4.1水分子的结构和冰 水分子的极性和氢键 第4章奇妙的水分子和水资源二 上街工限 水的结构和性质 水的性质 相对湿度 ·水的蒸发热大： 40.67kJmo11(101.3kPa) ·蒸发和凝聚平衡一该液体的蒸气在整个气 ·水的等压热容： 相混合物中的分压等于该液体的平衡（饱和） 75.30Jm01-1-1 蒸汽压。 ·水的沸，点：100℃ ·相对湿度—一定温度下实际测得的空气 ,密度反常：4℃为最大 中水的分压与水的平衡（饱和）蒸汽压P: 根据温度查表)的相对比值。 良好的溶剂：极性，氨健 RH =(p/p)x100% Hydrogen -Oxygen 相对湿度为100%— 空气中的水的分压等于水的平衡分压 举例 物质的三相及其变化 例4-1：已知某一天空气的相对湿度为57%，温度为25℃，清问 此时空气中水的分压为多少？ 查D98表，水在25℃时的地和蒸汽为3.167kPa,40℃时的他和蒸汽 为7.38kPa. Solid Liquid Critical point、 RH=(P1Pg)×100%=(P/3.167)×100%=57% Melting point. P1.805kPa curve 25C空气中水的分压为1.805kPa Condensation RH=(P/P)×100%=(P/7.376)×100%=57% P本4.204kPa 40℃空气中水的分压为4.204kPa -Triple point Gas ”*=P水 想一想 P空 oposition 桑拿为什么网缺氧？为什么夏天的雨天叫桑拿天？ Temperature (C)
第4章 奇妙的水分子和水资源 上海交通大学化学化工学院 大学化学教研室 第 4章奇妙的水分子和水资源 水分子的极性和氢键 4.1水分子的结构和冰 第 4章奇妙的水分子和水资源 水的性质 • 水的蒸发热大： 40.67 kJ·mol-1(101.3kPa) • 水的等压热容： 75.30 J·mol-1·K-1 • 水的沸点：100℃ • 密度反常：4℃为最大 • 良好的溶剂：极性，氢键 水的结构和性质 第 4章奇妙的水分子和水资源 相对湿度 • 蒸发和凝聚平衡——该液体的蒸气在整个气 相混合物中的分压等于该液体的平衡(饱和) 蒸汽压。 • 相对湿度——一定温度下实际测得的空气 中水的分压与水的平衡(饱和)蒸汽压(Peq: 根据温度查表)的相对比值。 ( / ) 100% RH p p = eq × 相对湿度为100%——空气中的水的分压等于水的平衡分压 第 4章奇妙的水分子和水资源 举例 • 例4-1：已知某一天空气的相对湿度为57%，温度为25°C，请问 此时空气中水的分压为多少？ • 查p98表,水在25°C时的饱和蒸汽为3.167kPa,40°C时的饱和蒸汽 为7.38kPa. ( / ) 100% =( / 7.376) 100%=57% RH P P P =× × eq ( / ) 100% =( / 3.167) 100%=57% RH P P P =× × eq 25°C空气中水的分压为 1.805kPa •桑拿为什么闷(缺氧)? 为什么夏天的雨天叫桑拿天? 想一想 P水=4.204kPa P 水=1.805kPa 40°C空气中水的分压为 4.204kPa n p n p = 水 水 空 空 第 4章奇妙的水分子和水资源 物质的三相及其变化
水的相图 Water boils at 71'C 固 液 2.18 临界点 态 1.00 沸点 第一章 0.00603 三相点 .! 0.000.0 100.0 374 温度/C 溶液的浓度 4.5稀溶液的依数性 ·重量百分比浓度： 依数性：溶液的某些性质主要取决于所含 溶质的质量 溶质的粒子数而与溶质的本性无关。 W%= -×100% 溶质的质量+溶剂的质量 难挥发非电解质稀溶液的依数性： ·体积摩尔浓度： ·蒸气压下降 C= 溶质的摩尔数 溶液的体积 -mol dm3) ·沸，点升高 质量摩尔浓度： ·凝固点（冰点）下降 m三 溶质的摩尔数(m01Ikg) ·渗透压 每g溶剂 4.5稀溶液的依数性 拉鸟尔定律(Raoult'gLaw) 4.5.1稀溶液的蒸气压下降 一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气 蒸气压下降：溶液比纯溶剂蒸气压下降 压下降与溶质的摩尔分数成正比，而和溶质 的本性无关。 4p= nAp° na+nB △D:溶液的蒸气压下降 P:纯溶剂的蒸气压 :溶质的物质的量 g:溶剂的物质的量
第 4章奇妙的水分子和水资源 第 4章奇妙的水分子和水资源 水的相图 第 4章奇妙的水分子和水资源 溶液的浓度 • 重量百分比浓度： • 体积摩尔浓度； • 质量摩尔浓度： % × 100 % + = 溶质的质量 溶剂的质量 溶质的质量 w （ ） 溶液的体积 溶质的摩尔数 3 C = mol / dm m mol kg / kg = 溶质的摩尔数（ ） 每 溶剂 第 4章奇妙的水分子和水资源 依数性：溶液的某些性质主要取决于所含 溶质的粒子数而与溶质的本性无关。 • 蒸气压下降 • 沸点升高 • 凝固点（冰点）下降 • 渗透压 难挥发非电解质稀溶液的依数性： 4.5稀溶液的依数性 第 4章奇妙的水分子和水资源 蒸气压下降：溶液比纯溶剂蒸气压下降 4.5.1稀溶液的蒸气压下降 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.5 稀溶液的依数性 一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气 压下降与溶质的摩尔分数成正比，而和溶质 的本性无关。 拉乌尔定律(Raoult’s Law) 0 p n n n p A B A + Δ = Δp: 溶液的蒸气压下降 P0: 纯溶剂的蒸气压 nA: 溶质的物质的量 nB: 溶剂的物质的量
4.5稀溶液的依数性 举例 例5-1已知100℃时水的蒸气压为101.3kPa, 溶解3.00g尿素[C0N阳，)，]于100g水中，计算该 溶液的蒸气压。 dilute 解：nrca=3.00/60.0=0.05mol nwatcr=100.0/18.0=5.55mol B Initially At a later time △p=- nurea 0.05 ×1013=0.904kPa rea+nwater 0.05+5.55 。 密闭容器中会发生什么？ p=p°-△p=101.3-0.904=100.4kPa 蒸气压随温度的变化 4.5.2稀溶液的沸点升高和凝固点下降 流点：当液体的蒸气压等于外界的压力时，液体就会 ·水的蒸气压 冰的蒸气压 产生沸腾现象，这时的温度称为沸点。 凝围点：当国体的蒸气压等于外界的压力时，这时的 温度称为凝围点。 农气 围变K) 稀溶液时： 4.5稀溶液的依数性 2008南方大面积冰雪灾害 △T沸=K瑞m 贸 △T凝=K凝·m 成 溶液的质量摩尔浓度 【*:沸点上升常数 : 凝固点下降常数 一些溶剂的凝固点下降常数和沸，点上升常数 溶剂凝周点（℃K(K-kg-mol沸点(C)K.K-kg-mol 乙酸 17 3.9 118.1 2.93 苯 5.48 5.12 80.2 2.53 氯仿 635 4.68 62.3 3.63 80 6.8 水 0 1.86 100.0 0.51
第 4章奇妙的水分子和水资源 4.5 稀溶液的依数性 例5-1 已知100℃时水的蒸气压为101.3kPa， 溶解3.00g尿素[CO(NH2)2]于100g水中，计算该 溶液的蒸气压。 解： nurea＝3.00/60.0＝0.05 mol nwater＝100.0/18.0＝5.55 mol 举例 0 p n n n p urea water urea + Δ = p = p − Δp 0 101.3 0.904kPa 0.05 5.55 0.05 × = + = = 101.3− 0.904 = 100.4kPa 第 4章奇妙的水分子和水资源 • 密闭容器中会发生什么？ 第 4章奇妙的水分子和水资源 蒸气压随温度的变化 • 水的蒸气压 冰的蒸气压 第 4章奇妙的水分子和水资源 沸点：当液体的蒸气压等于外界的压力时，液体就会 产生沸腾现象，这时的温度称为沸点。 凝固点：当固体的蒸气压等于外界的压力时，这时的 温度称为凝固点。 4.5.2稀溶液的沸点升高和凝固点下降 第 4章奇妙的水分子和水资源 2008南方大面积冰雪灾害 第 4章奇妙的水分子和水资源 稀溶液时： T K m T K m Δ = ⋅ Δ = ⋅ 凝 凝 沸 沸 m: 溶液的质量摩尔浓度 K沸: 沸点上升常数 K凝: 凝固点下降常数 1000g 溶剂中所含 溶质的物质的量 一些溶剂的凝固点下降常数和沸点上升常数 4.5 稀溶液的依数性 溶剂 凝固点(℃) K凝(K·kg·mol-1) 沸点(℃) K沸(K·kg·mol-1) 乙酸 17 3.9 118.1 2.93 苯 5.48 5.12 80.2 2.53 氯仿 -63.5 4.68 62.3 3.63 萘 80 6.8 - - 水 0 1.86 100.0 0.51
例 4.5稀溶液的依数性 纯苯的凝固点为5.40℃，0.322g蒸溶于80g 4.5.4稀溶液的渗透压 苯，配制成的溶液的凝固点为5.24℃。已知苯 的K值为5.12，求蒸的摩尔质量。 半透膜：只允许 水分子自由通过 解： 而不允许溶质分 5.40-5.24 子或离子通过的 m= △T凝 =0.0313mol-kg1 K凝 5.12 膜状物盾 如：细胞膜、肠 M三 0.322/M 衣、牛皮纸 =0.0313 80/1000 Naphthalene 渗透压：因溶液中的溶剂分子可以通过半透膜，而 M=128.6gmo Mol.WL:12K.17 溶质分子不能透过半透膜而产生的压力，以符号Ⅱ 故萘的摩尔质量为128.6 表示。 范托夫(J.H.Vant.Hoff的方程：4.5稀溶液的依数性 4.5稀溶液的依数性 溶液渗透压现象 非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液浓度的关系 >植物细胞汁的渗透压可达20×105Pa >人体血液平均的渗透压为7.7×10Pa Π.V=n:RT或Π=c,RT >食物过咸、排汗过多，组织中的渗透压升高 >淡水中游泳时，眼球容易“红胀” Ⅱ：溶液的渗透压，kPa >静脉注射或输液时采用“等渗液”：0.9%的生 V:溶液的体积，dm3 理盐水；5.0%的葡萄糖溶液 :溶质的物质的量，mo1 c:溶液的浓度，mold血3 4.5稀溶液的依数性 输液和渗透 太空水和反渗透 Side A Side Pure wate Saltwater Membrane
第 4章奇妙的水分子和水资源 纯苯的凝固点为5.40℃，0.322g萘溶于80g 苯，配制成的溶液的凝固点为5.24℃。已知苯 的K凝值为5.12，求萘的摩尔质量。 Naphthalene Mol. Wt.: 128.17 解： = Δ = 凝 凝 K T m 1 128.6 0.0313 80 /1000 0.322 / − = ⋅ = = M g mol M m 故萘的摩尔质量为128.6 4.5 稀溶液的依数性 1 0.0313 5.12 5.40 5.24 − = ⋅ − mol kg 例 第 4章奇妙的水分子和水资源 渗透压：因溶液中的溶剂分子可以通过半透膜，而 溶质分子不能透过半透膜而产生的压力，以符号Π 表示。 半透膜：只允许 水分子自由通过 而不允许溶质分 子或离子通过的 膜状物质 如：细胞膜、肠 衣、牛皮纸 4.5.4稀溶液的渗透压 第 4章奇妙的水分子和水资源 非电解质稀溶液渗透压的大小与溶液浓度的关系 范托夫(J.H.Vant. Hoff)方程： Π⋅V = n⋅RT Π: 溶液的渗透压，kPa V: 溶液的体积，dm-3 n: 溶质的物质的量，mol c: 溶液的浓度，mol·dm-3 或 Π = c ⋅ RT 4.5 稀溶液的依数性 第 4章奇妙的水分子和水资源 ¾植物细胞汁的渗透压可达 20×105Pa ¾人体血液平均的渗透压为 7.7×105Pa ¾食物过咸、排汗过多，组织中的渗透压升高 ¾淡水中游泳时，眼球容易“红胀” ¾静脉注射或输液时采用“等渗液”：0.9%的生 理盐水；5.0%的葡萄糖溶液 4.5 稀溶液的依数性 溶液渗透压现象 第 4章奇妙的水分子和水资源 输液和渗透 4.5 稀溶液的依数性 第 4章奇妙的水分子和水资源 太空水和反渗透
5.1.2稀溶液的依数性 例 1dm3溶液中含5.0g马的血红素，在298K 时测得溶液的渗透压为1.80×10Pa,求马 电解质溶液的渗透压 的血红素的摩尔质量。 ·依数性—粒子的数量 电解质溶液的修正 解：Π.V=n·RT= m RT -沸点上升： ATb =Kb'm-i M -凝固点下降 △Tf=Kfmi -渗透压： π=icR.T i van't Hoff factor. M=mRT_50×8.314×298 Concentration =6.9×10°gmol1 nV 180×103×1 Limiting Compound 0.100 m 0.0100 m 0.00100 m Value 100 10国 100 11 应用 溶液渗透压的应用 渗 股都件材科 几种常见物质的热容(J/gK) Ammonia,NHs 4.70 Liquid water,H,O 4.184 Ethylene glycol,C.HO 2.42 lce,HO 2.01 Water vapor,H,O 2.0 Aluminum,Al 0.90 ron,Fe 0.451 Silver,Ag 024 Gold,Au 0.13 e4打at rensrkahle peopertie屏want辅you hedt in this gotngtag7
第 4章奇妙的水分子和水资源 1dm-3溶液中含5.0g马的血红素，在298K 时测得溶液的渗透压为1.80×102Pa，求马 的血红素的摩尔质量。 解： 例 m V n RT RT M Π⋅ = ⋅ = 4 1 3 5.0 8.314 298 6.9 10 180 10 1 mRT M g mol V − − × × = = =× ⋅ Π ×× 5.1.2 稀溶液的依数性 第 4章奇妙的水分子和水资源 电解质溶液的渗透压 • 依数性——粒子的数量 • 电解质溶液的修正 – 沸点上升： – 凝固点下降： – 渗透压： i = van’t Hoff factor. ΔTb = Kb ⋅m⋅i T K m i f f Δ = ⋅ ⋅ π =⋅⋅ ⋅ icRT 第 4章奇妙的水分子和水资源 应用 第 4章奇妙的水分子和水资源 溶液渗透压的应用 第 4章奇妙的水分子和水资源 几种常见物质的热容(J/g·K) Ammonia, NH3 4.70 Liquid water , H2O 4.184 Ethylene glycol, C2H6O2 2.42 Ice , H2O 2.01 Water vapor, H2O 2.0 Aluminum, Al 0.90 Iron, Fe 0.451 Silver, Ag 0.24 Gold, Au 0.13 第 4章奇妙的水分子和水资源
蹄的 第 ⊙ 是 1g冰，水，水蒸汽的体积随温度的变化
第 4章奇妙的水分子和水资源 1g冰，水，水蒸汽的体积随温度的变化