具有确定的蒸汽压。我们通常把常温下蒸汽压较低的物质称为难挥发性物质,如甘油、葡萄糖等;把蒸汽压较高的物质称为易挥发性物质,如苯,乙醚等。在相同温度下,不同的液体具有不同的蒸汽压,这与液体的本性有关。同一液体的蒸汽压常随温度的升高而增加。固体物质在不同温度下也有相应的蒸汽压,但一般蒸汽压很小。

表2.7给出一些液体的蒸汽压。

表2.7 一些液体的蒸汽压(293 K)

在图2.2的实验装置中,左管装水,右管装葡萄糖水溶液,两管由U型水银压力计连接,刚开始时两侧水银面高度相等,数分钟后,两侧水银液面出现高度差。右侧水银面升高,而与水相连的一侧水银面降低。实验表明在同温下,纯水的蒸汽压大于葡萄糖溶液的蒸汽压。

大量实验证明,含有难挥发性溶质溶液的蒸汽压总是大于同温下纯溶剂的蒸汽压。这是因为在溶液中,溶质分子占据部分液面,使单位面积上溶剂分子数目减少,于是单位时间内从液面溢出的溶剂分子数也减少。

图2.2 溶液的蒸汽压下降

稀溶液中,在等温等压下,如果溶液上方的平衡蒸汽压p就是溶剂的蒸汽压,而溶剂遵守拉乌尔定律,所以有

和同条件下的纯溶剂的蒸汽压pA∗比较,蒸汽压会下降,如图2.3所示。

图2.3 蒸汽压下降

可见,Δp只决定于溶剂的本性及溶质的浓度,而与溶质的本性无关。对于指定的溶剂,不论溶质是什么物质,只要它们的xB相同,则蒸汽压的降低值必相同,因此Δp是依数性。

例如:在293 K下苯和甲苯纯液体的蒸汽压分别为10.0和6.6 kPa,两者的等物质的量混合物的蒸汽压为:p=pA+pB=0.5×10.0+0.5×6.6=8.8 kPa。

例题2.17 计算25℃时含有100g蔗糖(C12H22O11)与500g水的溶液的蒸汽压降低值。已知25℃时水的蒸汽压为3.168 kPa。

解:令蔗糖为溶质B,水为溶剂A,则

水在此溶液上方的蒸汽压(即溶液的蒸汽压)为

p=3.168 kPa-0.033 0 kPa=3.135 kPa

2.5.2 溶液的凝固点下降

纯液体的凝固点是指在一定外压下,该物质的液相蒸汽压与固相蒸汽压相等时的温度,即液相和固相平衡共存时的温度。如果两相蒸汽压不相等,蒸汽压小的一相相对更稳定,蒸汽压大的一相将向蒸汽压小的一相转变。在外压为101.3 kPa下冰和水的蒸汽压都等于0.611 kPa时的温度,为273.15 K,冰和水共存,273.15 K即为水的凝固点,又称冰点。温度高于273.15 K时,水的蒸汽压低于冰的蒸汽压,冰转化为水,温度低于273.15 K时,冰的蒸汽压低于水的蒸汽压,水转化为冰。

图2.4所示为水和溶液的冷却曲线。曲线(1)为水的理想冷却曲线,从a点开始无限缓慢冷却,达到b点(273 K)时,水开始结冰,此时冰水共存,体系的温度不变,曲线出现bc平台,全部水接成冰后,继续冷却,温度下降。曲线上平台所对应的温度Tf°即为水的冰点。在实验中做不到无限缓慢冷却,而是快速强冷却。在273 K时并不结冰,出现过冷现象,一旦结冰,温度又回升而出现平台。曲线(2)为水的非理想冷却曲线。曲线(3)是溶液的理想冷却曲线。与曲线(1)不同,当由a处无限缓慢冷却,温度下降到Tf时,溶液才开始结冰,Tf<Tf°。此时温度低于273 K,随着冰的析出,溶液浓度不断增大,溶液的凝固点也不断下降,于是bc处不是一段平台,而是一段下降的斜线。曲线(4)是实验中溶液的非理想冷却曲线。

图2.4 水和溶液的冷却曲线

在寒冷的冬天,汽车司机往水箱中加入一些甘油,便能防止水箱结冰。这是因为溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点,称为凝固点降低,其值定义为:

用凝固点下降实验测量溶质的摩尔质量,是测定相对分子质量的经典实验方法之一。采用凝固点降低法实验误差小;而且溶液的凝固点是在低温下测定的,不会引起生物样品的变性和破坏,溶液的浓度也不会改变。

例题2.18 200g水中溶解2.76g甘油,测得溶液凝固点下降值D Tf=0.279 K,已知水的Kf=1.86(K·kg)/mol,求甘油的摩尔质量。

解:根据公式:ΔTf=Kf·b甘油

b甘油=n甘油/mA=m甘油/M甘油·mA

答:甘油的摩尔质量为92g/mol。

在日常生活中经常遇到凝固点下降的例子。例如在白雪皑皑的寒冬,松树叶子却能常青而不冻,这是因为入冬之前树叶内已储存了大量的糖分,使叶液冰点大为降低;海水的凝固点低于0℃;撒盐可将道路上的积雪融化。

2.5.3 溶液的沸点上升

将液体加热,它的蒸汽压就随着温度升高而增大,当液体的蒸汽压增大到与外界施与液面的总压力(通常是大气压力)相等时,就有大量气泡从液体内部逸出,即液体沸腾。这时的温度称为液体的沸点。显然沸点与所受外界压力的大小有关。通常所说的沸点是在0.1 MPa压力下液体的沸腾温度。例如水的沸点为100℃,即指水在0.1 MPa压力下,100℃时沸腾。

在纯溶剂中溶入难挥发性非电解质后,引起溶液的蒸汽压下降,这必然导致溶液的沸点升高。

图2.5 稀溶液的沸点升高和凝固点降低示意图

图2.5中AA′和BB′分别为纯水(溶剂)和溶液的蒸汽压曲线,和Tb分别为纯水和溶液的沸点,溶液越浓,蒸汽压下降越多,溶液的沸点升高的也越多。

溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压,溶液的沸点仍然是溶液的蒸汽压等于外界大气压时的温度,所以,溶液的沸点比纯溶剂的沸点高。用表示纯溶剂的沸点,Tb为溶液的沸点,ΔTb为溶液的沸点上升。

难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比,因而溶液的沸点上升必然也与溶液的质量摩尔浓度成正比

液体的沸点与外压有关的性质可被应用于实际工作中,在提取对热不稳定的物质时,常采用减压蒸馏的方法,这样可以降低液体的沸点,降低蒸发温度,防止高温下导致这些物质的破坏;在热稳定的药液灭菌时,可采用高温高压灭菌法,高压下,液体沸点升高,温度升高,可以缩短灭菌时间和提高灭菌效果。沸点上升实验也是测定溶质的摩尔质量(相对分子质量)的经典方法之一,但同一溶剂的凝固点下降常数比沸点上升常数大,沸点上升实验测得的数据不如凝固点下降测得的数据准确。

例题2.19 葡萄糖1.09g溶于20.0g水中所得溶液的沸点升高了0.156 K,求葡萄糖的摩尔质量。

将数据带入,得

答:葡萄糖的摩尔质量为182g/mol。

2.5.4 溶液的渗透压

在18世纪初叶,人们就发现自然界存在许多半透性的膜,它们有选择地让某种物质自由通过,而对其他物质就像一块挡板一样拒绝它们通过。将一滴红墨水滴入一杯清水中,不久整杯水就会显出红色。在一杯盐水溶液液面上小心加入一层清水,最终会得到均匀的盐水。这说明分子在不断的运动和迁移,从而产生扩散。这些扩散是在溶液与纯水直接接触时发生的。

但如果我们不让溶液与纯水接触,如用一种只允许溶剂水分子通过,而溶质分子不能通过的半透膜将溶剂与纯水隔开,会有什么现象呢?通过实验发现了一些规律,如在半透膜两侧分别是纯溶剂(水)和溶液,则溶剂(水)总是由纯溶剂一侧单向地流向溶液一侧。如果将纯水换成稀溶液,则稀溶液一侧单向地流向浓溶液一侧,稀溶液一侧的液面会下降,浓溶液一侧液面会升高,如图2.6所示。

图2.6 渗透

渗透性是泛指分子或离子透过隔离膜的性质,是自然界十分常见的现象,渗透的现象是指溶剂分子透过半透膜由纯溶剂(或较稀溶液)一方向溶液(或较浓溶液)一方扩散的现象,半透膜是只允许溶剂分子而不允许溶质分子透过的物质。渗透模型具有明显的规律性,是研究复杂多样的渗透现象的基础,人们曾用这种简单模型解释动植物体液在体内的循环,解释为什么施肥过浓植物会枯萎甚至死亡,解释肺泡呼吸,皮肤出汗,等等。研究渗透首先要有半透膜。完全理想的不能透过溶质分子(及离子)的天然半透膜很难找到,但许多天然膜的性质十分接近半透膜,如晾干的猪膀胱、肠衣、新鲜的萝卜皮或各种植物果实的外皮等。

由于膜两侧液体的浓度不同,单位体积中水分子个数不同,因而单位时间内两个相反方向透过的水分子个数不同,即扩散速度不同,水分子从纯水或稀溶液向浓溶液扩散的速度大于反向的速度,从而导致浓溶液一侧液面升高。当水向两个相反方向扩散的速度相等时,就达到了渗透平衡。渗透平衡是一种动态平衡。渗透方向总是由水分子数较多的一方指向水分子较少的一方。渗透的结果是缩小了膜两侧液体的浓度差。为了阻止渗透现象发生,必须在溶液液面上施加一定的超额压力。为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶剂和溶液之间的渗透平衡而需要的超额压力称为渗透压。

在一定温度下,渗透压与溶液的浓度呈正比。1885年,范霍夫进一步发现,渗透压(π)与难挥发非电解质稀溶液的浓度cB及温度T的关系与理想气体方程相似:

对稀溶液来说,物质的量浓度约等于质量摩尔浓度,故:

渗透作为一种自然现象,广泛地存在于动植物的生理活动中。生物体中的细胞液和体液都是水溶液,它们具有一定的渗透压,而且生物体内的绝大部分膜都是半透膜。因此渗透压的大小与生物的生长和发育有密切的关系。例如:将淡水鱼放在海水中,由于其细胞液浓度较低,因而渗透压较小,它就会因细胞大量失水而死亡。植物当它的根部施肥过多,土壤中肥料浓度较大,作物细胞中水分向土壤中渗透,造成作物细胞脱水而枯萎。人体也是如此,在正常情况下,人体内血液和细胞液具有的渗透压大小相近。当人体发烧时,由于体内水分大量蒸发,血液浓度增加,其渗透压加大,若此时不及时补充水分,细胞中的水分就会因为渗透压低而向血液渗透,于是细胞脱水,给生命带来危险。

物质的溶解是一个物理化学过程,溶解的结果是溶质和溶剂的某些性质发生了变化。这些性质变化分为两类:第1类性质变化决定于溶质的本性,如溶液的颜色、密度、导电性等;第2类性质变化仅与溶质的量(浓度)有关而与溶质的本性无关,如非电解质溶液的蒸汽压下降、凝固点下降(析出固态纯溶剂),沸点上升(溶质不挥发)、和渗透压的数值等这些性质变化仅与溶液中所含溶质的物质的量的多少有关而与溶质的本性无关,如不同种类的难挥发的非电解质葡萄糖、甘油、苯等配成相同浓度的水溶液,它们的沸点上升、凝固点下降、渗透压数值几乎都相同。稀溶液中溶剂的蒸汽压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值,只与溶液中溶质的量有关,与溶质的本性无关,故称这些性质为稀溶液的依数性,或称稀溶液通性。

2.6 胶体溶液

胶体在生物界和非生物界都普遍存在,化工、石油、涂料、橡胶等工业部门,以及生物学、医学、气象、地质等学科中都会广泛接触胶体分散系统。所以,在实际生活和生产中胶体占有重要的地位。

2.6.1 胶体的概念

胶体是一种分散系统,我们把分散质粒子直径为1~100 nm的分散系称为胶体分散系。胶体分散系的分散质粒子能透过滤纸,但不能透过半透膜。胶体分散系主要包括溶胶和高分子溶液两类。溶胶是以多个小分子、离子或原子的聚集体分散在水中所形成的体系,如氢氧化铁胶体等。溶胶的稳定性较溶液稍低。高分子溶液是以单个高分子为分散质分散在分散剂中所形成的体系,如淀粉溶液、蛋白质溶液、核酸水溶液等。高分子溶液是透明、均匀、稳定的胶体溶液。

胶体分散系统具有3个基本特征,如下所述:

1)多相性

在分散系统中,分散相粒子和分散介质之间有明显的相界面。溶液是均匀分散的单相系统,溶胶是固—液两相系统,是多相系统。溶胶的性质和溶液完全不同,多相性是它们之间的根本性区别。

2)高分散性

这一点是指胶体与一般的多相系统不同。一般的多相系统(例如气-液平衡系统、泥浆等)中的每一个相都是显而易见的,而胶体中的一相(例如溶胶中的固相)被细分到肉眼不可发现的程度,以至许多溶胶常被人误认为溶液。

3)聚结不稳定性

分散相粒子会自动地相互合并,小粒子变成大粒子而最终下沉,此时的系统就不再是胶体。由此可见,许多胶体虽然能稳定地存在相当长的时间,例如有的可长达几十年乃至更长,但这种稳定总是暂时的和相对的。

2.6.2 胶粒的结构

胶体粒子(即胶粒)并非单指固体颗粒,它由3部分组成:胶核、表面吸附离子、紧密层。

1)胶核

它是构成胶粒的固体分子集合体,也就是通常所说的固体粒子,它是胶粒的中心部分。

2)表面吸附离子

绝大部分的溶胶的胶核都具有晶体结构,胶核选择性的吸附稳定剂中的一种定位离子,形成紧密吸附层。

3)紧密层

表面带电的粒子将对其周围介质中电性相反的离子(称为反离子)产生静电引力,加上扩散作用,使得邻近胶核表面的那些反离子因受到强烈吸引而与表面牢固地结合在一起。另外,由于溶剂化效应还会有一层溶剂包围固体表面,该溶剂化层与上述邻近表面的反离子层,称为紧密层。

胶核、吸附离子和紧密层一起构成胶粒。在一般情况下,由于紧密层中的反离子电荷总数小于表面吸附离子(即小于表面电量),所以作为整体的胶粒总是带电的。胶粒带电的符号取决于被吸附离子的符号,而带电的程度则取决于表面吸附离子与紧密层中反离子的电荷之差。

在溶胶中胶粒是独立的运动单位。另一部分反离子扩散到较远的距离,形成扩散层。胶粒和扩散层组成胶团。胶团是电中性的。

以AgI溶胶为例。用AgNO3和KI制备AgI溶胶。如果KI过量,I被优先吸附,称为定位离子,使胶粒带负电,而K离子与定位离子带相反电荷称为反离子。如果胶核吸附了n个I,胶团中就包括n个K,使胶团为电中性。其中(n-x)个溶剂化的K被吸附在紧密层,其余x个K构成扩散层。由AgI胶核、n个定位离子I和紧密层的(n-x)个反离子K组成的胶粒带有x个负电荷,胶团结构为[(AgI)n·n I·(n-x)Kx-·x k,在外电场的作用下,胶粒向正极运动,如图2.7所示。

图2.7 AgI胶团结构
(a)AgI胶团结构;(b)AgI胶团结构表示式

如果AgNO3过量,定位离子就是Ag作为反离子形成紧密层和扩散层,胶团结构为[(AgI)n·n Ag·(n-x)x+·x ,胶粒带正电。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。若无相同离子,则首先吸附水化能力较弱的负离子,所以自然界中的胶粒大多带负电,如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。

2.6.3 胶体的制备与纯化

1)胶体的制备

(1)分散法

可用机械的办法将粗粒磨碎,使用的设备叫胶体磨。它有两个十分坚硬的磨盘。当两个磨盘以高达5 000~10 000 r/min的速度反向转动时,便将夹在中间的粗粒磨碎。在用机械分散物料制备胶体的过程中,一般要加入稳定剂保护已磨细的颗粒防止聚结。加入溶剂冲稀、及时分离出己磨细的颗粒等,都是常用的防止颗粒聚结的方法。这种粉碎的方法适用于易碎的物料。

人们也常利用超声波在物质中产生高频振动,从而使物质高度分散。超声波法主要用来制备乳状液,在实验里也常用来制备溶胶,超声波粉碎法高效、迅速。

胶溶法是在某些新生成的沉淀中加入适量的电解质稳定剂,使这些沉淀重新分散成溶胶。如果固体物质是刚生成不久的沉淀,例如Al(OH)3、Fe(OH)3等。产生沉淀的原因是由于缺少稳定剂,故这些沉淀实际上是刚刚聚沉的溶胶,沉淀颗粒是胶粒的集合体。此时若加入少量电解质(此处称去聚沉剂),胶粒便因吸附离子而趋于稳定,在适当搅拌下沉淀便重新分散成溶胶。电分散法主要用来制作金属溶胶。

(2)凝聚法

此法的原则是先形成分子分散的过饱和溶液,通过控制条件将溶质以胶粒大小析出。

常用的方法是化学凝聚法,即借助化学反应来实现凝聚。在溶液中进行的氧化还原、水解、复分解等反应,只要有一个产物是难溶物,就可以控制反应条件使产物分子凝聚成胶体粒子。例如,将H2S加入As2O3稀溶液中,可得As2S3溶胶:

有时也用物理手段实现凝聚。利用蒸汽骤冷,改换溶剂等方法将分子分散状态的物质凝聚成胶体粒子。例如,将汞蒸汽通入冷水中可以制备汞溶胶;松香溶于乙醇,而它在水中溶解度很小,将松香的乙醇溶液滴入水中,析出微小的松香颗粒,形成松香水溶胶。

2)溶胶的纯化

不论用分散法还是凝聚法制备的溶胶,往往含有过量电解质或其他杂质,为使溶胶稳定性提高,需进行净化处理。

净化溶胶的目的是将其中的多余电解质及杂质除掉,最常用的方法是渗析。

将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内,膜外放纯溶剂。利用浓差因素,多余的电解质离子不断向膜外渗透,经常更换溶剂,就可以净化半透膜容器内的溶胶。

超过滤法用半透膜作过滤膜,利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。然后将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。

2.6.4 溶胶的性质

1)丁达尔现象

由于胶体粒子具有特定的大小,决定了它对可见光的强烈散射作用。另外,许多胶体溶液表现出对光的特殊吸收作用,使溶胶显示出丰富多彩的颜色。但由于对光的吸收作用主要取决于化学组成,并非胶体溶液的光学通性,所以我们主要介绍胶体对光的散射性质。

当一束强光透过在暗室中的溶胶时,在与光线的前进方向相垂直的侧面可看到溶胶中有一束明亮的光柱,这种现象称为丁达尔现象,如图2.8所示。溶液无丁达尔现象。因此可用丁达尔现象区分溶液和溶胶。

图2.8 丁达尔现象

丁达尔效应的原因是由于胶体粒子对光的散射而引起的。光是一种电磁波,当光照射到不均匀的介质时,电磁波使粒子中分子的外层电子做与入射光相同频率的强迫振动,这使粒子相当于一个新的光源,向各个方向发射与入射光频率相同的光,这就是光散射。如果粒子直径大于光的波长,则粒子表面对光产生反射作用;如果粒子直径小于光的波长,则粒子对光产生散射作用。由于胶体粒子的直径比可见光波要短,因而对入射光产生散射,我们所看到的溶胶中的发亮光柱正是这种光散射的结果。

2)布朗运动

1826年英国植物学家布朗在显微镜下观察悬在水中的花粉时,发现这些小颗粒在不停地乱动。后来发现不仅花粉如此,其他细粉(如煤、矿物等的粉末)也是如此,至1903年席格蒙迪发明了超显微镜,用于观察比花粉颗粒小得多的胶体粒子,同样发现胶体粒子在介质中做无规则运动。这种运动称为胶体粒子的布朗运动。

1905年和1906年爱因斯坦(Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基(Smoluchowski)分别阐述了布朗运动的本质。认为布朗运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的,由于受到的力不平衡,所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大,撞击的次数增多,而作用力抵消的可能性也增大。

若一个比胶体粒子大得多的固体颗粒处于水中,它每一时刻都将受到四周水分子来自各个方向的撞击。一是由于这种撞击的次数数以万计,不同方向的撞击力大体相互抵消;二是由于颗粒质量较大,致使水分子的撞击不致引起固体颗粒的明显运动,甚至根本不动。但是对于溶胶中的胶体粒子来说情况就不同了,首先由于粒子很小,每一时刻所受周围水分子的撞击次数明显减少,于是不能相互抵消,所以粒子不断地从不同方向受到不同的撞击力。这种撞击力足以推动质量不大的胶体粒子,因而形成了不停的无规则运动。

借助超显微镜,人们发现,布朗运动的速度取决于粒子的大小、介质的温度和黏度等,粒子越小,温度越高,黏度越小则运动就越剧烈。

既然胶体粒子有布朗运动,因此当有浓差存在时,它必然由高浓区域向低浓区域扩散。扩散是布朗运动的宏观表现,而布朗运动是扩散的微观基础。

(1)扩散与渗透压

在一杯蒸馏水中滴入几滴高锰酸钾,很快整杯水都会变成浅红色,最后成为均匀的溶液,这种现象称为扩散。扩散是一种双向运动,是溶质分子和溶剂分子相互运动的结果,只要两种不同浓度的溶液相互接触,都会发生扩散现象。

半透膜是一种具有特殊性质的膜,它只允许较小的溶剂分子自由通过而较大的溶质分子很难通过。如细胞膜、膀胱膜等都属于半透膜。如果我们把纯溶剂和溶液或两种不同浓度的溶液用半透膜隔开时,则会产生另一种现象。如图2.9所示,把一个半透膜袋装入蔗糖溶液,袋口接一根长玻璃管并扎紧,将其放入装有蒸馏水的烧杯中,并使膜两侧溶液的液面相平,经过一段时间后,半透膜中的蔗糖溶液液面上升,说明水分子通过半透膜进入蔗糖溶液中。若将两种不同浓度的溶液用半透膜隔开,同样可以使稀溶液中的水分子进入浓溶液。我们把溶剂分子通过半透膜由纯溶剂进入溶液或由稀溶液进入浓溶液的扩散现象,称为渗透现象,简称渗透。

可见产生渗透现象必须具备两个条件:一是有半透膜存在;二是半透膜两侧溶液的浓度不相等。

图2.9 渗透现象与渗透压
(a)半透膜内外液面齐平;(b)膜内液面高于膜外液面

渗透现象不会无止境发生。随着玻璃管内液面的上升,开始产生静水压,并且逐渐增大。当液面上升到一定高度时,溶剂分子进出半透膜的速率相等,玻璃管内液面停止上升,达到渗透平衡状态。

可以设想,若一开始给玻璃管内蔗糖溶液液面施加一定压力,就可以阻止纯溶剂向溶液中渗透。我们把阻止纯溶剂向溶液中渗透,在溶液液面上所施加的最小压力称为该溶液的渗透压。

渗透压是溶液的一种性质,不同溶液表现出不同的渗透压。应该指出,如果半透膜内外是两种浓度不同的溶液,为阻止溶剂分子从稀溶液一方向浓溶液一方渗透,浓溶液一方也需施加一压力,但这一压力并不代表任一溶液的渗透压,仅表示两种溶液渗透压的差。

(2)渗透压与溶液浓度的关系

从上述渗透现象的产生可以看出,渗透压的大小与溶液的浓度密切相关。溶液越浓,表示单位体积中溶质的分子数目越多,而水分子越少。因此,膜外纯水中水分子渗透进入溶液的倾向就越大,渗透压就越大。实验证明:在一定的温度下,稀溶液渗透压的大小与单位体积溶液中所含溶质的粒子数(分子或离子)成正比,而与溶质粒子的性质和大小无关。

医学上,常用渗透浓度来比较溶液中总的渗透压大小。渗透浓度是表示溶液中所含有的能产生渗透作用的各种溶质粒子(分子和离子)的总浓度,其单位是mol/L或mmol/L。医学上常用毫渗量每升(mOsmol/L)表示。1 mOsmol/L=1 mmol/L。

渗透浓度(c)和溶液浓度(cB)的关系为:

例如,50g/L葡萄糖的渗透浓度为:(50/180)×1 000=278 mmol/L=278 mOsmol/L

9g/L NaCl溶液的渗透浓度为:2×(9/58.5)×1 000=308 mmol/L=308 mOsmol/L

例题2.20 临床上使用的复方氯化钠注射液规格是每升含NaCl 8.6g,KCl 0.3g,CaCl20.33g,其渗透浓度为多少?

答:其渗透浓度为311 mOsmol/L。

由于在一定温度下,溶液的渗透浓度与渗透压成正比,因此,常用它来衡量或比较溶液渗透压的大小。如0.1mol/L的NaCl溶液的渗透压等于0.1mol/L的KCl溶液的渗透压;0.1mol/L的NaCl溶液的渗透压大于0.1mol/L的葡萄糖溶液的渗透压;0.1mol/L的葡萄糖溶液的渗透压等于0.1mol/L的蔗糖溶液的渗透压;0.1mol/L的NaCl溶液的渗透压小于0.1mol/L的CaCl2溶液的渗透压。

(3)等渗、低渗和高渗溶液

相同温度下,渗透压相等的两种溶液,称为等渗溶液。对于渗透压不等的两种溶液,把渗透压相对高的溶液称为高渗溶液,把渗透压相对低的溶液称为低渗溶液。可见,等渗、高渗、低渗是相对而言的。在医学上,常以血浆渗透压的正常值作为比较的标准。正常畜体渗透压范围为280~310 mOsmol/L。也就是说渗透浓度在280~310 mOsmol/L范围或附近的溶液是等渗溶液,超出这个范围的称为低渗或高渗溶液。

临床上给病人大量输液,必须使用等渗溶液。常用的等渗溶液有:0.154mol/L(9g/L)氯化钠溶液(生理盐水)、0.278mol/L(50g/L)葡萄糖溶液、0.149mol/L(12.5g/L)碳酸氢钠溶液、1/6mol/L(18.7g/L)乳酸钠溶液。

因为红细胞具有半透膜性质,在正常情况下,膜内细胞液与膜外血浆是等渗的。若大量滴注高渗溶液,使血浆中可溶物浓度增大,膜内细胞液的渗透浓度就低于膜外血浆的渗透浓度,从而使红细胞内的细胞液向血浆渗透,结果红细胞发生皱缩。若大量滴注低渗溶液,结果使血浆稀释,血浆中的水分子将向红细胞内渗透,使红细胞膨胀,严重时可使红细胞破裂,这种现象称为溶血现象(图2.10)。所以临床上大量输液,必须采用等渗溶液。

图2.10 红细胞在渗透浓度不同的溶液中的不同形态
(a)低渗溶液(溶血现象);(b)等渗溶液(正常现象);(c)高渗溶液(皱缩现象)

(4)晶体渗透压与胶体渗透压

血浆渗透压由两部分组成:一部分是由低分子晶体物质(NaCl、NaHCO3、葡萄糖、尿素等)产生的渗透压称为晶体渗透压;另一部分是由高分子胶态物质(蛋白质)产生的渗透压称为胶体渗透压。血浆渗透压主要来源于晶体渗透压(约占总渗透压的99.5%)。血浆晶体渗透压能维持细胞内外水分的相对平衡,而胶体渗透压则维持血管内外水分的平衡从而维持血容量。两者对维持动物体内的水和电解质平衡起着重要的调节作用。

3)电泳现象

由于溶胶微粒是带电的,溶胶的粒子在外加电场的作用下会发生定向移动,这种现象称为电泳现象(图2.11)。根据电泳方向的不同,可将溶胶分为正溶胶和负溶胶。如氢氧化铁溶胶为正溶胶,胶粒带正电荷,在电场中向负极移动;硫化砷溶胶为负溶胶,胶粒带负电荷,在电场中向正极移动。

图2.11 电泳现象

整个溶胶是电中性的,所以分散介质必带与分散相粒子等量的异种电荷,因此,在电场作用下,若将胶粒固定不动,则介质将定向移动,这种现象称为电渗。电泳和电渗现象是胶粒带电的最有力证明,而胶粒带电是产生电泳和电渗的根本原因。

2.6.5 溶胶的稳定性和聚沉

1)溶胶的稳定

动力学稳定性由于溶胶粒子小,布朗运动激烈,在重力场中不易沉降,使溶胶具有动力稳定性。溶胶胶粒子越小,布朗运动就越剧烈,动力稳定性也就越强。

介质对溶胶的动力稳定性也有影响。介质黏度大会增加胶粒沉降的阻力,从而增加了溶胶的动力稳定性。

聚集稳定性是溶胶稳定的最重要的因素,因为一旦胶粒聚集,动力稳定性也就不存在了。

溶胶能在相当长时间内保持稳定而不聚沉。溶胶之所以具有相对稳定性,除胶粒的布朗运动外,主要有以下两个原因:

①胶粒带电。同一溶胶的胶粒带有同种电荷,它们相互排斥,从而阻止了胶粒相互接近与聚集。

②水化膜形成。由于吸附在胶粒表面的离子能吸附水分子,在胶粒表面形成了水化膜,当胶粒靠得太近时由于水化层被挤压发生了弹性形变,所产生的弹力阻挡胶粒进一步靠近,从而防止了胶粒的聚集。

2)溶胶的聚沉

(1)聚沉现象

溶胶的稳定是相对的、有条件的,减弱或消除溶胶的稳定性因素,就能使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降。这种使胶粒聚集成较大颗粒而沉淀的过程称为聚沉。聚沉是胶体粒子的简单堆积过程,没有什么定量关系,因此与普通的沉淀反应不同。向溶胶中加入少量电解质、加入胶粒带相反电荷的溶胶或把溶胶加热,均能使溶胶发生聚沉。以下只扼要介绍电解质以及胶体相互作用对于聚沉的影响。

(2)电解质的聚沉作用

溶胶对电解质非常敏感,少量的电解质就会使溶胶聚沉。在溶胶中加入电解质,由于离子浓度的增加,使扩散层被压缩,同时还有更多的反离子进入紧密层。当扩散层的反离子全部进入紧密层,此时溶胶最不稳定,自发聚沉。在所有影响溶胶稳定性的因素中,电解质对溶胶聚沉的影响最大。

电解质使溶胶聚沉,起主要作用的是反离子。电解质聚沉溶胶的能力主要由以下几个因素决定:

①反离子的价数。起聚沉作用的主要是与胶粒带相反电荷的离子。反离子的价数越高其聚沉能力越大,不同电解质的聚沉能力和反离于价数的6次方成正比。

②反离子大小。电解质中具有相同价数的反离子,它们的聚沉能力仍有不同,聚沉能力与水合离子半径从小到大的顺序基本一致,水化离子的半径越小,其聚沉值越小,聚沉能力越大,反之亦然。原因可能有两点,较小的水合离子更容易靠近胶体粒子,水化层的存在削弱了静电引力,高价反离子由于价数的影响更大,离子大小的影响相对不明显。

水化层的存在削弱了静电引力,特别是一价反离子之间的差别比较明显。当反离子为一价正离子时,它们的聚沉能力大小顺序为:

反离子为一价负离子时聚沉能力的顺序为:

F>C1>Br>I>CNS

溶胶的相互聚沉:将两种带有相反电荷的溶胶混合,会出现相互聚沉。和少量电解质就能使溶胶聚沉不同,溶胶的相互聚沉和它们的比例有关。只有两者的总电荷量恰好相等时,溶胶才能完全相互聚沉。如果两种溶胶的量不相等时,则聚沉不完全或不聚沉。明矾净化水就是利用了溶胶的相互聚沉作用。

2.6.6 高分子化合物溶液

分子量从几千到几万甚至几百万的化合物称为高分子化合物,简称高分子。如:多糖、蛋白质、核酸等。高分子化合物溶液简称高分子溶液,是指高分子溶解于适当的溶剂中所形成的溶液。由于高分子溶液的分散质粒子直径在胶体分散系的范围,同时分散质粒子又是单个的分子,故高分子溶液除具有溶胶的基本性质外,与溶胶相比有更大的黏度和稳定性。

高分子溶液在无菌、溶剂不蒸发的情况下,可以长期放置不沉淀。这主要是由于高分子化合物具有许多亲水基团,使得每个分子周围形成了一层牢固的水化膜,这层水化膜较胶粒水化膜更厚、更紧密,因此高分子溶液较溶胶更稳定,其稳定性与真溶液相似。少量电解质不会使高分子溶液聚沉,只有向其中加入大量的电解质才能使高分子化合物从溶液中析出,这种现象称为盐析。

在溶胶中加入足量的高分子溶液,可显著提高溶胶的稳定性,使其不易聚沉,这种现象称为高分子溶液对溶胶的保护作用。足够量的高分子化合物对溶胶有保护作用。高分子化合物吸附在胶粒表面,增加了胶粒和介质间的亲和力,使溶胶稳定。带有高分子吸附层的胶粒相互接近时,吸附层的重叠会产生斥力,阻止胶粒聚集。如果核吸附的高分子化合物本身带有电荷,将增加胶粒间的静电斥力而使溶胶稳定。高分子溶液所具有的较大黏度,也是使溶胶稳定的一个因素。

利用高分子物质保护溶胶的例子很多,如墨汁中加入树胶,涂料、油墨中加入醉醛树脂等。在药物制剂中,杀菌剂蛋白银是用蛋白质保护的银溶胶;胃肠造影用的硫酸钡合剂是用阿拉伯胶保护的硫酸钡溶胶。

如果在溶胶中加入极少量的高分子物质,可以使溶胶快速生成疏松的絮状沉淀。高分子的这种作用称作絮凝作用,产生絮凝作用的高分子称作絮凝刑。这是由于当加入的高分子物质不足以将胶粒包裹起来时,这些链状的大分子就将胶粒连在一起,促进了溶胶的沉淀,所以也把高分子的絮凝作用称作“桥联作用”。高分子溶液对溶胶的保护作用在动物的生理过程中起重要作用。血液中微溶性无机盐如碳酸钙、磷酸钙等是以溶胶的形式存在于血液中,血液中的蛋白质对其起保护作用。若血液中蛋白质减少,减弱了蛋白质对这些盐类溶胶的保护作用,则微溶性盐类就沉积在肝、肾等器官中形成积石。

高分子电解质也称聚电解质。当其溶于水中时会发生电离,生成高分子离子和许多小分子离子。高分子电解质溶液除了具有一般高分子溶液的通性外,由于分子的电离,还具有一些特殊的性质。

1)高电荷密度

随着浓度的降低,高分子电解质的电离度增加。在同一条高分子链上聚集着许多相同电荷的离子,高密度的电荷,会产生很强的静电场。

2)高度水化

高分子链上的离子密集,使疏水链的部分也被极化。因此在水溶液中不仅离子部分被水化,部分疏水链也会水化,形成水化层。这种高度水化对高分子电解质具有保护作用。

3)对pH敏感

两性高分子电解质,如蛋白质,对pH非常敏感。两性电解质分子在低pH溶液中带正电荷,在高pH溶液中带负电荷。

电泳高分子离子在电场作用下会产生电泳现象,电泳速度和所带电荷、分子大小、结构等因素有关,经常用电泳的方法来分离蛋白质。

4)高黏度

由于高分子电解质在电离后分子链的高电荷密度和高度水化作用,溶液黏度明显增大。

5)渗透压改变

高分子电解质溶液的渗透压也不同于一般高分子溶液。在大分子电解质中通常含有少量电解质杂质,即使杂质含量很低,但按离子数目计还是很可观的。在半透膜两边,一边放大分子电解质,一边放纯水。大分子离子不能透过半透膜,而离解出的小离子和杂质电解质离子可以。由于膜两边要保持电中性,使得达到渗透平衡时小离子在两边的浓度不等,这种平衡称为膜平衡或唐南平衡。由于唐南平衡的存在,高分子电解质产生的渗透压不同于一般高分子溶液产生的渗透压。高分子溶液是真溶液,和小分子溶液一样。

知识拓展

波尔多液的故事

“波尔多液”是一种杀菌剂,能防治果树、水稻、棉花、烟草等不同植物的病菌。波尔多液是由硫酸铜、生石灰和水按比例1∶1∶100混合配制而成的,它的发现有一段有趣的故事。

1882年的秋天,法国人米拉德氏发现波尔多城附近很多葡萄树都受到病菌的侵害,只有公路两旁的几行葡萄树依然果实累累,没有遭到危害。他感到奇怪,就去请教管理这些葡萄树的园工。园工告诉他:他们把白色的石灰水和蓝色的硫酸铜溶液分别洒到路旁的葡萄树上,在葡萄叶上留下白色和蓝色的痕迹,使过路人以为是喷撒了毒药的,从而打消偷食葡萄的念头。

米拉德氏经过这件事情的启发,用石灰水和硫酸铜溶液对其他植物进行反复试验,终于发现了石灰水和硫酸铜溶液的混合物几乎对所有植物病菌均有杀菌作用。为了纪念在波尔多城所得的启发,米拉德氏就把由硫酸铜、生石灰和水按一定比例制成的溶液称为“波尔多液”。

本意小结

一、溶液的基本知识

1.分散体系:就是将一种或几种物质分散到另一种物质中而形成的混合体系。通常将被分散的物质称为分散质________,另一种容纳分散质的物质称为分散剂。通常按分散程度的不同把分散体系分成3类:粗分散体系、胶体分散体系和分子分散体系。

2.溶液概念:是由一种或几种物质以分子或离子形式分散于另一种物质中形成的均一、稳定的混合物。其中,被溶解的物质是溶质,能溶解其他物质的物质是溶剂。

溶液可根据颜色分为有色溶液和无色溶液;根据酸碱性分为酸性溶液、中性溶液和碱性溶液;根据导电性分为电解质溶液和非电解质溶液;根据溶质含量分为浓溶液和稀溶液;根据溶解程度分为饱和溶液和不饱和溶液等。

二、溶液的浓度

1.溶液的浓度:是指一定量的溶液里所含溶质的量。

2.物质的量浓度:是指用1 L溶液中所含溶质的物质的量来表示的浓度。表达式为:

物质的量、质量、微粒数目、气体体积、物质的量浓度它们之间的关系如下:

溶液浓度的配制一般分6个步骤:计算、称量(量取)、溶解、移液、定容、摇匀。

3.质量分数、体积分数、摩尔分数:

溶液的质量分数是指一定质量的溶液中所含溶质的质量。表达式为:

体积分数是指在同温同压下溶质B的体积VB与溶液总的体积V的比值,用φB表示。表达式为:

摩尔分数是指溶液中溶质B的物质的量(nB)与溶液物质的量(nA+nB)之比。用xB表示。表达式为:

4.质量摩尔浓度:

质量摩尔浓度是指1 kg溶剂中所含溶质的物质的量。表达式为:

5.质量浓度

质量浓度是指单位体积的溶液中所含溶质的质量。表达式为:

三、电解质溶液

1.电解质溶液:是指溶质溶解于溶剂后能够电离出离子的溶液。

2.电解质和非电解质:电解质是指在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物;非电解质是指在水溶液里或熔融状态下不能导电的化合物。

3.强电解质和弱电解质:在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质,在水溶液中只有部分电离的电解质称为弱电解质。

四、水的电离和溶液的酸碱性

1.水的电离:水分子与水分子之间相互作用较小,可发生微弱电离。表达式为:

在25℃时,cH+=cOH-=1×10-7mol/L,水的标准离子积常数为1×10-14。水的标准离子积常数是计算水溶液中cH+和cOH-的重要依据。

2.溶液的酸碱性:根据氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小可判断溶液的酸碱性。

cH+>cOH-溶液呈酸性,cH+越大,酸性越强;cH+=cOH-溶液呈中性;cH+<cOH-溶液呈碱性,cOH-越大,碱性越强。

在浓度数值非常小时,常用溶液中氢离子浓度的负对数(pH)来表示溶液的酸碱性。

pH=-lg cH+

如:在25℃时,纯水中cH+=10-7mol/L,所以pH=7,此时溶液显中性。当溶液中cH+>10-7mol/L,pH<7时,溶液显酸性,且pH越小,溶液的酸性越强。当溶液中cH+<10-7mol/L,pH>7时,溶液显碱性,且pH越大,溶液的碱性越强。

五、稀溶液的依数性

拉乌尔定律:在一定温度下,稀薄溶液中溶剂的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶液中溶剂的物质的量分数。表达式为:

亨利定律:气体的溶解度与气体的分压成正比。表达式为:

同样,在稀溶液中,亨利定律也可以用物质的量浓度表述。表达式为:

1.溶液的蒸汽压下降:在纯溶剂中加入难挥发非电解质作溶质时,所得溶液蒸汽压要比纯溶剂的低。在同一温度时,两者蒸汽压之差,称为溶液的蒸汽压下降。

稀溶液中,在等温等压下,如果溶液上方的平衡蒸汽压p就是溶剂的蒸汽压,而溶剂遵守拉乌尔定律,则有:

p=pA·xA

2.溶液的凝固点下降:溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点,称为凝固点降低,其值定义为:

ΔT=-Tf=kf·bB

3.溶液的沸点上升:溶液的沸点仍然是溶液的蒸汽压等于外界大气压时的温度,因而就比纯溶剂的沸点高,用表示纯溶剂的沸点,Tb为溶液的沸点。

溶液的沸点上升与溶液的质量摩尔浓度成正比:

ΔTb=Tb=kb·bB

4.溶液的渗透压:溶剂通过的膜所隔开的溶剂和溶液之间的渗透平衡而需要的超额压力称为渗透压。

渗透压与难挥发非电解质稀溶液的浓度cB及温度T的关系与理想气体方程相似:

π=cBRT

5.稀溶液的依数性:稀溶液中溶剂的蒸汽压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值,只与溶液中溶质的量有关,与溶质的本性无关,故称这些性质为稀溶液的依数性。

六、胶体溶液

1.胶体:分散质粒子直径为1~100 nm的分散系称为胶体分散系。胶体系统具有以下3个基本特征:多相性、高分散性、聚结不稳定性。

2.胶粒的结构:它由3部分组成:胶核、表面吸附离子、紧密层。

3.胶体的制备方法:分散法和凝聚法。

4.溶胶的性质:丁达尔现象、布朗运动、电泳现象。

5.溶胶的稳定性和聚沉。溶胶稳定:胶粒带电、水化膜形成。

6.高分子化合物:分子量从几千到几万甚至几百万的化合物称为高分子化合物。

目标检测

一、填空题

1.溶液是一种分散体系。通常将被分散的物质称为________,另一种容纳分散质的物质称为________________。按分散程度的不同把分散体系分成3类:________、________、________。

2.溶液可根据酸碱性分为________溶液、________溶液和________溶液,根据导电性分为________溶液和________溶液,根据溶解程度分为________溶液和________溶液。

3.浓度是指一定量的溶液里所含________的量,用1 L溶液中所含溶质物质的量来表示的浓度叫________浓度,单位为________。

4.电解质是指在________溶液里或________状态下能够导电的化合物,电解质根据它的电离程度可分为________和________。MgCl2的电离方程式为________。

5.下列哪些物质是电解质,哪些是非电解质?

(1)金属铜;(2)固态NaCl;(3)O2;(4)H2SO4;(5)盐酸;(6)酒精水溶液;(7)HCl;(8)熔融状态的KNO3;(9)葡萄糖;(10)SO2;(11)NaHSO4;(12)Fe(OH)3

电解质________________非电解质________________

6.将铁片投入稀硫酸中,溶液中________离子数目减少________,离子数目增加,________离子数目不变化。反应的离子方程式为________________。

7.在25℃时,当溶液中cH+>10-7mol/L,pH________7时,溶液显________性,且pH越小,溶液的________越强。当溶液中cH+<10-7mol/L,pH________7时,溶液显________性,且pH越大,溶液的________越强。

8.25℃时,纯水的cH+=2.0×10-7mol/L,则此时cOH-=________,温度不变,向中滴入盐酸使cH+=2.0×10-2mol/L,则溶液中cOH-=________。

9.某氨水的pH=x,某盐酸的pH=y,已知x+y=14,且x>11。若将上述氨水和盐酸等体积混合后,所得溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为________。

10.pH=2的某酸稀释100倍,pH________4,pH=12的某碱稀释100倍,pH________10。室温时,将pH=5的H2SO4溶液稀释10倍,cH+∶cSO24-=________,将稀释后的溶液再稀释100倍,cH+∶cSO24-=________。

11.稀溶液的依数性包括________、________、________和________。

12.将相同质量的A、B两物质(均为难挥发的非电解质)分别溶于水配成1 L溶液,在同一温度下,测得A溶液的渗透压力大于B溶液,则A物质的相对分子质量________B物质的相对分子质量。

13.依数性的主要用处在于________,对于小分子溶质多用________法,对于高分子溶质多用________法。

14.溶胶较稳定的主要原因是________________和________________,使溶胶聚沉的方法主要有________和________。

15.与溶胶相比较,高分子溶液具有更大的________和________。

16.0.6mol/L的葡萄糖溶液和________mol/L的NaCl溶液等渗。

17.向高分子溶液中加入大量电解质,可使高分子化合物从溶液中析出的作用称为________。

18.电解质使溶胶发生聚沉时,起作用的是与胶体粒子带电符号相________的离子,离子价数越高,其聚沉能力越________。

19.氢氧化铁溶胶显红色,由于胶体粒子吸附正电荷,当把直流电源的两极插入该溶胶时,在________极附近颜色逐渐变深,这是现象________的结果。

二、判断题

1.胶体分散体系表现为粒子能通过滤纸,扩散极慢,能渗透。(  )

2.碘分散在酒精溶液中形成的碘酒,碘是分散质,酒精是分散剂。(  )

3.饱和溶液一定是浓溶液,但浓溶液有可能是不饱和溶液。(  )

4.溶液的浓度是反映溶液浓稀程度的标准。(  )

5.物质的量浓度与质量摩尔浓度的数值几乎相等。(  )

6.水的标准离子积常数为1×10-14。(  )

7.水的标准离子积常数是计算水溶液中cH+和cOH-的重要依据。(  )

8.pH值等于6,则溶质为弱酸。(  )

9.pH值相同的强酸与弱酸中,cH+物质的量浓度相同。(  )

10.pH值相同的强酸与弱酸中,酸物质的量浓度相同。(  )

11.由于乙醇比水易挥发,故在相同温度下乙醇的蒸汽压大于水的蒸汽压。(  )

12.一块冰放入0℃的水中,一块冰放入0℃的盐水中,发生的现象一样。(  )

13.溶液的蒸汽压与溶液的体积有关,体积越多,蒸汽压越大。(  )

14.通常指的沸点是蒸汽压等于外界压力时液体的温度。(  )

15.加入电解质可以使胶体稳定,加入电解质也可以使肢体聚沉;二者是矛盾的。(  )

16.有无丁达尔效应是溶胶和分子分散系统的主要区别之一。(  )

17.在外加直流电场中,碘化银正溶胶向负电极移动,而其扩散层向正电极移动。(  )

18.在溶胶中加入电解质对电泳没有影响。(  )

三、选择题

1.下列说法正确的是(  )。

A.氯化钠溶液能导电,氯化钠溶液是电解质。

B.固态氯化钠不导电,但氯化钠是电解质。

C.铜能导电,所以铜是电解质。

D.BaSO4的水溶液不能导电,所以BaSO4是非电解质。

2.把25℃含有少量未溶解KNO3晶体的饱和溶液加热到80℃,变成不饱和溶液,这时溶

液的浓度是(  )。

A.不变  B.增大  C.减少  D.无法判断

3.在一定温度下稀释某一饱和溶液时,下列各量不变的是(  )。

A.溶液的质量  B.溶剂的质量

C.溶质的质量  D.溶液的浓度

4.将50g 10%的硫酸溶液跟50g 20%的硫酸溶液混合后,溶液的浓度为(  )。

A.不变  B.5%  C.15%  D.30%

5.在25℃时,下列溶液中碱性最强的是(  )。

A.pH=11的溶液          B.cOH-=0.12mol/L的溶液

C.1 L溶液中含有4g的NaOH的溶液  D.cH+=1×10-10mol/L的溶液

6.下列叙述正确的是(  )。

A.在醋酸溶液中,pH=a将此溶液稀释1倍后,溶液的pH=b,则a>b

B.在滴有酚酞溶液的氨水里,加入NH4Cl至溶液恰好无色,则此时溶液的pH<7

C.1.0×10-3mol/L盐酸的pH=3.0,1.0×10-8mol/L盐酸的pH=8.0

D.1mL pH=1的盐酸与100mL NaOH溶液混合后pH=7,则NaOH溶液的pH=11

7.在1mol/L的稀盐酸中通入H2S气体,并使之饱和,已知cH2S=0.1mol/L,则溶液中

H的浓度为(  )。

A.1mol/L   B.1.1~1.2mol/L

C.1.2mol/L  D.无法确定

8.在25℃时,某稀溶液的cH+=1×10-13mol/L。下列有关该溶液的说法正确的是(  )。

A.该溶液一定呈酸性  B.该溶液酸碱性不能判断

C.该溶液的pH值为1   D.该溶液的pH值为13

9.物质的量浓度均为0.01mol/L的一元酸和一元碱两种溶液,其pH值分别为3和12,两种溶液等体积混合后溶液的pH(  )。

A.≥7  B.>7  C.≤7  D.=7

10.下列溶液一定呈中性的是(  )。

A.pH=7溶液

B.由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液

C.cH+=cOH-的溶液

D.非电解质溶于水得到的溶液

11.下列溶液肯定呈酸性的是(  )。

A.含H的溶液  B.能使酚酞显无色的溶液

C.pH<7的溶液  D.cOH-<cH+的溶液

12.常温下,某溶液中由水电离产生的cH+=1×10-11mol/L,则该溶液的pH可能是(  )。

A.4  B.7  C.8  D.11

13.下列试纸中,在测溶液的性质时,预先不能用蒸馏水润湿的是(  )。

A.石蕊试纸  B.醋酸铅试纸  C.KI淀粉试纸  D.pH试纸

14.有下列水溶液:①0.100mol/kg的C6H12O6②0.100mol/kg的NaCl③0.100mol/kg的Na2SO4。在相同温度下,蒸汽压由大到小的顺序是(  )。

A.②>①>③  B.①>②>③  C.②>③>①  D.③>②>①

15.与难挥发性非电解质稀溶液的蒸汽压降低、沸点升高、凝固点降低有关的因素为(  )。

A.溶液的体积  B.溶液的温度

C.溶质的本性  D.单位体积溶液中的溶质质点数

16.欲较精确地测定某蛋白质的相对分子质量,最合适的测定方法是(  )。

A.凝固点降低  B.沸点升高

C.渗透压力   D.蒸汽压下降

17.用理想半透膜将0.02mol/L蔗糖溶液和0.02mol/L的NaCl溶液隔开时,在相同温度下将会发生的现象是(  )。

A.蔗糖分子从蔗糖溶液向NaCl溶液渗透

B.Na从NaCl溶液向蔗糖溶液渗透

C.水分子从NaCl溶液向蔗糖溶液渗透

D.水分子从蔗糖溶液向NaCl溶液渗透

18.配制萘的稀苯溶液,利用凝固点降低法测定萘的摩尔质量,在凝固点时析出的物质是(  )。

A.萘  B.水  C.苯  D.萘、苯

19.100mL的0.02mol/LMgCl2溶液的渗透浓度是(  )。

A.10 mOsmol/L  B.20 mOsmol/L  C.40 mOsmol/L  D.60 mOsmol/L

20.丁达尔现象是发生了光的什么的结果?(  )

A.散射  B.反射  C.折射  D.透射

21.外加直流电场于胶体溶液,向某一电极作定向运动的是(  )。

A.胶核  B.胶粒  C.胶团  D.紧密层

22.当在溶胶中加入大分子化合物时(  )。

A.一定使溶胶更加稳定

B.一定使溶胶更容易为电解质所聚沉

C.对溶胶稳定性影响视其加入量而定

D.对溶胶的稳定性没有影响

四、写出下列物质的电离方程式

1.Mg(NO32 2.H2SO4 3.Ba(OH)2 4.NaHCO3

5.HAc 6.NH3·H2O 7.H3PO4 8.Cu(OH)2

五、将下列离子方程式改写成相应的化学方程式

1.S2-+2HH2S↑

2.Cu2++S2-CuS↓

3.Zn+Cu2+Cu+Zn2+

六、写出下列反应的离子方程式

1.Na2CO3溶液与Ba(OH)2溶液反应

2.稀硝酸与Cu(OH)2反应

3.铁片加入CuSO4溶液中

七、简答题

1.试选用一简单方法,测定酒精里是否含有水。

2.在一定温度下,两杯氯化钠溶液,它们的密度不同,能知道它们的浓度是否相同吗?

3.怎样读出量筒里液体的体积数?

4.有两瓶pH=3的HCl溶液和CH3COOH溶液。现只有石蕊试液、酚酞试液、pH试纸和蒸馏水。简述如何用最简便的实验方法来判断哪瓶是强酸。

5.物质的量溶液配制步骤和使用的仪器。

6.在水中加入少量葡萄糖后,凝固点将如何变化?为什么?

7.盐碱地的农作物长势不良,甚至枯萎,施了太浓的肥料,植物会被“烧死”,能否用某个依数性来说明部分原因?

8.简述产生渗透现象所需要的条件,并说明产生渗透现象的原因。

9.什么是高分子溶液对溶胶的保护作用?

八、计算题

1.配置1 000mL溶质质量分数为10%的稀硫酸,需要溶质质量分数为98%的浓硫酸多少毫升?(10%的稀硫酸的密度为1.07g/cm3,98%的为1.84g/cm3)需要水多少克?

2.将100g质量分数为95.0%的浓硫酸缓缓加入400g水中,配制成溶液,测得此溶液的密度为1.13g/cm3,计算溶液的:(1)质量分数;(2)物质的量浓度;(3)质量摩尔浓度;(4)硫酸和水的摩尔分数。

3.在25℃时,pH=1的盐酸溶液1 L与pH=4的盐酸溶液1 000 L混合,混合后溶液的pH值等于多少?

4.在25℃时,100mL 0.6mol/L的盐酸与等体积0.4mol/L的NaOH溶液混合后,溶液的pH值等于多少?