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本课件讲解混合物与溶液组成的六种常用标度,以及非电解质稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压力四类依数性质,并结合等渗、低渗与高渗溶液说明其在医学上的意义。
第一章 溶液,本章包含以下各节:
第一节 混合物和溶液的常用组成标度,本节主要内容包括:
;溶液是指含一种以上物质的液体相或固体相。
例1-1 5.0 g 阿司匹林(乙酰水杨酸)试样中含4.5 g阿司匹林(C9H8O4),计算此试样中阿司匹林的质量分数。
解:试样中阿司匹林的质量分数为:
例1-2 20 ℃ 时,将70 mL 乙醇(酒精)与30 mL 水混合,得到96.8 mL 乙醇溶液,计算所得乙醇溶液中乙醇的体积分数。
解:乙醇的体积分数为:
例1-3 将25 g 葡萄糖(C6H12O6)晶体溶于水,配制成500 mL 葡萄糖溶液,计算此葡萄糖溶液的质量浓度。
解:葡萄糖溶液的质量浓度为:
例1-4 100 mL 葡萄糖(C6H12O6)注射液中含5.0 g 葡萄糖,计算此葡萄糖注射液的浓度。
解:此葡萄糖注射液的浓度为:
世界卫生组织建议:医学上表示体液组成时,凡是体液中相对分子质量已知的物质,均应使用物质的量浓度;对于相对分子质量未知的物质,可以暂时使用质量浓度。B的质量浓度与B的物质的量浓度之间的关系为:ρB=cB·MB例题
例1-5 生理盐水注射液中NaCl 的质量浓度为9.0g·L-1,计算生理盐水注射液的物质的量浓度。
解:生理盐水注射液的物质的量浓度为:
例1-6 将112 g 乳酸钠(NaC3H5O3)溶于1.00 L纯水中配制成溶液,计算该溶液中乳酸钠的摩尔分数。
解:室温下,水的密度约为1000 g·L ;NaC3H5O3的摩尔质量为112 g·mol ;H2O 的摩尔质量为18g·mol 。溶液中乳酸钠的摩尔分数为:
例1-7 将0.27 g KCl 晶体溶于100 g 水中,计算溶液中KCl 的质量摩尔浓度。
解:KCl 的质量摩尔浓度为:
第二节 非电解质稀溶液的依数性质,本节主要内容包括:
一、液体的蒸气压在一定温度下,当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时,液面上方的蒸气称为饱和蒸气,饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压,简称蒸气压。
液体的蒸气压与液体的性质和温度有关。在相同温度下,不同的液体,其蒸气压不同。温度升高时,液体的蒸气压增大。液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点。液体的沸点与外压有关,外压越大,沸点就越高。液体在101.325kPa下的沸点称为正常沸点。固体物质也具有一定的蒸气压。但一般情况下,固体的蒸气压较小。
二、难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降当水中溶解难挥发非电解质后,溶液的表面被一部分难挥发非电解质的分子占据,在一定温度下达到平衡时,溶液液面上方溶剂蒸气分子比纯溶剂液面上方的少,因此难挥发非电解质的蒸气压要比纯溶剂的低,这种现象称为稀溶液的蒸气压下降。1887年,法国化学家拉乌尔得出如下经验公式:
若溶液由溶剂A 和难挥发非电解质B 组成:在稀溶液中:由以上两式,得:
三、难挥发非电解质稀溶液的沸点升高在相同温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压总比纯溶剂的低。当温度升高到纯溶剂的沸点时,纯溶剂的蒸气压等于外界压力而沸腾;但溶液的蒸气压则低于外界压力。要使溶液的蒸气压等于外界压力,必须升高温度。这样必然导致溶液的沸点高于纯溶剂的沸点,这种现象称为稀溶液的沸点升高。
难挥发非电解质稀溶液沸点升高和凝固点降低示意图
难挥发非电解质稀溶液的沸点升高与溶质B 的质量摩尔浓度成正比:
| 溶剂 | 沸点/K | kb/(K·kg·mol-1) |
|---|---|---|
| 水 | 373.15 | 0.512 |
| 乙酸 | 391.05 | 3.07 |
| 苯 | 353.25 | 2.53 |
| 四氯化碳 | 349.87 | 4.95 |
| 氯仿 | 334.35 | 3.85 |
| 乙醚 | 307.85 | 2.02 |
| 乙醇 | 315.55 | 1.22 |
测定出溶液的沸点升高,可计算出B的摩尔质量:
四、非电解质稀溶液的凝固点降低溶液的凝固点是指固态纯溶质与溶液中的溶剂平衡共存时的温度。水中溶解难挥发非电解质后,溶液的蒸气压下降,也使溶液的凝固点降低。
| 溶剂 | 凝固点/K | kf/(K·kg·mol-1) |
|---|---|---|
| 水 | 273.15 | 1.86 |
| 乙酸 | 289.85 | 3.90 |
| 苯 | 278.65 | 5.12 |
| 四氯化碳 | 305.15 | 32 |
| 乙醚 | 156.95 | 1.8 |
| 萘 | 353.5 | 6.9 |
难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低与溶质B 的质量摩尔浓度成正比。测量出难挥发非电解质稀溶液的凝固点降低,可计算出B 的摩尔质量。例题
例1-8 从人尿中提取出一种中性含氮化合物,将90 mg 纯品溶
解在12 g 蒸馏水中,所得溶液的凝固点比纯水降低了0.233 K,试计算此化合物的相对分子质量。解:此中性含氮化合物的摩尔质量为:此中性含氮化合物的相对分子质量为:
五、非电解质稀溶液的渗透压力(一)渗透现象和渗透压力许多天然或人造的薄膜对于物质的透过有选择性,只允许某种物质或某些物质透过,而不允许另外一些物质透过。这类薄膜称为半透膜。水分子通过半透膜从纯水进入溶液或从稀溶液进入较浓溶液的现象称为渗透。渗透现象产生的原因,是由于半透膜两侧相同体积的液体内的水分子不相等。相同体积的纯水内的水分子比溶液的多,因此在相同时间内由纯水通过半透膜进入溶液的水分子数目要比由溶液进入纯水的多,其结果是水分子从纯水进入溶液。
产生渗透现象的条件是:
渗透现象和渗透压力示意图
。对于强电解质溶液,渗透浓度等于溶液中溶质离子的总浓度;对于弱电解质溶液,渗透浓度等于溶液中未解离的弱电解质的浓度与弱电解质解离出的离子浓度之和;而对于非电解质溶液,渗透浓度等于其物质的量浓度。
例1-9 生理盐水的质量浓度为g·L-1,计算生理盐水的渗透浓度。
解:NaCl 是强电解质,它在溶液中全部解离:生理盐水的渗透浓度为:
对于电解质稀溶液,渗透压力的计算公式可以改写为:
(四)渗透压力在医学上的意义1.等渗溶液、低渗溶液和高渗溶液医学上的等渗溶液、低渗溶液和高渗溶液是以血浆的渗透压力或渗透浓度为标准来衡量的,正常人血浆的渗透浓度为280~320mmol·L-1。医学上规定渗透浓度在280~320mmol·L-1范围内的溶液为等渗溶液;渗透浓度小于280mmol·L-1的溶液为低渗溶液;渗透浓度大于320mmol·L-1的溶液为高渗溶液。将红细胞置于渗透浓度为280~320mmol·L-1的等渗NaCl溶液中,在显微镜下观察,红细胞的形态没有发生变化。将红细胞置于渗透浓度低于280mmol·L-1的低渗NaCl溶液中,在显微镜下观察,可见红细胞逐渐胀大,最后破裂,释出血红蛋白使溶液呈浅红色,这种现象医学上称为溶血。
例1-10 用实验方法测得某肾上腺皮质机能不全病人的血浆的冰点为,问此病人的血浆为等渗溶液、低渗溶液或高渗溶液?计算此血浆在37 ℃ 时的渗透压力。
解:此病人血浆中溶质的渗透质量摩尔浓度为:此病人血浆的渗透浓度为:
此病人血浆的渗透浓度低于正常血浆的渗透浓度范围,为低渗溶液。此病人血浆37 ℃ 在时的渗透压力为:
2.晶体渗透压力和胶体渗透压力由小分子和小离子所产生的渗透压力称为晶体渗透压力。由大分子和大离子所产生的渗透压力称为胶体渗透压力。血浆的渗透压力主要是晶体渗透压力,而胶体渗透压力很小。在℃时,血浆的渗透压力为770kPa,其中胶体渗透压力仅约为4kPa。
间隔着细胞内液与外液的细胞膜只允许水分子透过,而其他分子和离子不能透过。水分子的渗透方向主要取决于晶体渗透压力。当人体缺水时,细胞外液中盐的浓度就会相对升高,使细胞外液的晶体渗透压力大于细胞内液的渗透压力,细胞内液的水分子就会进入细胞外液,造成细胞内失水。如果大量饮水或输入过多的葡萄糖溶液,又会造成细胞外液的晶体渗透压力减小,细胞外液的水分子进入细胞内液,使细胞肿胀,严重时可引起水中毒。因此,晶体渗透压力对维持细胞内、外盐水的相对平衡起着重要作用。临床上常使用小分子晶体物质的溶液来纠正某些疾病所引起的水盐失调。
间隔着血液与组织间液的毛细血管壁,允许水分子和各种盐类的离子透过,只有蛋白质的分子或离子不能透过。小分子晶体物质对维持血液与组织间液之间水的相对平衡几乎不起作用。蛋白质分子或离子所产生的胶体渗透压力虽然很小,但对维持血容量和血管内、外的水盐的相对平衡却起着重要作用。当血浆蛋白的浓度因某些病变下降时,血浆的胶体渗透压力也随之降低,结果水分子和盐类离子由血浆进入组织液,而使血容量降低,组织液增多,这是形成水肿的一个因素。临床上对大面积烧伤或失血等原因造成血容量下降的病人进行补液时,由于这类病人的血浆蛋白损失很多,血浆胶体渗透压力下降,不能单纯补充晶体溶液(如生理盐水等),还要同时输入血浆或右旋糖酐等血浆代用品,才能恢复胶体渗透压力和增加血容量。
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