水化學(xué)與水污染

水化學(xué)與水污染第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月了解溶液的通性明確酸堿的解離平衡,掌握同離子效應(yīng)及溶液pH值的有關(guān)計算掌握溶度積和溶解度的計算教學(xué)要求第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

§3.1溶液的通性１）溶液的一般概念■分子或離子分散體系■單相■按聚集狀態(tài)：氣態(tài)溶液、液態(tài)溶液、固態(tài)溶液２）溶解過程與溶液的形成溶質(zhì)均勻分散于溶劑中的過程——溶解（逆過程為結(jié)晶）■是個既有化學(xué)變化，又有物理變化的復(fù)雜過程■常伴隨：顏色變化，體積變化，能量變化第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月３）溶解度的概念單位溶劑中最多能溶解的溶質(zhì)的量——溶解度溶解度與溫度、壓力等因素有關(guān)。４）相似相溶原理溶劑與溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)相似，就能較好地相互溶解。第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月５）溶液濃度的表示方法■物質(zhì)量的濃度c(mol·L-1

或mol·dm-3)■質(zhì)量摩爾濃度m(mol·kg-1)■摩爾分?jǐn)?shù)x(無單位

)第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一、非電解質(zhì)溶液的通性

1、什么是物質(zhì)的飽和蒸氣壓？氣化（蒸發(fā)）：液體表面能量較大的分子，克服分子間的引力，逸出液體表面進(jìn)入液體上面的空間。凝結(jié)：氣相中的分子，可能與液體表面發(fā)生碰撞，并被周圍的液體分子所吸引，重新回到液相。飽和蒸氣壓：當(dāng)：氣化=蒸發(fā)達(dá)到平衡，此時蒸氣壓為一定值。稱為飽和蒸氣壓。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月注意要點(diǎn)

除液體外，固體也有飽和蒸氣壓。如干冰、萘、碘等固體，蒸氣壓很大，可直接由固體變成氣體（升華）。

飽和蒸氣壓與物質(zhì)的種類有關(guān)。有些物質(zhì)的蒸氣壓很大，如乙醚、汽油等，有些物質(zhì)的蒸氣壓很小，如甘油、硫酸等。蒸氣壓的大小，與液體分子間的吸引力有關(guān)，吸引力越大，蒸氣壓越小。

極性分子的吸引力強(qiáng)，蒸氣壓小。非極性分子的吸引力小，蒸氣壓大。分子量越大，分子間的作用力越強(qiáng)，蒸氣壓越小。

飽和蒸氣壓與溫度密切相關(guān)——蒸氣壓—溫度曲線溫度升高，蒸氣壓增大第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、什么是溶液的飽和蒸氣壓？指的是溶液中，作為溶劑的那種物質(zhì)，所具有的飽和蒸氣壓（分壓力）。溶液的飽和蒸氣壓同樣與溫度密切相關(guān)：3、“溶液的蒸氣壓下降”這句話是什么意思？

同一溫度下，溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑恼魵鈮阂?，它們之間的差值，叫“溶液的蒸氣壓下降”。第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、為什么溶液的蒸氣壓會下降？

當(dāng)溶質(zhì)分散于溶劑之中，溶液表面的部分位置，被溶質(zhì)分子所占據(jù)，使得單位表面所能逸出的溶劑的分子個數(shù)減少，因此溶液蒸氣壓較之純?nèi)軇┯兴档?。?頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、溶液的沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降1、什么是沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)？

沸點(diǎn)：液體沸騰時的溫度。此時液體的飽和蒸氣壓等于外界大氣的壓力。凝固點(diǎn)：物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時的溫度，或固態(tài)變?yōu)橐磻B(tài)時的溫度。第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、溶液的滲透壓糖水的蒸氣壓低于純水的蒸氣壓空氣中只有水分子能通過純水糖水放置一段時間后！第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月胡羅卜糖水液柱產(chǎn)生的靜壓力阻止了水繼續(xù)向管中滲透阻止?jié)B透所需要的外界靜壓力，叫滲透壓，記作。第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月滲透壓大小的計算——范特荷甫方程(van’tHoffequation)1886年，荷蘭物理化學(xué)家J.H.van’tHoff發(fā)現(xiàn)非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓的大小，可以用與理想氣體狀態(tài)方程(pV=nRT)形式相似的方程式計算：V=nRT式中：——滲透壓V——m3（

體積）R——8.314(Pam3mol-1K-1)溶液的滲透壓與溶質(zhì)的本性無關(guān)，只與溶質(zhì)的濃度有關(guān)——依數(shù)性。*滲透壓的應(yīng)用電解質(zhì)對生命體的重要性反滲透法制備純凈水植物水份的吸收第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1酸和堿在水溶液中的解離平衡3.2.2酸堿質(zhì)子理論§3.2水溶液中的單相離子平衡第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月凡是在水中電離產(chǎn)生H+的物質(zhì)是酸。凡是在水中電離產(chǎn)生OH-的物質(zhì)是堿。酸堿反應(yīng)是H+和OH-作用生成水的反應(yīng)。1酸堿電離理論1）酸堿定義酸堿的概念第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）對酸堿物質(zhì)的范疇有局限性（2）對酸堿反應(yīng)的范疇有局限性

2）局限性第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1）酸堿的定義

凡是能給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)都是酸凡是能得到質(zhì)子(H+)的物質(zhì)都是堿既能給出質(zhì)子又能得到質(zhì)子的物質(zhì)是兩性物質(zhì)如:HClHACNH4+

Fe(H2O)63+如:Cl-AC-CO32-

NH3[Fe(H2O)5(OH)]2+如:HCO3-,H2O

2酸堿質(zhì)子理論第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）酸堿反應(yīng)的術(shù)語根據(jù)酸堿定義，酸失去質(zhì)子變成堿，堿得到質(zhì)子變成酸——共軛關(guān)系。通式酸H++堿酸堿半反應(yīng)因質(zhì)子得失而相互轉(zhuǎn)化的每一對酸堿—共軛酸堿對。

(conjugatedpairofacid-base)第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月酸總是較堿多一個正電荷，酸堿可以是分子，陽離子，陰離子。規(guī)律H2PO4-

H++HPO42-NH4+

H++NH3

Fe(H2O)63+

H++Fe(H2O)5(OH)2+例如第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2酸和堿溶液及其pH值1）定義水溶液的pH就是該溶液所含氫離子濃度的負(fù)對數(shù)。pOH=-lg{c(OH-)}pH=-lg{c(H+)}Kw={c(H+)}{c(OH-)}=1.0×10-14

pKw=pH+pOH=14.0025°C：令第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）性質(zhì)表示水溶液中酸堿性強(qiáng)弱的標(biāo)度，pH越小，酸性越強(qiáng)。3）范圍僅表示氫離子或氫氧根離子濃度1mol·L-1以下的溶液的酸堿性。4）應(yīng)用第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月常見液體的pH名稱

pH名稱

pH胃液1.02.0唾液6.47.5檸檬酸2.4牛奶6.5醋3.0純水7.0葡萄汁3.2血液7.357.45橙汁3.5眼淚7.4尿液4.87.5氧化鎂乳10.6暴露在空氣中的水5.5第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

弱酸弱堿的解離平衡及計算

1）一元弱酸的解離平衡及計算

2）一元弱堿的解離平衡及計算

3）多元弱酸的解離平衡及計算4）鹽溶液的解離平衡及計算(DissolutionEquilibriumandCalculationofWeakAcidandWeakBase)第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

1一元弱酸的解離平衡及計算HAc(aq)H+(aq)+Ac–(aq)1）解離平衡(DissolutionEquilibrium)Ka

：一元弱酸解離常數(shù)(DissolutionConstantofWeakAcid)簡寫第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）計算公式以HAc為例

c00c-x

x

x起始濃度/(mol·L-1)平衡濃度/(mol·L-1)HAc(aq)H+(aq)+Ac–(aq)（條件：c/Ka>500)第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）解離度（Ka

=c2)（1）(DegreeofDissolution)第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

例：計算298K時0.10mol·dm-3HAc溶液中H+濃度及其

pH,(Ka=1.76×10-5)。HAc(aq)H+(aq)

+Ac–(aq)解：pH=-lg{c(H+)}=2.88第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、一元弱堿的解離平衡及計算1）解離平衡

(DissolutionEquilibrium)Kb

(NH3)：一元弱堿的解離常數(shù)

(DissolutionConstantofWeakBase)NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）計算公式條件：(c/Kb>500)（1）（2）第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知298K下0.200mol·L-1氨水的解離度為0.934%,計算溶液中OH-的濃度和氨的解離常數(shù)Kb。c(OH-)=c(NH3).=0.200×0.934%=1.87×10-3mol·L-1

解:=c(OH-)/c(NH3)×100%=0.934%第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3多元弱酸的解離平衡及計算1）解離平衡

(DissolutionEquilibrium)多元酸H3PO4(aq)

H2PO4-(aq)

+H+(aq)H2PO4-HPO42-+H+第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月酸性強(qiáng)弱H3PO4H2PO4-

HPO42-Ka1>>Ka2

>>

Ka3HPO42-PO43-+H+溶液中H+主要來自第一步解離平衡，c(H+)的計算可近似按一元弱酸處理。提示第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）計算公式以H2S為例：Ka2=7.1×10-15H2S(aq)+H2O(l)H3O+(l)

+HS-(aq)HS-(aq)+H2O(l)H3O+(l)

+S2-(aq)Ka1=1.32×10-7第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月故c(H+)≈c1(H+)（1）多元弱酸中（2）純二元弱酸中（3）混合酸中條件：c(S2-)=Ka2由于Ka1>>Ka2>>Ka3與初始濃度無關(guān)第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4緩沖溶液1同離子效應(yīng)2緩沖溶液(BufferSolution)第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在弱酸或弱堿溶液中,加入與其具有相同離子的易溶強(qiáng)電解質(zhì),而使平衡向左移動,弱電解質(zhì)的解離度降低的現(xiàn)象稱為同離子效應(yīng)。1.定義1同離子效應(yīng)(CommonIonEffect)第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果：Ac-濃度增大，平衡左移，HAc解離度減小，酸性減弱，這就是同離子效應(yīng)。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq

)+Ac-(aq)加入強(qiáng)電解質(zhì)NaAc(s)Na+(aq)

+Ac-(aq)

H2O(l)例如在平衡體系中第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果：NH4+濃度增大,

平衡左移,NH3解離

度減小，這也是同離子效應(yīng)。

NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)NH4Cl(s)NH4+(aq)+Cl-(aq)H2O(l)加入強(qiáng)電解質(zhì)又如在平衡體系中第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.定義能抵抗外來少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿或稍加稀釋，而使溶液的pH基本不變的溶液。2.組成NH3

NH4+，PO43-HPO42-HAcNaAcHCO3-

CO32-H3PO4

H2PO4-弱酸共軛堿弱堿共軛酸2緩沖溶液第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于存在大量Ac-，對平衡產(chǎn)生同離子效應(yīng)，平衡左移，HAc解離度減小。緩沖溶液中存在了大量的抗酸成分和大量的抗堿成分。3.原理加入強(qiáng)電解質(zhì)在平衡體系中HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)NaAc(s)Na+(aq)

+Ac-(aq)H20(l)第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月若在緩沖溶液中加入少量強(qiáng)酸HCl溶液中的大量的Ac-與H+反應(yīng)，生成解離度很小的HAc。HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)結(jié)果：c(Ac-)略有減小，c(HAc)略有增加，比值基本不變，c(H+)基本不變，pH基本不變。移項(xiàng)第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)c(H+)略有減少,c(HAc)略有減少,c(Ac-)略有增加，比值基本不變；c(H+)基本不變，pH基本不變。結(jié)果：若在緩沖溶液中加入少量強(qiáng)堿NaOH第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)4.計算由于HAc解離度很小,加之同離子效應(yīng),使HAc解離度更小,故c(HAc),c(Ac-)可認(rèn)為是其原始濃度。

提示第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）緩沖溶液的選擇選擇依據(jù)：當(dāng)ca

＝cb時：pH＝pKa

①弱酸的pKa(或弱堿的14－pKb)值盡可能接近或等于所需的pH值。選擇原則：③所選擇的緩沖溶液，除了參與和H+或OH–有關(guān)的反應(yīng)以外，不能與反應(yīng)體系中的其它物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng).②若pKa或14－pKb與所需pH不相等，依所需pH

調(diào)整ca/cb或cb/ca第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的緩沖溶液弱酸共軛堿pKapH范圍鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸氫鉀2.881.9～3.9醋酸醋酸鈉4.753.7～5.8磷酸二氫鈉磷酸氫二鈉7.206.2～8.2氯化銨氨水9.258.3～10.2磷酸氫二鈉磷酸鈉12.311.3～13.3第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月血液中的酸堿度正常人血漿的pH值約為7.35—7.45，平均值為7.4。人體生命活動所能耐受的最大pH變化范圍為6.9—7.8。血漿pH值經(jīng)常維持相對恒定，之所以能維持恒定，是由于血漿是個緩沖溶液，血液中還有數(shù)對具有抗酸和抗堿作用的物質(zhì)，稱為緩沖對，統(tǒng)稱為緩沖體系。血液中的緩沖對如下：血漿中主要緩沖對有：（NaHCO3）/（H2CO3）；

Na—蛋白質(zhì)（Na—Pr）/H—蛋白質(zhì)（H—Pr）；（Na2HPO4）/磷酸二氫鈉（NaH2PO4）紅細(xì)胞中的主要緩沖對有：（KHCO3）/碳酸（H2CO3）；血紅蛋白鉀鹽/血紅蛋白；氧合血紅蛋白鉀鹽/氧合血紅蛋白；磷酸氫二鉀（K2HPO4）/磷酸二氫鉀（KH2PO4）。第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月血液中的緩沖對以血漿H2CO3與NaHCO3這一對緩沖對最為重要。在正常情況下NaHCO3/H2CO3比值為20：1。保持比值在20：1的范圍，需要通過呼吸功能調(diào)節(jié)血漿中H2CO3濃度和通過腎臟調(diào)節(jié)血漿中的NaHCO3濃度，以及代謝等方面的配合作用，這樣就可保持血漿pH的正常值。血液酸堿度的相對恒定，對生命活動有重要意義。如果血液PH值的變動超過正常范圍，就會影響各種酶的活性，從而引起組織細(xì)胞的新陳代謝、興奮性及各種生理機(jī)能的紊亂，甚至?xí)霈F(xiàn)酸或堿中毒現(xiàn)象。第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月酸堿指示劑(Acid-BaseIndicators)第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月組成有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。作用原理HIn(aq)+H2O(l)H3O+(q)

+In-(aq)堿式色酸式色第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)溶液H+離子濃度發(fā)生變化時，平衡發(fā)生移動，導(dǎo)致指示劑結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使指示劑顏色發(fā)生變化，這就是指示劑的變色原理。第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月