Transcript 第二章稀溶液的依数性
第二章 稀溶液的依数性 Colligative Properties of Diluted Solutions 内容提要 溶液的蒸汽压下降 ① 溶液的蒸汽压 ② 溶液的蒸汽压下降 —— Raoult定律 2. 溶液的沸点升高和凝固点降低 ① 溶液的沸点升高 ② 溶液的凝固点降低 1. 内容提要 3. 溶液的渗透压 ① 渗透现象和渗透压 ② 溶液的渗透压力与浓度及温度的关系 ③ 渗透压在医学上的意义 教学基本要求 • 了解稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、 凝固点降低的原因。 • 熟悉稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、 凝固点降低概念及计算。 • 掌握溶液渗透压力的概念及渗透浓度 的计算，熟悉渗透压力的医学应用。 第一节 溶液的蒸汽压下降 一．液体的蒸汽压 蒸发 H2O (l) H2O (g) 凝结 当蒸发与凝结速率相等， 气相和液相达到动 态平衡 ，蒸汽的含量和压力保持一定。 – 定义：在一定温度下与液相处于平衡时蒸汽 所具有的压力 p( 简称蒸汽压)。 – 单位：Pa, kPa 第一节 溶液的蒸汽压下降 一． 液体的蒸汽压 ① p与液体的本性有关 ② 温度升高，p增大 ③ 固体物质的蒸汽压 一般很小 ④ 易挥发性物质的 p大， 难挥发性物质的 p 小。 第一节 溶液的蒸汽压下降 • 不同温度下水的蒸汽压 T/K p / kPa T/K p / kPa 273 278 283 293 303 313 323 0.610 6 0.871 9 1.227 9 2.338 5 4.242 3 7.375 4 12.333 6 333 343 353 363 373 423 19.918 3 35.157 4 47.342 6 70.100 1 101.324 7 476.026 2 第一节 溶液的蒸汽压下降 二．溶液的蒸汽压下降 —— Raoult定律 第一节 溶液的蒸汽压下降 1. Raoult定律 在一定温度下, 难挥 发非电解质稀溶液的 蒸汽压等于纯溶剂的 蒸汽压与溶剂物质的 量分数的乘积。 p = po xA po:纯溶剂的蒸汽压, P:溶液的蒸汽压。 第一节 溶液的蒸汽压下降 溶液的蒸汽压下降 xA+ xB =1 p= po xA = po(1- xB)= po - po xB ∴ po- p = po xB 令 Δp = po- p 有 Δp = po xB Δp表示溶液的蒸汽压下降。 Δp≥0。 2. ∵ 第一节 溶液的蒸汽压下降 • 溶液的蒸汽压下降公式： xB 由于 nA>> nB， nB nB nA nB nA 1000 g nA 若取1000g溶剂，有 MA MA 则 p p xB p bB 1000 Δp= K bB • 适用：难挥发的非电解质稀溶液。 第一节 溶液的蒸汽压下降 例1 已知异戊烷C5H12的摩尔质量M = 72.15 g·mol-1， 在20.3℃的蒸气压为77.31 kPa。现将一难挥发性 非电解质0.0697g溶于0.891g异戊烷中，测得该 溶液的蒸气压降低了2.32 kPa。 ① 试求出异戊烷为溶剂时Raoult定律中的常数K； ② 求加入的溶质的摩尔质量。 第一节 溶液的蒸汽压下降 解 ① 因为 nB nB nB xB nA nB nA mA / M A nB Δp p xB p M A p 0 M AbB KbB mA K = p0MA 所以对于异戊烷有 K = p0MA = 77.31 kPa×72.15 g·mol-1 =5578 kPa·g·mol-1 = 5.578 kPa·kg·mol-1 0 0 第一节 溶液的蒸汽压下降 ② 根据 有 mB Δp KbB K M B mA mB MB K Δp mA 0.0697g 5.578kP a kg mol 0.891 2.32kP a kg 1000 188g mol1 1 第一节 溶液的蒸汽压下降 例2 已知293K时水的饱和蒸汽压为2.338 kPa，将6.840 g蔗糖(C12H22O11)溶于100.0 g水中，计算蔗糖溶 液的质量摩尔浓度和蒸汽压 。 第一节 溶液的蒸汽压下降 解 6.840 g 1000g kg-1 -1 bB 0 . 200 0 mol kg 100.0g 342.0g mol-1 100.0 g/18.02g mol-1 xA 100.0 g/18.02g mol-1 6.840g/ 342.0g mol1 55.49 mol 0.9964 (55.49 0.02000)mol p = p0xA = 2.338 kPa×0.996 4 = 2.330 kPa 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 一．溶液的沸点升高 1. 液体的沸点 • 液体的沸点是液体 的蒸汽压等于外界 压强时的温度。 • 液体的正常沸点 是 指外压为101.3kPa 时的沸点。 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 溶液的沸点升高 溶液的沸点总是高 于纯溶剂的沸点， 这一现象称之为溶 液的沸点升高。 • 溶液沸点升高是由 溶液的蒸汽压下降 引起。 ΔTb = Tb - Tb0 = Kb mB 2. • 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 常见溶剂的T0b和Kb值 溶剂 Tb 0 / ℃ Kb /(K·kg·mol-1) 溶剂 Tb 0 / ℃ Kb /(K·kg·mol-1) 水 100 0.512 四氯化碳 76.7 5.03 乙酸 118 2.93 乙醚 34.7 2.02 苯 80 2.53 萘 218 5.80 78.4 1.22 乙醇 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 二． 溶液的凝固点降低 • 凝固点是指物质的 固、液两相蒸汽压 相等时的温度 。 • 纯水的凝固点（273 K）又称为冰点， 在此温度水和冰的 蒸汽压相等。 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 二． 溶液的凝固点降低 • 曲线(3)是溶液的理 想冷却曲线 • 曲线(4)是实验曲线。 溶液的凝固点是指 刚有溶剂固体析出 的温度Tf。 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 二． 溶液的凝固点降低 • (a) 凝固点时，固态、纯溶剂液态的蒸发速度 与汽态的凝聚速度相等 • (b)溶液的蒸发速度小于固态的蒸发速度与汽态 的凝聚速度。 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 二． 溶液的凝固点降低 • 溶液的凝固点降低 是由溶液的蒸汽压 下降引起。 ΔTf = Tf0 - Tf = Kf ·bB 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 常见溶剂的T0b Kb和T0f Kf值 Tb0 / ℃ Kb /(K·kg·mol-1) Tf0 / ℃ Kf /(K·kg·mol-1) 溶剂 100 0.512 0.0 1.86 水 118 2.93 17.0 3.90 乙酸 80 2.53 5.5 5.10 苯 78.4 1.22 -117.3 1.99 乙醇 76.7 5.03 -22.9 32.0 四氯化碳 34.7 2.02 -116.2 1.8 乙醚 218 5.80 80.0 6.9 萘 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 溶液凝固点降低的应用：测定溶质的相对分子 质量（特别是小分子）。 K f mB -1 MB kg mol mA ΔTf • 虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都 可测量分子量，可是后者不起破坏作用、且Kf 值较大，故常用。 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 例 将0.638 g尿素溶于250 g水中，测得此溶液的凝固点 降低值为0.079 K，试求尿素的相对分子质量。 解 1.86 K kg mol-1 0.638 g M (CON2 H 4 ) 250 g 0.079 K 0.060 kg mol-1 60 g mol-1 M r 60 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 三．电解质稀溶液的依数性行为 Δp = i K bB ΔTb = i Kbb B ΔTf = i Kfb B • 如AB型电解质，i趋近于2。 (如KCl) • AB2或A2B型电解质, i趋近于3。 (如MgCl2) 第二节 溶液的沸点升高和凝固点降低 例 计算0.100mol·kg-1的NaCl溶液的凝固点。 解 NaCl为AB型电解质，i =2 ΔTf(NaCl) = 2×0.100 mol·kg-1×1.86 K·kg·mol –1 =0.372 K Tf(NaCl) = - 0.372 ℃ 。 第三节 溶液的渗透压力 一．渗透现象和渗透压力 1. 溶剂分子通过半透膜进 入到溶液中的过程, 称为 渗透 。 • 用半透膜将溶液与水分 开, 可以看到蔗糖溶液面 上升。 第三节 溶液的渗透压力 一． 渗透现象和渗透压力 2. 渗透原因：溶剂分子 能通过半透膜，而溶 质分子不能 。 • 条件： ①半透膜 ②膜 两侧溶液浓度不等。 • 方向：溶剂分子从纯 溶剂→溶液，或是从 稀溶液→浓溶液。 第三节 溶液的渗透压力 一． 渗透现象和渗透压力 3. 渗透压力 • 定义：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶 液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。 单位: Pa或kPa。 Π 溶剂的净转移 纯溶剂 溶液 纯溶剂 溶液 纯溶剂 溶液 半透膜 半透膜 半透膜 (a) (b) (c) 第三节 溶液的渗透压力 二． 溶液的渗透压力与浓度及温度的关系 • 关系式： Π = cBRT 其中 cB — 物质的量浓度 (mol·L-1) R — 常数 8.314 J·K-1·mol-1 T — 绝对温度 (273 + t) • 注意：若半透膜隔开的浓度不等的两个非电解 质溶液，为了防止渗透现象发生，必须在浓溶 液液面上施加一超额压力，此压力是两溶液渗 透压力之差。 第三节 溶液的渗透压力 三． 渗透压力在医学上 的意义 1. 等渗、高渗和低渗 溶液 2. 定义渗透活性物质 （溶液中产生渗透 效应的溶质粒子） 的物质的量浓度为 渗透浓度cos 高渗溶液中 等渗溶液中 低渗溶液中 第三节 溶液的渗透压力 三． 渗透压力在医学上的意义 3. 医学上的等渗、高渗和低渗溶液是以血浆的渗 透压力为标准确定的。正常人血浆的渗透浓度： 303.7 mmol·L-1 • 临床上规定： 等渗溶液： cos 280 ~ 320 mmol·L-1 高渗溶液： cos ＞320 mmol· L-1 低渗溶液 ：cos ＜280 mmol·L-1 正常人各种渗透活性物质的渗透浓度 （mmol·L-1） 渗透活性物质 Na+ 血浆中 144 组织间液中 37 细胞内液中 10 K+ Ca2+ Mg2+ 5 2.5 1.5 4.7 2.4 1.4 141 ClHCO3- 107 27 2 0.5 112.7 28.3 2 0.5 4 10 11 1 HPO42-、H2PO4SO42磷酸肌酸 肌肽 31 45 14 正常人各种渗透活性物质的渗透浓度 （mmol·L-1） 渗透活性物质 氨基酸 血浆中 2 组织间液中 2 细胞内液中 8 肌酸 乳酸盐 三磷酸腺苷 0.2 1.2 0.2 1.2 9 1.5 5 一磷酸已糖 葡萄糖 SO42- 蛋白质 尿素 cos 3.7 5.6 0.5 1.2 5.6 0.5 0.2 1 4 4 303.7 4 302.2 4 302.2 第三节 溶液的渗透压力 例 计算补液用50.0 g·L-1葡萄糖溶液和9.00 g·L-1 NaCl 溶液(生理盐水)的渗透浓度。 解 葡萄糖(C6H12O6)的摩尔质量为180 g·mol-1， 50.0 g L-1 1000mmol/mol -1 cos 278 mmol L 180 g mol-1 NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1， 9.00 g L-1 1000 mmol/mol -1 cos 2 308 mmol L 58.5 g mol-1 第三节 溶液的渗透压力 三． 渗透压力在医学上的意义 4. 晶体渗透压力和胶体渗透压力 晶体渗透压 概念 由晶体物质(电解质和 由胶体物质(高分子物 小分子)产生的Π 质)产生的Π 生理功能 调节细胞间液和细胞 内液之间的水分转移 半透膜 胶体渗透压 细胞膜 调节细胞间液与血浆 之间的水分转移 毛细血管壁