结晶水合物及胶体 网上课堂 [本讲主要内容] 1．结晶水合物的概念、性质 2．关于结晶水合物的计算 3．有关胶体教学中几个问题的说明 [学习指导及例题] 一．结晶水合物的概念及性质: 1．结晶水合物都是纯净物。 2．结晶水以三种形式存在。（1）配位水，水分子与配位键与金属离子相结合，如AlCl3·6H2O可以写成[Al(H2O)6]Cl3（2）阴离子水，水分子通过氢键与阴离子结合，如绿矾FeSO4·7H2O，有6个水分子形成配位水，1个水分子与SO42-形成氢键，可写成[Fe(H2O)6SO4(H2O)]；（3）晶格水，如明矾晶体KAl(SO4)2·12H2O，12个水分子有6个通过配位键同Al3+结合，另外6个水分子在晶格中占有确定的位置，它们是晶格水。 3．为什么有的晶体里含有一定数目的结晶水？ 物质溶于水，一是扩散过程，另一是水合过程，水合过程中某些溶质分子（或离子）跟一定数目的水分子结合成水合分子或水合离子，如无水硫酸铜可水合成CuSO4·5H2O，H+水合成H3O+，Mg2+水合成[Mg(H2O)6]2+等等。这些有的只能在溶液中存在，有的在结晶过程中析出成为含结晶水的晶体。不是所有的晶体里都含结晶水，也不能改为凡是含水物都是结晶水合物。 4．结晶水合物受热可否失去结晶水？ 结晶水合物具有受热失去结晶水的特性，但因结合力不完全相同，加热脱水的方式也不同，分成三类。 （1）加热水解，如某些含结晶水的卤化物，硝酸盐，水合阳离子有较强的水合能力，加热时不完全脱水，而是水解生成金属氧化物。如：2AlCl3·6H2O
Al2O3+6HCl↑+9H2O↑，2FeCl3·6H2O
Fe2O3+6HCl↑+9H2O↑，Mg(NO3)2·6H2O
MgO+2HNO3↑+5H2O↑ （2）加热简单脱水，这是水合作用很弱的结晶水合物脱水形式，加热得到无水盐。如：CaCl2·6H2O
CaCl2+6H2O↑ （3）有些结晶水合物很不稳定，常温下在干燥空气里就逐渐失去结晶水，这种现象叫风化。如碳酸钠晶体（Na2CO3·10H2O）。 5．影响结晶水数目的因素: 结晶水的多少除与该晶体的阳离子、阴离子、晶体构型有关外，还与外界条件有关，如在不同温度下，同一种物质能形成不同数目结晶水的晶体。如： CuSO4·5H2O
CuSO4·3H2O
CuSO4·H2O
CuSO4 二．关于结晶水合物的计算: 1．相对分子质量 CuSO4·5H2O=160+90=250 2．计算各元素原子个数比，如CuSO4·5H2O N(Cu):N(S):N(O):N(H)=1:1:9:10 3．计算各元素的质量比，如Na2SO3·7H2O m(Na):m(S):m(O):m(H)=(23×2):32:(16×10):14=23:16:80:7 4．计算结晶水的质量分数: 例1: 求Na2CO3·10H2O中结晶水的质量分数 解：ω(H2O)=
例2：求CuSO4·5H2O中结晶水的质量分数（36%略） 5．计算1mol结晶水合物中，结晶水的物质的量: 例：准确称取CuSO4·xH2O晶体2.5g，置于蒸发皿中加热，直至失去全部结晶水，称得白色粉末质量为1.6g，求该晶体中，每摩含结晶水的物质的量？ 解：m(结晶水)=2.5g-1.6g=0.9g 因为结晶水合物的化学式为CuSO4·xH2O所以
6．计算溶液中溶质的质量分数: 结晶水合物溶于水，结晶水变成溶剂的一部分，溶质是无水物。 例：求5g胆矾溶解在80g水中，所得溶液的溶质质量分数 解：ω(CuSO4)

=3.8% 7．计算溶解度:（溶解度符号用S表示） 根据溶解度的定义：温度一定，在饱和溶液中
例：某结晶水合物的化学式为R·nH2O，其相对式量为M。在t℃时ag该结晶水合物溶于bg水中达到饱和状态，求此温度下溶质R的溶解度是多少？ 解：
解得：
8．结晶水合物的析出计算: 这类问题可以从三个角度分析，一是溶质的总质量不变，原溶液中溶质的质量等于结晶水合物中无水物质量和剩余用液中溶质质量之和；二是一定温度下，析出溶质前后饱和溶液的溶质质量分数不变；三是一定温度下，析出溶质前后，饱和溶液中的溶质与溶剂之比不变。 例：在10℃时，将220g硝酸铝的饱和溶液，蒸发掉60g水后，再冷却到10℃，计算此时有多少克Al(NO3)3·9H2O晶体析出（10℃时，Al(NO3)3的溶解度是67g）？ 解法一：按溶质的总质量不变解题: 设析出Al(NO3)3·9H2O的质量为x
x=144.3g 解法二：按饱和溶液中溶质和溶剂比例不变解题:
x=144.3g 解法三：按饱和溶液的溶质质量分数不变解题:
x=144.3g 三．有关胶体教学中几个问题的说明: 1．对于淀粉，蛋白质等高分子化合物溶于水形成的分散系，为什么有时称其为溶液，有时又称其为胶体。 教材上以分散质微粒直径的大小给分散系分类的，但是判断一种分散系是否属于胶体，还是溶液，单从分散质微粒直径的大小这一方面来考虑，结论是不全面的。正确判断胶体和溶液，要从分散质的结构认识，如果分散质微粒的结构简单，比如是单分子或较小聚合度的分子或离子，那么这样的分散系称为溶液。由于淀粉、蛋白质溶于水后都是以单分子的形式分散在水中，因此，尽管这些高分子很大，这些分散系仍称为溶液。只是因为高分子的分子大小与胶粒相仿，高分子溶液才具有胶体的一些性质，如扩散慢，不通过半透膜，有丁达尔现象等。化学上把Fe(OH)3、AgI等难溶于水的物质形成的胶体称为憎液胶体，简称溶胶。而把淀粉蛋白质等易溶于水的物质形成的分散系称为亲液胶体，更多地称为高分子溶液。 2．胶体能在较长时间内稳定存在的原因是什么？ 憎液溶胶的胶粒带有相同的电荷，同种电荷相排斥。淀粉、蛋白质等高分子中含有多个极性基因（如-COOH，-OH，-NH2），可以与水高度溶剂化（高分子表面形成水膜），并且胶体粒子不停的作布朗运动，因此胶体可以长时间稳定存在。 3．溶液中的溶质微粒也作布朗运动吗？ 胶体粒子在各方面上都受到分散剂分子的撞击，由于这些作用力的不同，所以胶体粒子作布朗运动。溶液中的溶质微粒与分散剂（水）大小相仿，所以溶质微粒运动状况与胶粒是有差别的。胶体的丁达尔现象，用超显微镜才可以观察到胶粒的布朗运动。溶液无丁达尔现象，因此用超显微镜观察不到溶质微粒的运动状况。 4．聚沉和盐析有什么区别？ 聚沉是憎液（水）胶体的性质。胶体的聚沉过程就是胶粒聚集成较大颗粒的过程。由于憎液胶体的分散质都难溶于水，因此聚沉后，再用一般的溶解方法用水来溶解胶体的聚沉物是不可能的。 盐析是加入电解质使分散质的溶解度减小，而使其析出过程。盐析不是憎液胶体的性质，能发生盐析的分散质都是易溶的，如蛋白质溶液，肥皂，甘油和水的溶液，由于分散质易溶、所以盐析是可逆的。 5．蔗糖溶于水形成的分散系是溶液，为什么在生物课的渗透实验中，蔗糖分子都不能透过半透膜？ 不同的半透膜，如羊皮纸、动物膀胱膜，玻璃纸，其孔径是不同的，也就是说，其通透性是不一样的。显然，笼统地讲半透膜能使离子和分子通过，而不能使胶体粒了通过是不恰当的。 6．憎液胶体与高分子溶液在性质上有何异同？ 憎液胶体全面地表现出胶体的特性，高分子溶液则不然。这两种分散系中的分散质微粒都作布朗运动，都有丁达尔现象；憎液胶体有电泳现象，淀粉溶液无电泳现象，而蛋白质溶液则较为复杂。使憎液胶体聚沉的方法有：加入电解质，给胶体加热，加入带相反电荷的胶体。使高分子溶液分散质聚沉，主要是破坏高分子与分散剂间相互作用，如加入大量的电解质也能使淀粉蛋白质沉淀，这一现象称为盐析，它是可逆的。 网上能力训练题 [基础性训练题] 一．选择题: 1．下列溶液中不会出现丁达尔现象的分散系是（ ） ①鸡蛋清溶液 ②水 ③淀粉溶液 ④硫酸钠溶液 ⑤沸水中滴加饱和FeCl3溶液 ⑥皂化锅内硬脂酸钠水溶液 A．②④ B．③④ C．②④⑥ D．④ 2．能证明胶粒比溶液中溶质直径大的实验是（ ） A．电泳 B．丁达尔现象 C．布朗运动 D．渗析 3．向明矾的水溶液中滴加一种溶液，先发生聚沉而沉淀，继续加入则使沉淀溶解，这种液体是（ ） A．BaCl2溶液 B．盐酸 C．蒸馏水 D．烧碱溶液 4．关于溶液和胶体溶液的比较，叙述正确的是（ ） A．溶液和胶体溶液都是由分散质和分散剂组成的分散系 B．溶液呈电中性，胶体带有电荷 C．溶液微粒能透过滤纸而胶体微粒不能透过滤纸 D．在外电场作用下溶液的溶质微粒一定向两极移动而胶体微粒一定向某一极迁移 5．下列叙述正确的是（ ） A．胶体区别于其他分散系的本质特征是有丁达尔现象 B．硅酸胶体带负电荷 C．在Fe(OH)3胶体中加入饱和MgSO4溶液，使胶体聚沉，这是因为发生了化学反应 D．蛋白质溶液发生盐析，是可逆的 6．某胶体遇盐卤（MgCl2）或石膏溶液易发生聚沉，而加入食盐水或Na2SO4不易发生聚沉，下列有关叙述正确的是（ ） A．此胶体粒子带正电荷 B．此胶体粒子带负电荷 C．遇BaCl2或硅酸溶胶可发生聚沉 D．Na+使此胶体聚沉效果不如Ca2+、Mg2+ 7．土壤胶体粒子主要带负电荷，分别含氮质量相同的下列肥料施用后，肥效最差的是（ ） A．(NH4)2SO4 B．NH4NO3 C．NH4HCO3 D．NH4Cl 二．填空题: 8．铁酸钠（Na2FeO4）是水处理过程中，使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾还强，本身在反应中被还原成Fe3+离子。 （1）配平制取铁酸钠的化学方程式 __Fe(NO3)3+__NaOH+__Cl2——__Na2FeO4+__NaNO3+__NaCl+__H2O （2）铁酸钠之所以能净水，除了能杀菌消毒外，另一个原因是___________。 9．Cl2和ClO2均有强氧化性，可作为饮用水的消毒剂。其中Cl2消毒的饮水中有微量的对人们有潜在危害的含氯化合物。用ClO2消毒的饮用水较安全。 （1）实验室可用草酸制备ClO2，配平方程式 __KClO3+__H2C2O4+__H2SO4——__ClO2↑+__CO2↑+__KHSO4+__H2O （2）工业上大量采用下列反应来制备二氧化氯，配平方程式 ①__KClO3+__Na2SO3+__H2SO4——__ClO2↑+__K2SO4+__Na2SO4+__H2O ②__KClO3+__HCl——__ClO2↑+__KCl+__H2O （3）据文献极导，ClO2消毒的效益是Cl2消毒效益的2.63倍，试通过计算证明之。 [提高性训练题] 一．选择题: 10．某温度下，某盐溶液的饱和溶液的质量分数为0.268，在足量的此溶液中加入ωg该无水盐，在温度不变的条件下，析出Ng含一定量的结晶水的该盐晶体，则从饱和溶液中析出溶质的质量是（ ） A．28.8ω%g B．N-ωg C．(ω-N)28.6%g D．(N-ω)·28.6%g 11．某温度下，100g水中加入mg Na2CO3或ng Na2CO3·10H2O，均可使溶液恰好达到饱和状态，则m和n的关系是（ ） A．
B．
C．
D．
二．计算题: 12．已知60℃时，硫酸铜的溶解度是40g，现有60℃，硫酸铜饱和溶液100g，保持温度不变，若蒸发掉10g水，求析出CuSO4·5H2O的质量。 13．现有60℃硫酸铜的饱和溶液，加入1g无水硫酸铜粉末，保持温度不变，求析出晶体质量（60℃ S(CuSO4)=40g） 14．已知30℃时，饱和CuSO4溶液的浓度为20%，取60g该饱和溶液蒸发一定量水后，冷却到30℃，析出5克硫酸铜晶体，求蒸发掉水的质量。 15．32℃时，某一价金属元素的硫酸盐的饱和溶液，其浓度为36.3%。取足量的这种饱和溶液，往其中加入2.6g这种无水硫酸盐，结果溶液中析出了21.3g这种硫酸盐的10个结晶水的晶体。通过计算，确定该金属元素的相对原子质量是多少？ 16．在一定温度下，盐M（不含结晶水）的溶解度为S，在此温度下，向一定量M的溶液中加入agM，溶液恰好饱和。如果改用加M·7H2O的结晶水合物，应加入M·7H2O的质量是多少。 [研究性习题] 17．有一种复盐A，其化学式为FeSO4·m(NH4)2SO4·nH2O，将9.6gA同足量浓NaOH溶液共热，产生的氨气用100mL，0.50mol·L-1硫酸吸收，剩余的硫酸再用2.0mol·L-1NaOH溶液中和，需NaOH溶液25.50mL。如已知复盐A中SO42-离子的质量分数为49%，试计算： m=________ n=________ 18．某复盐晶体的化学式为AxB(SO4)y·zH2O。已知x+y+z=10，用此晶体完成以下实验。 （1）称取晶体40.20g，在坩埚中小火加热，至质量不再改变，固体质量减少了10.8g。 （2）将剩余固体全部溶于水配成200mL溶液，取此溶液20mL向其中加入过量的Ba(OH)2溶液，SO42-离子和B的阳离子全部沉淀下来。经过滤、洗涤、烧干得白色固体5.24g。 （3）往沉淀中加入过量盐酸，沉淀减少了0.58g。 试计算确定： （1）A、B各是什么元素？ （2）x的值。 （3）此晶体的化学式。 [能力训练题点拨与解答] 一． 1．D 2．BD 3．BD 4．A 5．D 6．BD 7．B 二． 8． （1）2、16、3，2、6、6、8 （2）Fe3+水解：Fe3++3H2O?Fe(OH)3胶体+3H+生成Fe(OH)3胶体，胶粒的表面积大，吸附能力强，吸附水中悬浮的物质使其沉降，使水澄清达到净水目的。 9． （1）2、1、2，2，2，2，2 （2）①2、1、1，2、1、1、1 ②5、6，6、5、3 （3）解：在给水消毒过程中： 1molCl2质量71g得2mole-还原产物2molCl- 1molClO2质量67.5g得5mole-还原产物1molCl- 都获得1mole-时，消耗Cl2质量35.5g，消耗ClO2质量13.5g。其质量比值
(倍) 提高性训练题点拨与解答: 一． 10．D 11．B 解题思路是温度不变，饱和溶液中溶质与溶剂的质量比不变：
12．解：设析出CuSO4·5H2O质量为x 解法一：按溶质总质量不变解题：（温度不变） 100g×
=x×64%+(100g-10g-x)×
x=8.06g 解法二：按饱和溶液中溶质和溶剂的比例不变（温度不变）
x=8.06g 解法三：按饱和溶液的溶质质量分数不变（温度不变）
x=8.06g 13．解：设析出CuSO4·5H2O质量为x 解法一：按温度不变，饱和溶液溶质质量分数不变
x=2.02g 解法二：按温度不变，饱和溶液中溶质跟溶剂比值不变解题
x=2.02g 解法三：按溶质质量不变解题 设饱和溶液的质量为m m×
+1=(m+1-x)×
+x×64% x=2.02g 14．解：设蒸发掉水的质量为x 解法一：按溶质质量不变解题 60g×20%=(60g-x-5g)×20%+5×64% x=11g 解法二：按温度不变，饱和溶液中溶质跟溶剂的比值不变
x=11g 解法三：按温度不变，饱和溶液溶质质量分数不变
x=11g 15．解：设一价金属为R，其硫酸盐化学式为R2SO4，结晶水合物化学式为R2SO4·10H2O，式量为M+180 解法一：按溶质质量不变解题 maq×36.3%+2.6g=(maq+2.6g-21.3g)×36.3%+21.3g×
M=142 R的相对原子质量=
=23 解法二：饱和溶液中溶质质量分数不变（温度不变）
M=142 R的相对原子质量=23 解法三：饱和溶液中溶质跟溶剂的比值不变（温度没变）
M=142 R的相对原子质量=23 16．解：无水盐M的式量用M表示。用饱和溶液中溶质跟溶剂的量比值不变解题。设加入M·7H2O的质量为x 则有
x=
[研究性习题参考答案] 17．点拨： 在9.6gA中：n(NH4+)=2(0.5mol/L×0.12)-2mol·L-1×0.0255L=0.049mol 设A的相对式量为M
M=392m
m=1 M=392 n=6 答案：m=1 n=6 18．点拨：在40.20g复盐中含0.6mol结晶水 在40.20g复盐中有SO42-离子0.2mol 在40.20g复盐中含0.1molMg2+ 复盐的摩尔质量是402g/mol 答案：（1）A是钾元素K B是镁元素Mg （2）x=2 （3）K2Mg(SO4)2·6H2O 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u

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