稀溶液中溶剂的化学势及其在依数性上的应用
稀溶液的依数性及应用1303230018 罗健

稀溶液的依数性及其应用姓名:罗健学号:1303230018班级:新能源材料与器件摘要在物理化学学习中,稀溶液的依数性及其应用是不可缺少的部分。
本文对稀溶液的依数性进行了较全面的论述, 并阐述了稀溶液的依数性的应用。
在一定的温度和压力下,将某一难挥发性非电解质溶于溶剂中组成稀溶液时,相对纯溶剂而言,就会产生稀溶液的蒸气压降低、凝固点降低、沸点升高、渗透压等现象。
它们数值的大小,只与溶液中所含溶质粒子的浓度有关,而与溶质本身的性质无关,所以称它们为稀溶液的依数性。
我们讨论稀溶液的依数性一般从溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升高和凝固点下降以及溶液的渗透压三个方面考虑。
关键词:稀溶液的依数性蒸汽压熔沸点渗透压一、相关现象1沸点升高沸点是指液体(纯液体或溶液)的蒸气压与外界压力相等时的温度。
如果未指明外界压力,可认为外界压力为101.325 kPa。
对于难挥发溶质的溶液,由于蒸气压下降,要使溶液蒸气压达到外界压力,就得使其温度超过纯溶剂的沸点,所以这类溶液的沸点总是比纯溶剂的沸点高,这种现象称为溶液的沸点升高,溶液浓度越大,沸点升高越多。
2凝固点下降凝固点是物质的液相和固相建立平衡的温度。
达到凝固点时,液、固两相的蒸气压必定相等,否则两相不能共存。
纯水的凝固点为273.16 K(0.009 9℃),这时水和冰的蒸气压均为610.6 Pa(4.58 mm Hg)。
溶液凝固点是指从溶液中开始析出溶剂晶体时的温度。
这时体系是由溶液(液相)溶剂(固相)和溶剂(气相)所组成。
对于水溶液,溶剂固相即纯冰。
由于溶液蒸气压下降,当273.16 K时,冰的蒸气压仍为610.6 Pa,而溶液蒸气压必然低于610.6 Pa,这样,溶液和冰就不能共存,只有在273.15 K以下的某个温度时,溶液蒸气压才能和冰的蒸气压相等,这时的温度才是溶液的凝固点,所以溶液的凝固点总是比纯溶剂的低,这种现象称为凝固点下降。
溶液浓度越大,蒸气压下降越多,凝固点下降也越多。
理想稀溶液溶剂和溶质的化学势溶剂

lim x 1
x 1
E
• x, i 为组分 i 对 Raoult 定律的
偏差校正(不论溶质或溶剂)
G RT ni ln x , i
i
E i
RT ln x , i
1、正规溶液
SE = 0
E
将 G RT n i ln i 代入上式:
G S ( ) p 0 T
B = B*+ RT ln a x, B
假想态
亨利定律稀溶液:pB = kmmB
非理想 : pB = kmmB m,B
B = B + RT ln (mBm,B / m)
= B (T, p) + RTln am,B
m am m m
m0
lim m 1
四、超额函数
• 考虑一般的非理想液态混合物
• 衡量实际液态混合物的非理想程度
• 定义为实际非理想液态混合物混合过程 中热力学函数的变化值与理想液态混合 物变化值的差值 • 用XE表示,XE = mixXre mixXid
• 已知:理想溶液
mix V 0
id
mixH 0
id
(iii)渗透压:
RT ln aA = Vm*(A) P
3. 由 Gibbs-Duhem 公式,从溶质 (或溶剂) 的
活度因子求溶剂 (或溶质) 的活度因子 • 二组分T,p一定: xA d A + xB d B = 0
xA d ln aA + xB d ln aB = 0
d ln x , B
mixS R n i ln x i
id
mixG RT n i ln x i
稀溶液依数性

仪器:温度计、烧杯、搅拌 器、滴定管等
实验步骤与操作
准备实验器材:烧杯、温度计、搅拌器、 滴定管等
配置稀溶液:按照一定比例配制不同浓 度的稀溶液
测量溶液温度:将溶液搅拌均匀后测量 其温度
滴定操作:将标准溶液滴加入稀溶液中 记录滴定数据
数据处理与分析:根据实验数据分析稀 溶液依数性的规律
实验结果与分析
在制药行业中稀溶 液依数性对于药物 的提取、分离和纯 化等过程具有重要 影响利用稀溶液依 数性可以提高药物 的纯度和收率。
稀溶液依数性在生物学中的应用
渗透压调节:稀 溶液中的溶质分 子可以影响细胞 的渗透压进而影 响细胞的吸水和 膨胀。
物质运输:稀溶 液中的溶质分子 可以影响物质的 跨膜运输例如葡 萄糖和氨基酸在 血液中的运输。
实验数据:测量 了不同浓度溶液 的蒸气压、凝固 点、沸点等数据
结果分析:通过 数据分析验证了 稀溶液依数性与 浓度之间的关系 得出了依数性的 规律
实验结论:实验 结果与理论预测 基本一致进一步 证实了稀溶液依 数性的存在
实验意义:实验 验证了稀溶液依 数性的理论为进 一步研究溶液性 质提供了实验依 据
添加标题
实例分析:以氯化钠为例 氯化钠溶于水后水分子的 偶极受到氯离子和钠离子 的静电吸引作用导致水分 子的偶极方向发生变化从 而影响了溶液的蒸气压、
沸点、凝固点等性质。
稀溶液依数性与溶剂性质的关系
溶剂的种类对稀溶液依数性有影响不同溶剂的稀溶液依数性不同。 溶剂的浓度对稀溶液依数性有影响溶剂浓度越高稀溶液依数性越明显。 溶剂的分子极性对稀溶液依数性有影响分子极性越强稀溶液依数性越明显。 溶剂的粘度对稀溶液依数性有影响粘度越大稀溶液依数性越不明显。
添加副标题
物理化学Ⅱ4.4+溶液体系热力学(四)-稀溶液的依数性(沈伟)+2

Tb = kbmB
Tb = kb mB (分子形式有变化)
kb= RTb剂2 MA/ lgHAm(Tb剂)
求 MA,MB
——只与A有关,与B性质无关 ——Tb越大,l,gHAm越小, Tb 越大。
物理化学II
5
溶液体系热力学
稀溶液及其性质
A,g - A,l = -RTb液ln(yA/ xA)
yA=1,xA + xB = 1
A,g- A,l = RTb液ln xA = RTb液ln(1- xB)
ln(1- xB) = (A,g- A,l)/RTb液= lgGAm(Tb液) /RTb液
2
溶液体系热力学
稀溶液及其性质
热力学分析 假设
(1)溶质不挥发,气体中仅有
溶剂: Ag = Ag*(T, p)
(2)溶质不凝固,固体中仅有
溶剂: As = As*(T, p)
(3)液体中既有A, 也有B:
Al = A*(T, p) + RT ln xA
2019/10/15
物理化学II
3
常用溶剂的 kf 值有表可查。用实验测定Tf 值,
查出 kf,就可计算溶质的摩尔质量。
2019/10/15
物理化学II
12
溶液体系热力学
稀溶液及其性质
凝固点降低效应是抗冻剂的作用基础
最 常 用 的 抗 冻 剂 是 乙 二 醇 ( 沸 点 197℃ , 凝 固 点 17.4℃)。等体积乙二醇和水组成的溶液,其凝固 点为36℃。采用乙二醇作抗冻剂是出于它具有高 沸点、高化学稳定性、以及水从溶液中结出时形成 淤泥状而不是块状冰等优点。
稀溶液依数性

25
对于难挥发、非电解质稀溶液 ∵ c(B)≈b(B)
∴ Δ p= Δ Tb= Δ Tf =π= b(B)
K蒸 Kb Kf RT
如果溶质是电解质,由于溶质分子解离产生更
多的粒子,增大了对溶液依数性的影响
不同电解质其解离的粒子数(即离子数)不同,对
溶液依数性的影响也不同。
强电解质较弱电解质影响大
分子中含离子较多的电解质比含离子较少的电解
△Tf = Tfo -Tf = Kf b(B) 原因:溶液的蒸气压下降。
几种溶剂的Kb和Kf值(K·kg·mol-1) p17
整理版ppt
14
2.4 溶液的渗透压
液面下降
纯水
糖水
液面上升
扩散方向:纯水 半透膜
糖水
半透膜的作用:选择性地让一部分物质通过(只
许溶剂分子通过,溶质分子不能通过)。
初始:溶剂分子扩散速度
20
例:人体血的渗透压为709.275kPa, 人体温度为37℃。
试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液的w是多少?(设
葡萄糖溶液密度是1.01g.ml-1;葡萄糖的分子摩尔质量
M为180g.mol-1)。
解:∵ π = c(葡) RT ∴ c = π/RT
c(葡) = 709.275/8.314×(273.15+37)
373K
T
溶剂的凝固点整理下版pp降t 示意图
12
溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tfo 。
同理,根据拉乌尔定律,可得 △Tf = Kf b(B) = Tf* - Tf
原因:溶液的蒸气压下降。
整理版ppt
13
2.3 溶液的凝固点下降
溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tfo 。 同理,根据拉乌尔定律,可得:
稀溶液中溶剂的化学势及其在依数性上的应用

稀溶液中溶剂的化学势及其在依数性上的应用
溶剂的化学势是指溶剂在溶解过程中发挥的化学效用和作用。
在稀溶液中,主要是使溶质
分解,溶质的分子或离子增加,因而改变溶液的溶解度、溶解历史和pH值等。
溶剂的化学势可分为两大类:溶剂性化学势和抑制性化学势。
溶剂性化学势,它是指溶剂
在溶解过稀物质时所耗费的体系能量,一般来讲,溶剂是有能力溶解其他物质的物质,最终能够消费被溶质的能量。
抑制性化学势,它是指溶剂会降低溶解剂分子间的反应能力,从而阻碍其溶解过程。
在依数性上,溶剂的化学势具有重要的应用。
溶剂性化学势的性质决定了其在制备稀溶液时的应用。
比如:溶液的添加可增加溶质的溶解度;可改善药物的可溶性;可有效改善生物制剂的生物利用度;可提高显著的酸碱力等。
此外,抑制性化学势也可以用于控制溶解剂分子间的反应。
它可以用来抑制稀溶液中溶剂分子间的反应,从而调节溶质的溶解程度,从而提高溶液的疏水性和稳定性,并有效抑制溶质的沉淀和水解反应。
总之,溶剂的化学势在稀溶液中起到十分重要的作用,对于制备各种稀溶液具有重要的应用价值。
它可以调节溶质的溶解度和抑制溶质的水解反应,为生物制剂的生物利用度、酸
碱力的进一步提高提供可靠的技术保证。
5-04、5稀溶
B
渗透因子性质:
å j lim b ®0
B
= 1
② 溶质的化学势
对于溶质 B,在温度 T,压力 p下真实溶液中化学势的 表达式规定为
¥ mB(溶质 ) = mB(溶质 ) + R T lna B + ò $ V B (溶质 )dp
$
p
p
mB(溶质) = mB(溶质) + R T ln ( g BbB b
$ $
$
)
用 cB 作为组成表示:
¥ mB(溶质 ) = mc , B(溶质) + R T ln a c , B + ò $ V B (溶质 )dp
$
p
p
mB(溶质 ) = mc , B(溶质 ) + R T ln (y Bc B c
$
$
)+ òp
p
¥ V dp $ B(溶质 )
y B = a c ,B
标准化学势及化学势表达式不同,但对于同一溶液, 在相同条件下其化学势的值是唯一的。
4. 溶质化学势表示式的应用举例 — 能斯特分配定律
b B (a ) mB (a ) = (a ) + R T ln $ b bB ( b ) $ mB ( b ) = mB ( b ) + R T ln $ b
$ mB
A(s)
kf = 1.86 K kg mol-1 kb = 0.52 K kg mol-1
Π cB RT
应用:测溶质的摩尔质量
bB nB mB / M B mA mA
μA(l) Tf Tf Tf* Tb
μ*A(l)
μ*A(g) T
S T p
拉乌尔定律和亨利定律的适用范围为稀溶液
§ 3⋅7 稀溶液拉乌尔定律和亨利定律的适用范围为稀溶液,只要浓度足够稀(但确有某些溶液在相当浓的范围),溶剂符合拉乌尔定律,溶质符合亨利定律的溶液称为稀溶液。
一、各组分的化学势溶剂服从拉乌尔定律,气液平衡时液相中溶剂A 的化学势μA 与气相中A 的化学势μA g相等,此时气相中A 的分压p A 为溶剂的蒸汽压,有μμμμθθθθA A gA A A A A T RT p p T RT p x p ==+=+()ln /()ln /*=+μA A T p RT x *(.)ln (3—78)其中μμθθA A A T p T RTp p **(.)()/=+稀溶液中的溶剂与理想溶液中各组分有相同的化学势的表示式。
μA T p *(.)是T.p 时纯液体A 的化学势。
通常选择标准态的压力为p θ(101.325kPa),标准态化学势μθA T p *(.)与μA T p *(.)偏离不会很大。
稀溶液的溶质符合亨利定律,亨利定律有三种不同的表示式,稀溶液的溶质化学势亦有三种不同的表示式。
溶质在气液两相达到平衡,有μμμμθθθθB B gB B B x B T RT p p T RT k x p ==+=+()ln /()ln /=+μB B T p RT x *(.)ln (3—79)式中μμθθB B x T p T RT k p *(.)()ln /=+由式(3-79),当x B =1,即纯液体B 时,μμB B T p =*(,)。
但式中的μB T p *(,)并不是纯液体B 的化学势,因为当x B =1时,亨利定律已不适用,式(3-79)不能扩展应用在X B 接近于1的浓度范围。
μB T p *(.)是x B =1,满足亨利定律p B =k x x B 的假想态的化学势,即图(3.5)中R 点表示的状态。
x B =1,溶质已不服从亨利定律,故R 点是假设服从亨利定律,外推得到的假想态,此时溶质所处真实的状态在W 点处。
稀薄溶液热力学
三 稀溶液的依数性
3. 凝固点降低
pA
O*
BO
定外压
C
D
溶液凝固只析出 纯溶剂时,凝固 点降低是稀溶液 蒸气压下降的必 然结果。
Tf Tf*
T
溶剂凝固点下降示意图
三 稀溶液的依数性
3. 凝固点降低 而一形定成压稀力溶下液,(aA纯,2=溶xA剂→A1凝),固凝点固T温f 度。记若为加T入f 少量溶质
p/Pa
(浓度为质量摩尔浓度)
同温度T、压力为1 p ,
bB=b =1mol • kg-1,
p
并表现为无限稀薄溶液特
性(服从Henry定律:
pB=bBkb)时,溶质B的假 想状态。
0
pB kbbB
溶质标准态
S
实际曲线
1.0 bB/ (mol•kg-1)
溶液中溶质的标准态 (浓度为质量摩尔浓度)
三 稀溶液的依数性
2. 蒸气压下降
对于二组分稀溶液,加入非挥发性溶质B以后, 溶剂A的蒸气压会下降。
p pA* pA pA* xB
这是造成凝固点下降、沸点升高和渗透压的根本原因。
三 稀溶液的依数性
3. 凝固点降低 什么是凝固点? 在大气压力下,纯物固态和液态的蒸气压相等, 固-液两相平衡共存时的温度。 稀溶液的凝固点是指:溶剂和溶质不形成固溶体 时,纯溶剂固-液两相平衡共存的温度。
ax (Br2) = 0.3395 。
例3-4 P83
③当由x (Br2)=0.2变化到x (Br2)=0.6时的化学势的改变值 Δμ= RT ln (a2/a1)
将该系统作为液体混合物处理: Δμ= 8.314×298.15 ln (0.6543/0.3392) = 1.624 kJ mol-1 。
化学综述--稀薄溶液的依数性在生活上的应用
稀薄溶液的依数性在生活上的应用姓名:袁信涛牛昊东班级:16级2班学号:201680081201680093摘要:以非挥发性溶质形成的稀溶液,其饱和蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等性质只与溶质的分子数量有关而与其种类无关,这些性质称为稀溶液依数性。
当溶质是电解质或非电解质溶液浓度大时,依数性性质将发生偏离。
关键词:稀溶液、依数性、蒸汽压力下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压。
前言:稀薄溶液的依数性描述了稀溶液性质比起所对应纯溶剂性质的一类特殊变化,是多组分系统中化学势随组分数而表现出来的自身变化规律。
在讨论稀溶液依数性时,要牢牢把握形成稀溶液的溶质和溶质本性是不能发生改变的,即溶质分子在形成溶液后不能形成聚合物或水解物。
稀溶液依数性非常贴切人们的生产和生活实践,可以解释我们身边的很多自然现象和自然规律。
In chemistry, colligative properties are properties of solutions that depend on the ratio of the number of solute particles to the number of solvent molecules in a solution, and not on the type of chemical species present.[1] The number ratio can be related to the various units for concentration of solutions. The assumption that solution properties are independent of the nature of solute particles is only exact for ideal solutions, and is approximate for dilute real solutions. In other words, colligative properties are a set of solution properties that can be reasonably approximated by assuming that the solution is ideal.Here we consider only properties which result from the dissolution of nonvolatile solute in a volatile liquid solvent. They are essentially solvent properties which are changed by the presence of the solute. The solute particles displace some solvent molecules in the liquid phase and therefore reduce the concentration of solvent, so that the colligative properties are independent of the nature of the solute. The word colligative is derived from theLatin colligatus meaning bound together.Colligative properties include:1.溶液的蒸汽压力下降1.在密闭条件中,在一定温度下,与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
X : /1 M ∑b A 1 + s ( )
于是得 出以 b 为组成变 量 的拉 乌尔定律 :
P p/1 M ∑b = :( + B )
得:
A 1 = () Ag ( ) =
( 4 )
在一定 温度 、 压力 P下 , 当液 ()气 ( ) 相平衡 时 , ( = ( , 1、 g两 ^】 Ag 根据 气体 化学势 公式 , ) )
对溶剂 的化学势表达
式却仍选用溶剂的摩尔分数 作为溶液的组成变量。 本文导 出以溶 质 的质量摩 尔浓度 b 组成变 量 的理想稀 溶液 中溶剂 的化学 势表 达 式 , 为 并
从此 式 出发 , 推导 出理想 稀溶 液的依数 性 。
1 理想稀 溶液 中溶剂和 溶质 的化学 势
采用 与推导 理想液 态混合 物 中任 一组分 化学 势表 达式相 同 的方 法 , 先从 拉乌 尔定律 :
p=A ^ P ^ () 3
出发 。但 是 , 了使溶 液 的组 成变量 以 b 为 表示 , 先要进 行 与 b 之 间 的变换 。 。
48
若几种 溶质 B溶 于溶 剂 A中 , : 有
X = ( +∑n) , n n A / B
将n =m / ( 为溶剂 的质量 , 为溶剂 的摩尔质 量 ) M m 代人 上式 , 再根据 b 。=n/ 经 整 m ,
物, 混合物的组成变量选作摩尔分数 ; 若热力学上对溶剂 A和溶质 B按不 同的方法处理 , 则 称 之为溶 液 , 液的组成 变量 选作溶 质 的质 量摩 尔浓度 b l 。 溶 1 J
长期 以来 , 物理化学 、 化学 热力学 的书籍 中 , 出液 态溶液 中溶剂 A 的化 学势 表达式 为 : 给
( 9 )
式 为 限 释 液 溶 的 摩 体 ;常 下上 ≈ ,近 有 中 无 稀 溶 中 质B 偏 尔 积在 压 。 0故 似 :
/ ( xB 溶质)= B 质 + Tn b/ 。 o 溶 ) R I( Bb ) (
() 2
可见 , 对溶剂 A的化学势表 达式 ( )~() 6 8 及溶质 B的化学 势表达 式 ( ) ( ) 以溶质 B的质 9 、2 均
为纯液态 溶剂 A在温 度 、 标准 压力 P 。下 的化学势 ,
A I ()
为纯液态溶剂 A在温度
下 的摩尔体积 。故最 后得 出在 温度 、 压力 P下的理想 稀溶液 中溶剂 A的化 学势 为 :
f ,d R 6 。川 p T B )— M
在 压 , D 川d ,近 有: 常 下 因J ) 0 似 。 p 故 ,
A) RIJ i) ( + T ( / ) R1 1 M ∑6 ( + T ( / = A RIp p 一 T ( + A B g nP , Ae o g ) n;e n )
o
式 中 0 )+RTnp /。 = l(;p )
为纯液态溶 剂 A在溶 液温度 、 压力 P下 的化学势 , 有 : 故
‘ 1 = A( ) 0 A
( 7 )
() 8
(一 T A B 1 RM ∑b )
式 ( )~( ) 6 8 即理 想稀溶 液 中以溶 质 的质 量摩尔 浓度 b 为组成变 量的溶剂 A的化学势 。 对 比溶质 B的化 学势公 式
O
)
』 +T(/) 。 RI6b nB。
为组成变量的拉乌尔定律在一定温度压力下当液气两相平衡时批根据气体化学势公式得卢氛弘基酣一式中氛为纯液态溶剂在溶液温度压力下的化学势故有弘如一一莘当溶液很稀即一时因
第2卷 第5 3 期
大 学 化 学
28 0 0 年1月 0
稀 溶 液 中溶剂 的化 学 势 及 其在 依 数 性 上 的应 用
在 2 世纪麦格拉申著的《 O 化学热力学》 中, 出了以溶质的质量摩尔浓度 b 作为溶液 给
组成 变量 的溶剂 A 的化 学势表 达式 。进入 2 世 纪 , 1 已有一 些物理 化学教 材 对溶 剂和 溶质
的化学势的表达式采用 6 作为溶液 的组成变量; 但是更多的教材 l
量摩尔 浓度 b 作为组 成变量 。
上 面是从 以 b 为溶液组 成变量 的拉乌 尔定律推 导溶剂 的化学势 。实 际上 , 因为组 成为
的理想稀 溶液 中溶剂 的化学势 与组成为 的理想液 态混合物 中任一组 元 的化学 势是相 同的 ,
(= 1 ) + Tn A Rl x () 1
溶 质 B的化 学势表达 式为 :
B 溶质 ) = B ( 0
(质 + Tn b/ e 溶 ) R I( Bb )
() 2
可见 , 同一溶液 , 对 溶质 化学势 中 的组 成变量 为该 溶 质 的质量 摩尔 浓 度 b , 而溶 剂化 学 势 中的组 成变量 却为溶 剂 的摩 尔分 数 。于是 造成 同一 溶液 中溶剂 和 溶 质 的化 学 势 表达 式 中 采用 了两种不 同 的组 成变量 。
^ l= ( I )
一 T (+ A RI1 M ∑b n )
() 5
当溶液很稀, ∑6《 1 因l( + B 即 时, n1 M ∑b)
) =
因为
= - )
∑ b) 故近似有: s,
() 6
一 T ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ RM ∑b
』 …d 。 1 . p
,
式中
王 正 烈
( 天津大学理学院化学系
天津 30 7 ) 00 2
摘 要 长 期 以来 , 溶液 中溶 剂 A 的化学 势 为 ^)= 稀 ( 1
+ n眦 溶 质 B的化 学 势 为 ,
B 质 = 溶 ) R I( Bb ) 两式使用 了不 同的组成变 量 : 剂的摩 尔分数 A 溶质 的质量摩 ( ) 质 + Tn b/ 。 , 藩 溶 ,
尔浓度 b 。按规定 , 液的组成变量应选用 b , 溶 e 故本 文介绍 了导 出理想稀 溶液 中 ^1 ( )=P ,1 A )一 (
RM ∑b的 法, 从 式 发 导出 溶 的 数 。 T 方 并 此 出 推 稀 液 依 性
B
在讨 论多组元 单相 系统 时 , 若热 力学上 对其 中各组元 均按 相 同的方法处 理 , 称之 为混合 则