普通化学第三章水化学与水污染PPT课件

二、电解质稀溶液的通性
第 3 章 水化学与水污染 § 3.1 溶液的通性
一、非电解质稀溶液的通性 稀溶液的依数性定律：
难挥发的非电解Biblioteka 稀溶液的性质只与溶液 的浓度有关，而与溶质的本性无关。 这些性质包括：溶液的蒸气压下降、沸点上升、 凝固点下降及溶液渗透压等。
第 3 章 水化学与水污染
蒸发或气化作用
第 3 章 水化学与水污染
1．溶液的蒸气压下降
(1) 蒸气压
在封闭系统中，一定温度下，当液体的蒸发速率和其 蒸气凝聚的速率相等时的蒸气压力叫做该温度下液体
的饱和蒸气压，简称蒸气压。
或：在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸 气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简 称蒸气压。 思考：蒸气压与温度有什么关系？
2．沸点上升 溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压；溶液
的沸点升高与溶液的质量摩尔浓度成正比，即
Tbp kbp m
kbp:溶剂沸点上升常数，决定于溶剂的本性,与溶剂的
摩尔质量、沸点、汽化热有关。其单位为K·kg·mol-1 。
可以理解为：溶液的浓度m = 1 mol ·kg-1时的溶液沸点
结论： 溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度
越大，蒸气压下降越多。
p pA xB
对于稀溶液，溶剂物质的量nA 远远大于溶质物质 的量nB ，即nA nB
xB nB （/ nB nA ) nB / nA
设溶液的浓度以1000g溶剂(水)中含的溶质物质的量nB 为单位, 则溶液的质量摩尔浓度m为：
设有双组分溶液，溶剂A和溶质B的物质的量分
别为nA和nB，则
xB
nB nA nB
nB n总
xA
nA nA nB

H型（ Henry）等温式（直线型）
GkC 式中：K——分配系数
F型（Freundlich）等温式
1
G kCn
用对数表示：
lgGlgk1lgC n
-
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L型（Langmuir）等温式
GG0C/(AC)
1 /G 1 /G 0 (A /G 0 )1 ( /C )
G0—单位表面上达到饱和时的最大吸附量 A—常数
(Acidity and Alkalinity in Natural Waters)
碱度（Alkalinity）
指水中能与强酸发生中和作用 的全部物质，即接受质子的物质总 量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
-
7
测定方法：
酸碱滴定，双指示剂法
H+ + OH- = H2O H+ + CO32- = HCO3H+ + HCO3- = H2CO3
-
52
腐殖质的配合作用
(Complexation of Humic Substances)
分类
腐殖酸（Humic acid）溶于稀碱不溶于酸 富里酸（Fulvic acid） 溶于酸碱， 腐黑物（Humin） 不被酸碱提取。
-
53
结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基
和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖 质的水溶性不同，并且具有高分子电解质 的特性，表现为酸性。
-
28
-
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-
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2、硫化物 (Sulfide)
金属硫化物是比氢氧化物溶度剂更小的 一类难溶沉淀物。
在硫化氢和硫化物均达到饱和的溶液 中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：
[Me2+]=Ksp/[S2-]=Ksp[H+]2/(0.1K1K2)

起始浓度 0.1
0
0
平衡浓度 x
0.1-x
0.1-x
[OH-][HS-]/[S2- ] = 8.3 (0.1-x)2 / x = 8.3
0.1-x 0.1
x = 1.2 10-3 1mol·dm-3= [S2- ]
[OH-] = 0.1-1.2 10-3 = 9.9 10-2 = [HS-]
%= (0.1- 1.2 10-3 / 0.1) 100 = 99%
渗透压
压力计
3.1.2 电解质溶液的性质
电离平衡常数 Ki
Ka
Kb
✓酸（acid）碱（base）
3.2 溶液中的单相离子平衡
一、水的自偶电离
1．水的离子积常数Kwr
H2O + H2O ⇔
H3O+ + OH
H2O ⇔
H+ + OH
298K，纯水中的[H3O+] = [OH] = 1.0 107 mol·dm3
0.1-x
x
x
c/Ka1 >400, 近似地： 0.1-x = 0.1 x2/0.1 = Ka1＝ 1.2 10-7 x = [H+] = [HS-] =7.5 10-5 mol·dm3
二级平衡:
HS- =
H+ + S2-
平衡浓度: 7.5 10-5 7.5 10-5
y
Ka2 = [H+][S2-]/[HS-] = 1.2 10-15 y ＝ [S2-] = Ka2 ＝ 1.2 10-15 [H+][OH-]= Kw＝ 10-14 [H+] = 7.5 10-5 [OH-] = 1.3 10-10 mol·dm3 pOH = 10.11

nA n总
xAxB1
注意：无论有若干种物质，摩尔分数之和总是等于1。
-
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第三章
3.1.1 非电解质溶液的通性
1. 蒸气压下降
在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸 气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压， 简称蒸气压。
挥发
液体 水
蒸发 凝聚 水
-
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第三章
蒸发与凝聚：从动力学的角度，在一定温度下，液体内部具有较高能量的分 子克服液体分子间的引力从液体表面逸出，成为蒸气分子，这个过程称为蒸 发或气化。蒸发是吸热过程；同时，蒸气分子也可能撞到液面被液体分子的
吸引力拉回液相，这个过程称为凝聚或液化。凝聚是放热过程。
思考：蒸气压与温度有什么关系？
答：不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气 压增大。例如：
p(H2O, l , 298K)=3167 Pa
p(H2O, l, 373K)=101.325kPa
-
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第三章
溶液中溶剂的蒸气压下降
法国物理学家拉乌尔据实验得出以下定量关系：在一定 温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降Δp与溶 质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。即：
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2
第三章
3.1 溶液的通性 3.2 水溶液中的单相离子平衡 3.3 难溶电解质的多相离子平衡 3.4 胶体与界面化学 3.5 水污染及其危害
-
3
第三章
3.1 溶液的通性
溶液有两大类性质：
1）与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、密度、酸 碱性和导电性等；
2）与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶质的本身 性质无关————溶液的依数性，如溶液的蒸气压、 凝固点、沸点和渗透压等。

1 一元弱酸的解离平衡及计算
四、溶液的渗透压
放置一段 时间后！
纯水
糖水
糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压 空气中只有水分子能通过
糖水 胡罗卜
液柱产生的静压力阻止了水继续向管中渗透 阻止渗透所需要的外界静压力，叫渗透压，记作。
渗透压大小的计算——范特荷甫方程(van’t Hoff equation) 1886年，荷兰物理化学家J.H.van’t Hoff发现非电解质稀
§3.2 水溶液中的单相离子平衡
3.2.1 酸和碱在水溶液中 的解离平衡 3.2.2 酸碱质子理论
酸碱的概念
1 酸碱电离理论
1） 酸碱定义
• 凡是在水中电离产生H+的物质是酸。 • 凡是在水中电离产生OH-的物质是碱。 • 酸碱反应是H+和OH-作用生成水的反应。
2） 局限性
（1）对酸碱物质的范畴有局限性 （2）对酸碱反应的范畴有局限性
根据酸碱定义，酸失去质子变成碱， 碱得到质子变成酸——共轭关系。
因质子得失而相互转化的每一对酸碱— 共轭酸碱对。 (conjugated pair of acid-base)
通式 酸
H+ + 碱 酸碱半反应
例如
H2PO4-
H+ + HPO42-
NH4+
H+ + NH3
Fe(H2O)63+
H+ + Fe(H2O)5(OH)2+
pH 6.47.5
6.5 7.0 7.357.45 7.4 10.6
5.5
弱酸弱碱的解离平衡及计算
(Dissolution Equilibrium and Calculation of Weak Acid and Weak Base)

适用范围：难挥发、非电解质、稀溶液
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2 溶液的沸点上升、 凝固点下降
(1)液体的沸点： 液-气平衡时的温度，如：
H2O（l）
H2O（g）
100℃时,p（H2O,l）=P(外）=101325Pa
(2)液体的凝固点（冰点）：
固-液平衡时的温度，如:
H2O
H2O（l）
（S）
0℃时，p（H2O,l)=610.6Pa=p(H2O，s)
▲ 该定义不涉及发生质子转移的环境，故而在气 相和任何溶剂中均通用.
▲ 质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在 质子理论中都是离子酸或离子碱，如NH4Cl中的 NH4+是离子酸， Cl－是离子碱. ▲ 得失质子的物质组成共轭酸碱对
HB = H+ + B- 酸＝质子+共轭碱
酸 ⇔ H+ + 碱
例：HAc的共轭碱是Ac- ，
压Π 。
范特霍夫公式：
Π=cBRT 或 ΠV=nBRT
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反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力可 使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。依此可实 现溶液的浓缩和海水的淡化。
P
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渗透
反渗透
12
4 依数定律（稀溶液定律）
难挥发、非电解质、稀溶液的蒸汽压下 降、沸点上升、凝固点下降、渗透压是与一 定量溶剂中溶质的物质的量成正比。即与溶 质的粒子数成正比。
（2）优缺点： Arrhenius电离理论简单，是
第一个电解质溶液理论，对溶Fra bibliotek 理论的发展具有重要作用；
缺点是把酸碱的概念局限于水 溶液系统内，难于解释非水系统 进行的反应。例如，

了现在人们所说的神经毒 气（如：沙林，甲氟磷酸 异丙酯）。另一些同属结 构成为农药。 事故。在世界许多地方， 对硫磷造成的死亡率是令 人震惊的：1958年在印度 有l00起致命的病例，叙利 亚有67起；在日本，每年 平均有336人中毒致死。
2、多氯联苯(polychlorinated biphenlys)
二、水中污染物的分布和存在形态
功绩：为 20世纪上半叶防止农业病虫 （一）有机污染物 害，减轻疟疾伤寒等蚊蝇传播的 疾病 危害起到了不小的作用。 1948年诺贝 1、农药（主要是有机氯和有机磷） 尔生理学和医学奖给了米勒。
DDT (Dichloro Diphenyl Trichloroethane)：双对氯苯基三氯乙 烷，化学式(ClC6H4)2CHCCl3
——米糠油事件。1968年，日本九州爱知县一带在生产米糠 油过程中，由于生产失误，米糠油中混人了多氯联苯（作脱 臭工艺中的热载体 ），致使1400多人食用后中毒，4个月后， 中毒者猛增到5000余人，并有16人死亡。与此同时，用生产 米糠油的副产品黑油做家禽饲料，又使数十万只鸡死亡。 PCBs Biphenly 1978-1979年间为期6个月的时间里，台湾油症地区约 2000人食用了受多氯联苯和多氯联二苯并呋喃污染的食用油。 多氯联苯从热交换器漏入成品油中。一部分多氯联苯受热后 多氯联苯极难溶于水，不易降解，易溶于有机溶剂和脂肪中， 降解产生了多氯二苯并呋喃和其他氯化物，造成了高达数万 具有高的辛醇－水分配系数，能强烈的分配到沉积有机质和生 人的患者。 物脂肪中，因此，即使它在水中浓度很低时，在水生生物体内 1986年，加拿大一辆卡车载着一台有高浓度多氯联苯液 体的变压器去废物储存场，途中在经过安大略省北部的凯拉 和沉积物中的浓度仍然可以很高。由于 PCBs在环境中的持久 城附近时，有400多升PCBs从变压器中泄漏，污染了100公 性、生物累积性、远距离迁移性及对人体健康的危害， 1973年 里的高速公路和其它车辆，对当地的居民身体健康造成极大 以后，各国陆续开始减少或停止生产。 伤害。

各种溶液的通性可定性比较，分三种情况： （1）同浓度不同种物质 其沸点高低或渗透压大小的顺序为: A2B型或AB2型强电解质溶液 AB型强电解质溶液 弱电解质溶液非电解质溶液。 而蒸气压或凝固点的顺序则相反。 （2）同种物质不同浓度 浓度大的影响大。 （3）不同种物质不同浓度，考虑物质浓度和离解 程度---粒子数量。
T fp k fp m m T fp 2 0 .0 K
1
k fp 1 .8 6 K K g m o l
1
1 0 .7 5 m o l K g 989 g
1
1 0 .7 5 m o l K g
92 g m ol
1
3.1.2 电解质溶液的通性
• 电解质溶液也具有：溶液的蒸汽压下降, 沸点上升,凝固点下降和溶液渗透压的通 性 • 拉乌尔定律不适用于电解质溶液, 电解质 在溶剂中发生离解，溶液中溶质粒子的实 际数量应为溶质浓度的i倍。 • 可用依数性定律进行估算。
eq


eq
( Ac , aq ) / C }



( H Ac, aq ) / C
Ka越大，平衡时CH+越大，即该酸的酸性越强
3.2.1 酸和碱在水溶液中的解离平衡 由于C=1 mol· -3,一般在不考虑Ka的单 dm 位时，可将上式简化为：
K a (HAC ) C
eq
(H ) C C
蒸发是吸热过程。 • 凝聚：蒸气分子撞到液面，被液体分子所吸引而 重新进入液体中，这个过程叫做凝聚。 凝聚是放热过程。
3.1.1 非电解质溶液的通性 蒸气压:当凝聚的速率和蒸发的速率达到相等时，液 体和它的蒸气就处于平衡状态，此时，蒸气所具有的压 力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。简称蒸气压。 以水为例，在一定温度下达到如下相平衡时： H2O（l）

-6
≈ 7.52 × 10 − 6 mol . − 3 dm
因此，
pH ≈ − lg(7.52 × 10 ) = 5.12
三
一元弱碱的电离平衡
以弱碱NH3为例：
NH 3(aq) + H 2O(l ) = NH 4 (aq ) + OH −(aq )
+
定义解离常数为：
K ⋅ c eq(OH − ) = c eq(NH )
HAc(aq ) ⇔ H (aq ) + Ac (aq )
向左移动，因此降低了HAc的解离度。
再如，向NH3水溶液中加入少量的NH4Cl晶 体，由于溶液中NH4+的浓度增大，平衡
NH 3(aq ) + H 2O(l ) ⇔ NH 4 (aq ) + OH (aq )
向左移动，因此降低了NH3的解离度。
(7.5 × 10 − 6 )
pH ≈ − lg(1.3 × 10 ) = 8.9
四
多元弱酸的电离平衡
它们的解离特点是： 如：H2S、H2CO3、H3PO4等，它们的解离特点是： 、 分步解离
H2S(aq) H+ (aq) + HS–(aq)
K a1
HS- (aq)
c eq(H + ) ⋅ c eq(HS − ) = = 9.1 × 10- 8 c eq(H 2S )
（3）渗透压 ）
是否与理想气体 方程一样？ 方程一样？
反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压 力可使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。 反渗透可用于溶液的浓缩、污水处理和海水的淡化。
P
渗 透
反渗透
3.1.2 电解质溶液的通性
与非电解质的稀溶液的相同点： 与非电解质的稀溶液的相同点：

• 过滤——沉淀——用 活性炭除异味，去颜 色——消毒。在自来水 管传递过程中有可能 出现二次污染，所以 饮用时要煮沸杀菌， 而且还要用干净的杯 子饮用。
每年的3月22日是世界水日 每年的4月22日是世界地球日 每年的6月5日是世界环境日
完
小组成员：谭思圆 钱俪婷 金玮琳 王煜褀 黄云霞 吴洁莹
3． 加强公民的环保意识
改善环境不仅要对其进行治理，更重 要的是通过各方面的宣传来增强居民 的环保意识。居民的环保意识增强了。 破坏环境的行为就自然减少了
4、实现废水资源化利用
5．家用水的净化
• 随着经济的发展， 工业的废水排放量还 要增加，如果只重视 末端治理，很难达到 改善目前水污染状况 目的，所以我们要实 现废水资源化利用。
水污染的危害
日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁， 成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据 世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有80%是 因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水 至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作"世界 头号杀手"。
水体污染影响工业生产、增大设备腐蚀、影响产品 质量，甚至使生产不能进行下去。水的污染，又影响人民生
中国水污染现状
1. 水资源的污染：人口数量的几何增长、现代工业废 水的乱排乱放、城市垃圾、农村农药喷洒等等，造成本 来已是极少的淡水资源加剧短缺，无法为人所用。据统 计，目前水中污染物已达2千多种主要为有机化学物、 碳化物、金属物，其中自来水里有765种（190种对人体 有害，20种致癌，23种疑癌，18种促癌，56种致突变： 肿瘤）。在我国，只有不到11%的人饮用符合我国卫生 标准的水，而高达65%的人饮用浑浊、苦碱、含氟、含 砷、工业污染、传染病的水。2亿人饮用自来水，7000 万人饮用高氟水，3000万人饮用高硝酸盐水，5000万人 饮用高氟化物水，1.1亿人饮用高硬度水。

能抵抗少量外来强酸或强碱加入保持溶液的pH 值基本不变的溶液叫做缓冲溶液. 2. 缓冲原理
以HAc-NaAc系统为例，
100℃时，饱和蒸气压为101.325kPa。
(2) 蒸气压下降
往溶剂(如水)中加入一种难挥发的溶质，使它溶 解而生成溶液时，溶剂的蒸气压力便下降。同一温 度下，纯溶剂蒸气压力与溶液蒸气压力之差叫做溶 液蒸气压下降。
（3）拉乌尔定律（Raoult’s law） 在一定温度下稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸
但是，稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的 定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。
因为在浓溶液中，溶质微粒之间的相互影响以及 溶质微粒与溶剂分子之间的相互影响大大加强。这 些复杂的因素使其对稀溶液定律的定量关系产生了 偏差。
在电解质溶液中，由于电解质的解离，溶液中溶 质粒子数增加，其凝固点下降数值比相同浓度(m)的 非电解质溶液的凝固点下降数值要大。
例题5 向1.0L浓度为0.10mol.L-1的HAc溶液中 加入0.10mol的NaAc(s)，溶液的pH变化多少？ （已知Ka＝1.8×10-5） 解： 1.0L 0.10mol.L-1的HAc溶液的pH
c(H+) K ac1.8 1 50 0.1 0 1.3 1 3 30
p H(1)=2.87 加入0.10molNaAc(s)后，设H+浓度为x
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
平衡浓度 0.10-x x 0.10+x
Ka(HA )cce
q(H)ce q(Ac) ceq(HA ) c
1.81 05x(0.10 x) 0.10 x
∵ x很小，0.10+x≈0.10，0.10-x≈0.10 ∴ x＝1.8×10-5

d区元素的两性现象与氧化态有关
第一过渡系元素 氧化物酸碱性与氧 化态之间的关系
（主要显酸性的氧
化态用红色表示， 主要显碱性的氧化
态用蓝色表示，绿
色覆盖的氧化态表 示显两性） 。
Question 4
根据传统的定性分析方案，将金属离
子的溶液氧化再加入氨水使pH升高，
此时 Fe2+、Ce3+ 、Al3+ 、Cr3+ 和 V3+以氢氧化物形式 沉淀下来.加入 H2O2 和 NaOH 后，Al、Cr 和 V 的
n
Q = Ksp 处于平衡状态，为饱和溶液； Q > Ksp ，沉淀析出，为过饱和溶液； Q < Ksp 是不饱和溶液，沉淀将继续溶解
二、沉淀溶解平衡的应用 1. 同离子效应 弱电解质 a 降低 降低
难溶电解质 S
在难溶电解质的饱和溶液中，加入含有相 同离子的强电解质，使难溶电解质的溶解度降 低的用。
一、难溶强电解质的沉淀溶解平衡
在一定温度下，难溶的强电解质溶于水成为饱和溶液时，难溶
电解质的固体和溶解于水的离子间建立动态平衡，这是一个多 相平衡，称为沉淀溶解平衡。
§3.3难溶强电解质的多相离子平衡
一、难溶强电解质的沉淀溶解平衡
在一定温度下，难溶的强电解质溶于水成为饱和溶液时，难溶
电解质的固体和溶解于水的离子间建立动态平衡，这是一个多 相平衡，称为沉淀溶解平衡。
θ Ka
HBr
368 109 < >
HCl
HF
160.9 > 141.4 > 127.4 > 91.7 297 < 1011 > 431 < 569 107 > 3.5×10-3