吉林的王凇吧 关注:38贴子:1,382
  • 11回复贴,共1

【学科】化学常识积累贴

只看楼主收藏回复

RT


1楼2012-01-10 14:45回复
    更高更妙的相似相溶:
    溶液中溶质微粒和溶剂微粒的相互作用导致溶解。若溶质、溶剂都是非极性分子,如I2和CCl4,白磷和CS2,相互作用以色散力为主;若一种为极性分子,另一种为非极性分子,如I2和C2H5OH,相互作用是分子间作用力;在强极性分子间以取向力为主;若一种溶剂微粒是离子,在水中形成水合离子,在液氨中则形成氨合离子,其他溶剂中就是溶剂合离子。
    简单地讲,若溶质微粒和溶剂微粒间相互作用和原先溶质微粒间、溶剂微粒间作用相近,则溶解的就会较多。这应当是相似相溶规律的基础,但是上述规律并不方便判断。于是人们总结出一个简易判断的规律:
    相似相溶规律通常的说法是“极性相似的两者互溶度大”。例如,非极性、弱极性溶质易溶于非极性、弱极性溶剂,如I2(非极性)分别在H2O(强极性)、C2H5OH(弱极性)、CCl4(非极性)中的溶解度(g/100g溶剂)依次为0.030(25℃)、20.5(15℃)、2.91(25℃)。又如O2(非极性)在1mLH2O、乙醚(弱极性)、CCl4中溶解的体积(已换算至标准状况下体积)依次为:0.0308mL(20℃)、0.455mL(25℃)、0.302mL(25℃);白磷P4(非极性)能溶于CS2(非极性),但红磷(巨型结构)却不溶。
    大家可能已经看出:相似相溶规律是定性规律,通常仅能给出难溶、微溶、可溶的判断,如O2、I2易溶于弱极性、非极性溶剂,但不能认为非极性的O2、I2在CCl4(非极性)中最易溶!!
    再举一个例子:蒽和菲分子式相同,但前者为三个苯环“直”并,无极性,而后者为三个苯环“弯”并,稍有极性。现分别溶于苯中,若完全按照“相似相溶规律”判断的话,似乎蒽在苯中的溶解要多些,实测结果:蒽在苯中溶解度(0.63%),菲在苯中溶解度(18.6%)。如何理解呢?(是不是觉得很高深很玄妙?)恩,请看更高更妙的解释——蒽,正因为是“直”的,所以分子间结合得紧,不容易分开,表现还有蒽的沸点较菲高,其摩尔体积小于菲的……
    其实,相似相溶规律还有一种表述:“结构相似者可能互溶”,HOH、CH3OH、C2H5OH、n-C3H7OH分子中都含-OH,且-OH所占“份额”较大,所以3种醇均可与水互溶,n-C4H9OH中虽含-OH,因其“份额”小,水溶性有限。可以料想,碳数增多,一元醇的水溶度将进一步下降。丙三醇(甘油)中含有-OH且“份额”较大,与水互溶。C6H12O6(葡萄糖)中含5个-OH,因分子比H2O大了许多,只是易溶于水。高分子淀粉(C6H10O5)n的“分子”更大,只能部分溶解于水;而纤维素更大更高更妙,干脆难溶于水了。
    甲苯稍有极性,却与非极性的苯混溶;萘能溶于苯和甲苯……
    含有相同官能团,且分子大小相近,则它们的极性相近,例如CH3OH、C3H7OH偶极矩分别1.69D和1.70D,所以,结构相似有时也反映在极性上,但极性相似却不一定是结构相似的反映!!!如硝基苯C6H5NO2、苯酚C6H5OH的偶极矩分别为1.51D和1.70D,极性算是相近,但两者的20℃水溶度分别0.19%、8.2%。又如C3H7Br(1.8D)、C3H7I(1.6D)、C3H7OH(1.7D),极性相近,但20℃水溶度分别0.24%、0.11%、无穷。
    可见,结构相似对溶解度的影响强于极性相似!!
    顺便说一个金属互溶的问题:
    (1)两种金属A、B晶体结构类型相同,原子半径差值小(一般<15%),如Ag(144.2pm)和Au(143.9pm)都是面心立方堆积,半径相似,两者无相互溶;
    (2)半径差>15%时,金属间部分溶解,如Mg在Cu或Ag中部分溶;
    (3)价相同,金属间互溶度大,钾钠合金互溶为导热系统,伍德合金(Sn+Pb)互溶制保险丝;
    (4)电负性相近,金属间互溶度大。Cr、Mo、W在Na、K中难溶在Cu、Ag中较“易”溶
    金属互溶的问题是不是也可以看做是一种“相似相溶”呢,但这时,相似的不是极性,而主要是结构方面。
    相似相溶规律应当从也需要从结构角度解释。虽然热力学可以说明一些问题,但是主要是将现象赋予数学化和理论化,若继续追问起来为什么,如“为什么KNO3溶解焓是负值?而KOH的溶解焓为正值(吸热)?”“为什么溶解熵效应是这样如此这般的?”……恐怕还是要求助于结构理论,上溯到更为深刻的道理上来。
    ……更高更妙的结构化学……
    


    2楼2012-01-10 14:46
    回复
      常常听见有人问:“浓硫酸的‘吸水性’与‘脱水性’有啥不同?”,当年,我也是抱着这个问题向老师请教,哪料到那个老师吱吱半天愣是没有说个明白,不得已,我只能进入图书馆查阅资料,从而得知了“吸水性与脱水性的不同”,还了解到了硫酸的一些基本性质,现在整理出来,与大家分享,供初学者参考,时间过去很久了,难免有疏漏错误的地方,还望大家多多指教!
      先从吸水与脱水讲起:浓硫酸的吸水性与脱水性是两种截然不同的性质,经常有人把它们搞混。吸水性是指浓硫酸将“水”吸收,这个“水”是指以分子形式存在的水,这个反应一般认为是物理变化,但是也有例外,例如:

      将固体盐的结晶水吸取,形成无水盐,这便是一个化学反应,也有一种理论认为,浓硫酸在吸水时,形成一系列SO3水合物(SO3·xH2O),因此,可得知,在保存浓硫酸时,需要密闭保存。
      而浓硫酸的脱水性,一般是针对有机物而言的,浓硫酸可将有机物进行分子内脱水,基按照2:1的比例,将氢原子与氧原子成比例脱去,例如大家熟知的“黑面包实验”:

      


      3楼2012-01-10 14:48
      回复
        再比如像乙醇与浓硫酸在413K时反应,发生分子内脱水,生成醚的反应:

        要注意,有一些实验和上面的反应类似,加入了浓硫酸,最终产物中也有水,却不是根据浓硫酸的脱水性而进行的,例如:

        这个反应中,硫酸是作为催化剂以及吸水剂使反应向右进行的。
        因此,浓硫酸可以严重随坏大部分有机物(例外也有,比如四氟乙烯),故使用硫酸时需要注意安全。
        根据浓硫酸的吸水性,可以将其用于干燥气体或者放置于干燥皿中,但是不可以干燥的气体包括了NH3、HI、HBr、H2S ,很多人在学习的时候,感觉到氨气不可以干燥还可以理解,因为氨气是碱性气体,会与浓硫酸发生化学反应,但是HI、HBr、H2S 等与硫酸一样,都呈酸性,为什么不可以干燥呢?这就进入了一个新的话题,浓硫酸的氧化性。
        大家都知道,硫元素比较常见的化合价有:-2、0、+4、+6,而硫酸中,硫元素的价态为+6,是最高价,故浓硫酸有且只有氧化性,其氧化性随硫酸浓度及温度增大增高而变强,市售浓硫酸(98%)具有强氧化性。
        而上面三种提到的气体为何不能用浓硫酸干燥,便与此有关系了。先从HI、HBr说起,很多同学认为,既然HCl可以用浓硫酸干燥,那么HI、HBr作为同为HX的氢卤酸,也可以用其干燥,其实不然,因为HI、HBr与浓硫酸接触后,便显现出还原性,会与硫酸发生化学反应:


        


        4楼2012-01-10 14:48
        回复
          因此,会导致干燥后的卤化氢气体不纯,固不可使用浓硫酸干燥。
          至于HCl、HF为何可以使用浓硫酸干燥,因为不属于本话题讨论范围,只简单描述:
          HX具有还原性,随HX热稳定性依次降低,随X-离子半径依次增大而增大,HX还原性顺序为:HF<HCl<HBr<HI。所以,HI在空气中即可被氧气所氧化,HBr需要更强的氧化剂,HCl更高(如高猛酸钾),HF则不可以被一般的氧化剂所氧化。
          而硫化氢为何不能使用浓硫酸干燥呢?是因为硫化氢中硫元素的价态为-2,是最低价,故硫化氢有且只有还原性,会与浓硫酸发生“归中反应”:

          所以,得出硫化氢的水溶液(氢硫酸)保存时应该密闭保存,防止氧气与其接触,发生反应:
          2H2S+O2=2S↓+2H2O
          看见上面几个方程式,就要提起浓硫酸反应时还原产物的问题了,我看见很多教材以及教辅书上,说硫酸还原产物只有为氧化硫,这是极其不正确的,根据还原剂的强度与量,可得到不同的还原产物:

          第一个方程式与第二个方程式请对比还原剂强度,第二个方程式与第三个方程式请对比还原剂的量。
          因此,可以看出,浓硫酸的一般还原产物是SO2、 S、H2S三种,有初中的同学就要问了,为什么没有氢气呢?这就与浓硫酸与稀硫酸的区别说起。
          在浓硫酸中,主要存在的是硫酸分子,而在稀硫酸中,主要存在的是H+、HSO4-、SO42-离子(因为硫酸一级电离完全,二级电离常数:K2=1.2×10-2,所以存在三种离子)。所以,但金属与稀硫酸反应时,电位序在H前的金属,就可以将氢离子置换出来,形成金属离子,产生氢气。故可知,结构的不同造成了稀硫酸与浓硫酸的性质不同。
          


          5楼2012-01-10 14:49
          回复
            2楼:更高更妙的相似相溶
            3-5楼:浅谈硫酸之性质


            6楼2012-01-10 14:50
            回复
              6楼起:关于离子液体
              2楼


              


              7楼2012-01-10 14:50
              回复

                8楼


                


                8楼2012-01-10 14:51
                回复

                  15楼


                  


                  9楼2012-01-10 14:51
                  回复

                    17楼




                    


                    10楼2012-01-10 14:52
                    回复








                      


                      11楼2012-01-10 14:54
                      回复