浙2物質(zhì)的化學(xué)組成和聚集狀態(tài)3J

2.3液體和液晶1．掌握水主要物理性質(zhì)，氫鍵產(chǎn)生及對(duì)水性質(zhì)影響，水電導(dǎo)率和pH概念及其應(yīng)用，了解熔化熱、氣化熱、摩爾熱容、質(zhì)量摩爾濃度等概念。2．了解溶液蒸氣壓降低、凝固點(diǎn)下降、沸點(diǎn)上升和產(chǎn)生滲透壓原因，了解稀溶液依數(shù)性定量計(jì)算公式適用條件和應(yīng)用實(shí)例。3．了解液體燃料起源、開(kāi)發(fā)、規(guī)格和應(yīng)用。4．能聯(lián)絡(luò)實(shí)例指出表面活性物質(zhì)類(lèi)型及親水基團(tuán)、憎水基團(tuán)組成，掌握十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸鈉、平平加型和OP型等表面活性物質(zhì)化學(xué)式，了解潤(rùn)濕、滲透、增溶、膠束、發(fā)泡、消泡等概念，了解W／O，O／W表示意義，了解HLB值概念及應(yīng)用。學(xué)習(xí)要求11/46

液體中原子及其結(jié)合態(tài)微粒不像晶體中那樣有序排列，而只在局部范圍內(nèi)保持一定程度有序排列，即遠(yuǎn)程無(wú)序，近程有序。液體沒(méi)有固定形狀，含有流動(dòng)性。介于晶體與液體之間一個(gè)介晶狀態(tài)，稱(chēng)為液晶態(tài)，液晶不一樣于普通固體和液體。22/46一、水性質(zhì)和應(yīng)用

水分子中，氫、氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，O–H鍵長(zhǎng)為0.09572nm，∠HOH為104.52°，水分子是V型結(jié)構(gòu)，能形成氫鍵。氣相水結(jié)構(gòu)四面體形

電荷分布體系δ-δ-δ+δ+水氣態(tài)二聚體掌握33/46水分子結(jié)構(gòu)和水分子間氫鍵作用決定了水含有許多特殊性質(zhì)。雪花據(jù)相關(guān)研究，每1億片雪花中，極難找到兩片外形相同雪花了解44/46圖2-15水團(tuán)簇穩(wěn)定結(jié)構(gòu)水分子間存在氫鍵而發(fā)生締合，形成水團(tuán)簇結(jié)構(gòu)(H2O)n，如圖2-15所表示。水團(tuán)簇結(jié)構(gòu)氫鍵了解55/46

水在4℃時(shí)密度最大。晶體水–冰含有如圖2-16穩(wěn)定六方晶型結(jié)構(gòu)，氧原子相距0.276nm，中心水分子以氫鍵和其4個(gè)相鄰水分子相聯(lián)組成四面體，三維伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。伴隨溫度升高，冰熔化，這種“冰山”結(jié)構(gòu)塌陷，水分子排列變得更緊密，在4℃時(shí)到達(dá)極值，此時(shí)密度最大，出現(xiàn)所謂“冷脹熱縮”現(xiàn)象。圖2-16冰結(jié)構(gòu)水密度掌握66/46水締合程度大，活性喪失嚴(yán)重，因而變成了“死水”。但水分子間氫鍵在加熱、磁場(chǎng)等條件下將被破壞，從而降低了締合度。水是最常見(jiàn)液體和工程上應(yīng)用最多溶劑。物質(zhì)普通在熱水中溶解度大，熱水洗滌效果好；熱茶較冷水解渴等都與水締合度降低或被解除相關(guān)。用磁化水做溶劑，可增大礦物質(zhì)溶解度，所以常飲磁化水能降低人體“結(jié)石病”。了解77/46表2.7不一樣水樣電導(dǎo)率水樣電導(dǎo)率／S·m–1

自來(lái)水5.0×10–1~5.3×10–2

普通試驗(yàn)室用水5.0×10–3~1.0×10–4

去離子水4.0×10–4~8.0×10–5

蒸餾水2.8×10–4~6.0×10–6

超純水~5.5×10–6

純水幾乎是不導(dǎo)電。實(shí)際應(yīng)用水中常含有可溶性電解質(zhì)使其導(dǎo)電能力增大。可用電導(dǎo)率儀測(cè)定水樣電導(dǎo)率，可從電導(dǎo)率數(shù)值確定水純度。表2.7列出了常見(jiàn)水樣電導(dǎo)率，其單位為西門(mén)子·米–1（S·m–1）水導(dǎo)電性掌握88/46升華熱51kJ·mol–1mp，0℃bp，100℃熔化熱小6

kJ·mol–1比熱大76

J·mol–1·K–1蒸發(fā)燒大40.6

kJ·mol–1熱學(xué)性質(zhì)冰水汽掌握99/46插短片：2，03結(jié)冰1010/46地表水汽化，帶去大量汽化熱水（M=18）比空氣（M=28）輕，上升高空在高空，水汽－－云、霧、雨、雪放出凝結(jié)熱冰比水輕，浮在表面：易熔、參加循環(huán)；保護(hù)物種水生態(tài)價(jià)值了解1111/46純水中H＋濃度很小，在10–7mol·dm–3左右。當(dāng)水溶液中c(H+)<1.0mol·dm–3時(shí)，水會(huì)發(fā)生解離：其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（俗稱(chēng)離子積，）用Kθw表示(2.1)式中cθ為標(biāo)準(zhǔn)濃度cθ=1.00mol·dm–3。25℃時(shí)水Kwθ=1.00×10–14Kwθ值隨溫度升高而增大，在0℃，35℃，50℃時(shí)，分別為1.14×10–15，2.06×10–14和5.35×10–14。通慣用H+濃度負(fù)對(duì)數(shù)來(lái)表示，稱(chēng)為pH水解離掌握1212/46例2.1

求純水在50℃時(shí)pH值。50℃時(shí)，水Kwθ=5.35×10–14，因?yàn)閏(H+)=c(OH–)所以c(H+)=(5.35×10–14)1/2·cθmol·dm–3

=2.31×10–7mol·dm–3=–1g[2.31×10–7mol·dm–3／1.00mol·dm–3]=6.64解：掌握1313/46二、溶液蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓一定溫度下，液相（固相）與其氣相到達(dá)平衡時(shí)壓力稱(chēng)為液體（固體）在該溫度飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓。飽和蒸氣壓-溫度關(guān)系線稱(chēng)作飽和蒸氣壓曲線，也叫氣液（固）平衡線，它表示了飽和蒸氣壓與溫度之間含有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。不一樣溫度時(shí)水和冰飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)列于表2.8中。掌握1414/46表2.8不一樣溫度時(shí)水和冰飽和蒸氣壓水冰溫度／℃飽和蒸氣壓／kPa溫度／℃

飽和蒸氣壓／kPa溫度／℃

飽和蒸氣壓／kPa–15

0.191202.339–300.038–100.286253.167–250.064–50.421304.242–200.1040.010.611355.624–150.16650.872100101.325–100.260101.22837422040–50.402151.7050.010.611了解1515/46當(dāng)一個(gè)難揮發(fā)溶質(zhì)溶解于溶劑后，溶液表面溶劑分子數(shù)目因?yàn)槿苜|(zhì)質(zhì)點(diǎn)存在而降低，使相同溫度下溶液蒸發(fā)出溶劑分子數(shù)目比純?nèi)軇┮?，即溶液蒸氣?如圖2-17中bb’線所表示)比純?nèi)軇┱魵鈮?如圖2-17中aa’線所表示)低。1、溶液蒸氣壓降低掌握1616/46圖2-18水、冰和水溶液蒸氣壓隨溫度改變液固氣溶液ΔT

fpΔT

bp101.325t

/℃

t沸100p(H2O)/kPa0.6110.01ab’a’cbt凝掌握1717/46一些固體物質(zhì)，如氯化鈣(CaCl2)、五氧化二磷(P2O5)等，慣用作干燥劑。這是因?yàn)樗鼈儚?qiáng)吸水性使其在空氣中易潮解成飽和水溶液，因蒸氣壓比空氣中水蒸氣壓力小，從而使空氣中水蒸氣不停凝結(jié)進(jìn)人“溶液”。P2O5>KOH>濃H2SO4>NaOH>CaCl2

常見(jiàn)干燥劑干燥能力了解1818/46上式也稱(chēng)拉烏爾定律(法國(guó)物理學(xué)家)(2.3)試驗(yàn)證實(shí)，在一定溫度下，稀溶液蒸氣壓降低值等于該稀溶液中難揮發(fā)溶質(zhì)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(摩爾分?jǐn)?shù))與純?nèi)軇┱魵鈮撼朔e，而與溶質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)：蒸氣壓下降定量關(guān)系掌握1919/46圖2-17中aa’，ac，bb’線分別表示水、冰和溶液蒸氣壓與溫度關(guān)系?？梢?jiàn)：a點(diǎn)(0.01℃，0.611kPa)純水和冰蒸氣壓相等，此時(shí)到達(dá)冰、水和水蒸氣三相平衡，0.01℃即為水凝固點(diǎn)；水溶液中因?yàn)榧尤肓巳苜|(zhì)而蒸氣壓降低，溶液蒸氣壓曲線與冰蒸氣壓曲線相交于b點(diǎn)，這是溶液凝固點(diǎn)。顯然，溶液凝固點(diǎn)比純?nèi)軇┠厅c(diǎn)下降了。難揮發(fā)物質(zhì)溶液凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┠厅c(diǎn)。2、溶液凝固點(diǎn)下降掌握2020/46試驗(yàn)證實(shí)：在稀溶液中，凝固點(diǎn)下降(ΔTf)為式中ΔTf表示溶液凝固點(diǎn)下降，Tf*、Tf分別表示純?nèi)軇┖腿芤耗厅c(diǎn)，bB是質(zhì)量摩爾濃度，單位為mol·kg–1，比如lkg水中溶解了62g乙二醇[C2H4(OH)2]，其質(zhì)量摩爾濃度是1mol·kg–1；Kf

為凝固點(diǎn)下降常數(shù)，它取決于純?nèi)軇┨卣鞫c溶質(zhì)特征無(wú)關(guān)。凝固點(diǎn)下降定量關(guān)系掌握2121/46表2.9一些溶劑凝固點(diǎn)下降常數(shù)和沸點(diǎn)升高常數(shù)溶劑凝固點(diǎn)／℃Kf

/K·kg·mol–1沸點(diǎn)／℃Kb

/K·kg·mol–1醋酸173.9118.12.93苯5.45.1280.22.53氯仿–63.54.6861.23.63萘80.06.8//水0.011.86100.00.51掌握2222/463．溶液沸點(diǎn)升高當(dāng)液體蒸氣壓等于外界壓力時(shí)，液體就沸騰，這時(shí)溫度稱(chēng)為該壓力下沸點(diǎn)。純水在100℃時(shí)蒸氣壓等于101.325kPa(常壓)，故水常壓沸點(diǎn)是100℃。水中加入難揮發(fā)性溶質(zhì)后，因?yàn)槿芤赫魵鈮航档?，只有在更高溫度下才能使它蒸氣壓到達(dá)101.325kPa而沸騰。于是出現(xiàn)了沸點(diǎn)升高現(xiàn)象。難揮發(fā)物質(zhì)溶液沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┓悬c(diǎn)。掌握2323/46試驗(yàn)證實(shí)：在稀溶液中，沸點(diǎn)升高(ΔTb)為式中ΔTb表示溶液沸點(diǎn)升高，Tb*、Tb分別表示純?nèi)軇┖腿芤悍悬c(diǎn)，bB是質(zhì)量摩爾濃度，單位為mol·kg–1，Kb

為沸點(diǎn)升高常數(shù)，它取決于純?nèi)軇┨卣鞫c溶質(zhì)特征無(wú)關(guān)。沸點(diǎn)升高定量關(guān)系掌握2424/464．溶液滲透壓圖2.顯示滲透壓現(xiàn)象簡(jiǎn)單裝置滲透壓是為維持被半透膜所隔開(kāi)溶液與純?nèi)軇┲g滲透平衡而需要額外壓力。純水半透膜П=cB×R×T溶液掌握2525/46試驗(yàn)發(fā)覺(jué)，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液滲透壓與溶液體積摩爾濃度及熱力學(xué)溫度成正比?；?2.6)滲透壓定量關(guān)系1887年，荷蘭物理學(xué)化學(xué)家范特霍夫(J.H.van'tHoff)，提出了稀溶液滲透壓與溫度和溶質(zhì)濃度關(guān)系式：掌握2626/46滲透壓含有主要生物學(xué)意義，它是引發(fā)水在生物體中運(yùn)動(dòng)主要推進(jìn)力。按式（2.6）計(jì)算，298.15K時(shí)0.1mol·dm–3溶液滲透壓為248kPa，數(shù)值相當(dāng)可觀。普通植物細(xì)胞汁滲透壓可達(dá)2000kPa（相當(dāng)于200m水柱），所以水分能夠籍滲透作用從植物跟部運(yùn)輸?shù)綌?shù)十米高頂端，以供植物白天進(jìn)行光合作用需要。人體血液平均滲透壓約為760kPa，臨床上使用0.90%生理鹽水和5%葡萄糖溶液等等滲溶液，就是為了保持人體處于正常滲透壓范圍，不然會(huì)造成溶血等嚴(yán)重后果。滲透壓生物學(xué)意義了解2727/46等滲液高滲液低滲液了解2828/46假如在溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓外壓力，則溶劑由溶液一側(cè)經(jīng)過(guò)半透膜向純?nèi)軇┗虻蜐舛确较驖B透，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反滲透。它為海水淡化和環(huán)境保護(hù)中廢水處理提供了一個(gè)主要方法。反滲透海水淡化示意圖純水溶液了解2929/46液相四、表面活性物質(zhì)液體表面質(zhì)點(diǎn)受內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)拉力影響，有向液體內(nèi)部遷移，使液相表面積自動(dòng)縮小趨勢(shì)。水滴呈圓球形就是這個(gè)道理。液體表面收縮張力，稱(chēng)為表面張力。從能量觀點(diǎn)來(lái)看，要將液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)移到表面，需要克服表面張力而做功，使系統(tǒng)能量增加，這一能量稱(chēng)為表面能。表面張力或表面能大小取決于液體質(zhì)點(diǎn)間作用力大小。在20℃時(shí)，水表面張力為72.9mN·m–1，大多數(shù)有機(jī)液體表面張力較小，僅20～30mN·m–1。氣相圖2-18液體表面和液體內(nèi)部分子受力情況掌握3030/46純水中加入溶質(zhì)形成溶液時(shí)，表面張力隨之改變。比如，加入無(wú)機(jī)鹽（如NaCl），不揮發(fā)酸（如H2SO4）、堿（如KOH）等，因?yàn)檫@些物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)對(duì)表面水分子吸引，增大了表面張力。加入有機(jī)物，因?yàn)樘兼準(zhǔn)杷?，降低了水溶液表面張力。凡能顯著降低水溶液表面張力物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)。表面活性物質(zhì)掌握3131/46插短片：2，03表面張力掌握3232/46結(jié)構(gòu)：雙親分子amphiphilicmolecule表面活性劑結(jié)構(gòu)Na+親水基親油基簡(jiǎn)化為：疏水基憎水基憎油基圖2-18表面活性劑在兩

相界面排列水相空氣掌握3333/46表面活性劑通常采取按化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，分為離子型和非離子型兩大類(lèi)，離子型中又可分為陽(yáng)離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。1.離子型2.非離子型陽(yáng)離子型陰離子型兩性型表面活性劑顯然：陽(yáng)離子型和陰離子型表面活性劑不能混用，不然可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。表面活性劑分類(lèi)掌握3434/46季銨鹽叔銨鹽伯銨鹽仲銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑掌握3535/46陰離子表面活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na

硫酸酯鹽R-SO3Na

磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3掌握3636/46R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑R2N-(C2H4O)n

H

聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚掌握3737/46潤(rùn)濕與滲透表面活性劑作用插短片：2，04潤(rùn)濕與滲透掌握3838/46洗滌作用織物污漬洗滌劑污漬圖2.洗滌劑去污作用掌握3939/46親油基親水基(a)O/W型乳狀液(b)W/O