无机及分析化学02第二章气体溶液和胶体

Chapter Two 1第二章第二章 气体、溶液和胶体（气体、溶液和胶体（3学时）学时）Chapter Two 2学习要求学习要求：1 1、了解道尔顿分压定律；、了解道尔顿分压定律；2 2、熟悉溶液的组成量度，稀溶液的依数性及其应用；、熟悉溶液的组成量度，稀溶液的依数性及其应用；3 3、了解胶体的基本概念、结构和性质、稳定性与聚沉的、了解胶体的基本概念、结构和性质、稳定性与聚沉的关系。关系。主要讲授内容：主要讲授内容：道尔顿分压定律；基本单元及正确使用，等物质的量道尔顿分压定律；基本单元及正确使用，等物质的量规则，质量分数，摩尔分数，质量浓度，物质的量浓度，规则，质量分数，摩尔分数，质量浓度，物质的量浓度，质量摩尔浓度；溶液蒸气压的下降，沸点升高和凝固点下质量摩尔浓度；溶液蒸气压的下降，沸点升高和凝固点下降，渗透现象、渗透压、渗透压定律；溶胶的性质，胶团降，渗透现象、渗透压、渗透压定律；溶胶的性质，胶团的结构，溶胶的稳定性与聚沉。的结构，溶胶的稳定性与聚沉。Chapter Two 3n气体n溶液n稀溶液的通性n胶体溶液n高分子溶液和乳浊液重点：重点：难点：难点：非电解质稀溶液的通性及其有关计算Chapter Two 41.理想气体理想气体 (Ideal Gas)2.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式气体分子本身没有体积，分子之间也没有相互作用力的气体称为理想气体。(State Equation of Ideal Gas)2.1 气气 体体 (Gas)Chapter Two 5其中，p：气体的压力，Pa V：气体的体积，m3 n：气体的物质的量，molT：热力学温度，K R：摩尔气体常数2.表达式表达式nRTpV Chapter Two 6p=101.325kPaT=273.15KVm=22.41410-3 m33.R的数值的数值标准状况（S.T.P）：Chapter Two 7nTpVR 333101.325 10 Pa22.414 10 m1mol 273.15K=8.314 Pam3mol-1 K-1=8.314 N mmol-1K-1=8.314=8.314 Chapter Two 8a.已知任意三个变量求另一个量已知任意三个变量求另一个量c.确定的气体密度确定的气体密度RTMmpV pVmRTM b.确定气体的摩尔质量确定气体的摩尔质量4.应用应用nRTpV RTRTVmpM3mkg的单位为Chapter Two 9例：一学生在实验室中于例：一学生在实验室中于73.3kPa和和25条条件下收集件下收集250ml气体，分析天平上称得净质量为气体，分析天平上称得净质量为0.118g，求该气体的相对分子质量。，求该气体的相对分子质量。PVmRTM 0.250L73.3kPa298K KmolL8.314kPa0.118g-1-1解：nRTpV 10.16molgChapter Two 101.分压分压当几种不同的气体在同一容器中混合时，如果它们之间不发生反应，按照理想气体模型，它们将互不干扰，每一种气体组分都能均匀地充满整个容器，那么每一组分气体产生的压力叫分压。2.1.2 气体分压定律气体分压定律 Chapter Two 11混合气体的总压力等于混合气体中各组分气体的分压力之和；而某组分气体的分压是指该组分在同一温度下单独占有与混合气体相同体积所产生的压力。2.分压定律分压定律(Partial Pressure of Dalton)Chapter Two 12a.表示式表示式.21pppBBpp或nRTpV（1）理想气体状态方程式不仅适应于单一组分气体理想气体状态方程式也适应混合气体中各组分气体RTnVpBB（2）Chapter Two 13（4）pxpnnpBBB理想气体状态方程式还适应于气体混合物nRTRTnVppVBBBB（3）混合气体中某组分气体的分压等于总压乘以该组分的物质的量分数(摩尔分数)。nnPpBB由式（2）和式（3）得Chapter Two 14某混合物由A，B两组分组成，物质的量分别是nA、nB，那么量分数BAAAnnnxBABBnnnxb.物质的量物质的量分数分数该组分的物质的量占总物质的量的分数。1BA xxChapter Two 152.2.1 溶液的定义溶液的定义溶液溶液：凡两种以上的物质混和形成的均匀稳凡两种以上的物质混和形成的均匀稳 定的分散体系。定的分散体系。气体溶液、固体溶液、液体溶液气体溶液、固体溶液、液体溶液 分散系分为：分散系分为：粗分散系、胶体分散系、小分子粗分散系、胶体分散系、小分子 （见表（见表2-1）或小离子分散系，溶液即最后一种。或小离子分散系，溶液即最后一种。2.2 溶溶 液液Chapter Two 16BBnBcV溶质 的物质的量混合物体积BBAnBbm溶质 的物质的量溶剂的质量总nnxBB溶液溶质mmB总VVBB2.物质的量浓度物质的量浓度(moldm-3)3.质量分数质量分数 4.摩尔分数摩尔分数 5.体积分数体积分数 1.质量摩尔浓度质量摩尔浓度(molkg-1)Chapter Two 17 2.3 稀溶液的通性稀溶液的通性稀溶液的通性：稀溶液的通性：难挥发的非电解质的稀溶液的性质难挥发的非电解质的稀溶液的性质与浓度与浓度(或者是与溶液中的或者是与溶液中的“粒子数粒子数”的多少）有的多少）有关而与溶质的性质无关关而与溶质的性质无关.Ostwald 称其为称其为“依数依数性性”。这些性质包括：这些性质包括：蒸气压下降、沸点升高、凝蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压固点下降及渗透压等等Chapter Two 18饱和蒸气压（饱和蒸气压（p p*）：纯液体和它的蒸气处纯液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气具有的压力叫做该温度于平衡状态时，蒸气具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。下液体的饱和蒸气压。例如例如:20:20时，水的饱和蒸气压为时，水的饱和蒸气压为2339Pa2339Pa；100 100时，饱和蒸气压为时，饱和蒸气压为101.325kPa101.325kPa。Chapter Two 19(1887年，法国物理学家)在一定温度下，难挥发非电解质稀稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压乘以纯溶剂的饱和蒸气压乘以溶剂溶剂的摩尔分数的摩尔分数0001(1)ABABAABxxppxpppx0AAppX0ABppxp：溶液的蒸气压；溶液的蒸气压；：纯溶剂的饱和蒸气压；纯溶剂的饱和蒸气压；XA：溶剂的摩尔分数溶剂的摩尔分数0Ap设溶质的摩尔分数为设溶质的摩尔分数为xB，则：则：p:纯溶剂蒸纯溶剂蒸气压与稀溶液气压与稀溶液蒸气压之差蒸气压之差.55.52BBAABAnnPPPKbn。Chapter Two 20bbbbBTTTKb 是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度。时的温度。沸点上升原因：沸点上升原因：溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的气压溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的气压。设设Tb*为纯溶剂的沸点，为纯溶剂的沸点，Tb为为溶液的沸点，溶液的沸点，Tb为沸点上升值，则为沸点上升值，则Kb：溶剂沸点上升常数溶剂沸点上升常数，决定于，决定于溶剂溶剂的本性。的本性。与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。Kb：溶液的浓度溶液的浓度m=1 mol kg-1时的溶液沸点升高值时的溶液沸点升高值(p25)。bB：质量摩尔浓度：质量摩尔浓度(mol/kg)Chapter Two 21在标准状况下，纯液体蒸气压和它的固相蒸在标准状况下，纯液体蒸气压和它的固相蒸气压相等时的温度。气压相等时的温度。凝固点下降原因：凝固点下降原因：溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压。溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压。ffffBTTTKb设设Tf*为纯溶剂的沸点，为纯溶剂的沸点，Tf为为溶液的沸点，溶液的沸点，Tf为凝固点下降值，为凝固点下降值，则则Kf：溶剂凝固点下降常数溶剂凝固点下降常数，决定于溶剂的本性。，决定于溶剂的本性。与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。Kf：溶液的浓度溶液的浓度m=1 mol kg-1时的溶液凝固点下降值时的溶液凝固点下降值(p25)。bB：质量摩尔浓度：质量摩尔浓度(mol/kg)同理，蒸气压下降的结果导致溶液凝固点下降同理，蒸气压下降的结果导致溶液凝固点下降Chapter Two 22 水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图Chapter Two 232.3.4 溶液的渗透压溶液的渗透压1.1.渗透现象与渗透压渗透现象与渗透压 只允许溶剂的分子通过，不能允许溶质分子通过只允许溶剂的分子通过，不能允许溶质分子通过的膜叫做的膜叫做半透膜半透膜。用半透膜将浓度不等的溶液隔开。用半透膜将浓度不等的溶液隔开,浓度较低一边的溶剂分子透过半透膜进入浓度高的溶浓度较低一边的溶剂分子透过半透膜进入浓度高的溶液一边，使其液面升高的现象叫做液一边，使其液面升高的现象叫做渗透现象渗透现象。Chapter Two 24渗透压渗透压定义：为阻止溶剂分子透过半透膜进入溶液定义：为阻止溶剂分子透过半透膜进入溶液而维持两边液面等高必须在溶液一边需要施加的额而维持两边液面等高必须在溶液一边需要施加的额外压力。外压力。渗透是溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩散渗透是溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩散过程。要使溶液的液面不上升，必须在溶液面上施过程。要使溶液的液面不上升，必须在溶液面上施加一定压力。当施加的压力达到某一值时，能实现加一定压力。当施加的压力达到某一值时，能实现膜的内外液面高度相等。膜的内外液面高度相等。Chapter Two 25 难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度度(moldm-3)及绝对温度成正比及绝对温度成正比。BVn RTBBBnRTc RTb RTV：渗透压：渗透压(Pa）c：浓度：浓度(mol.m-3)T：热力学温度：热力学温度(K)n：溶质的物质的量：溶质的物质的量(mol)V：溶液的体积（：溶液的体积（m3)Chapter Two 262.渗透压在生物学中的意义渗透压在生物学中的意义：生物的细胞膜具有半透膜的性质，渗透压是引起生物的细胞膜具有半透膜的性质，渗透压是引起水在生物体中运动的基本推动力。水在生物体中运动的基本推动力。一般植物细胞汁的渗透压约可达一般植物细胞汁的渗透压约可达2000kPa2000kPa，水分，水分可以从植物的根部被送到数十米高的顶端可以从植物的根部被送到数十米高的顶端 Chapter Two 27M=128.3 g.molM=128.3 g.mol-1-1例：例：把把0.322g萘溶于萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固苯中所得的溶液的凝固 点为点为278.34K，求萘的摩尔质量。求萘的摩尔质量。解：苯的凝固点：解：苯的凝固点：278.50K，Kf=5.10Kmol-1 kg kgMgK100080322.0kg 5.10K.mol16.01-1.1.测定分子的摩尔质量测定分子的摩尔质量Chapter Two 28BffBfmMTKbKm溶 剂 例：为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰例：为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰 点降低到点降低到253K，即即Tf=20.0K，则在每则在每1000g水水 中应加入甘油多少克？中应加入甘油多少克？甘油分子式：甘油分子式：C3H8O3，M（C3H8O3）=92g mol-120.0 92.0 1.0001.86ffTM mmK溶剂 989 gChapter Two 292.3.6 电解质溶液的通性电解质溶液的通性 电解质溶液，或浓度较大的溶液也具有溶液蒸气电解质溶液，或浓度较大的溶液也具有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质。压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质。如海水不易结冰，其凝固点低于如海水不易结冰，其凝固点低于273.15K273.15K，而沸点，而沸点则可高于则可高于373.15K373.15K。工业上或实验室中常用某些易潮解物质，如氯化工业上或实验室中常用某些易潮解物质，如氯化钙、五氧化二磷等作为干燥剂，就是因为这些物质能钙、五氧化二磷等作为干燥剂，就是因为这些物质能使其表面所形成的溶液的蒸气压力显著下降，即这些使其表面所形成的溶液的蒸气压力显著下降，即这些物质能不断地吸收水蒸气。物质能不断地吸收水蒸气。但是，稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的但是，稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。Chapter Two 302.4 胶体溶液胶体溶液2.4.1、分散体系分散体系 一种物质以极小的颗粒（分散质）分散在另一种物一种物质以极小的颗粒（分散质）分散在另一种物质（分散介质）中所组成的体系。质（分散介质）中所组成的体系。分子分散体系分子分散体系 100nm分散系分散系Chapter Two 312.4.2 溶胶溶胶 胶体分散体系在生物界和非生物界都普遍存在，胶体分散体系在生物界和非生物界都普遍存在，在实际生产和生活中占有重要地位。在实际生产和生活中占有重要地位。如在石油、冶金、造纸、橡胶、塑料、纤维、肥如在石油、冶金、造纸、橡胶、塑料、纤维、肥皂等工业部门，以及其他学科如生物学、土壤学、医皂等工业部门，以及其他学科如生物学、土壤学、医学、气象、气象学中都广泛地接触到与胶体分散系有学、气象、气象学中都广泛地接触到与胶体分散系有关的问题。关的问题。固体分散在液体中的一种胶态体系。固体分散在液体中的一种胶态体系。Chapter Two 321.溶胶的光学性质溶胶的光学性质 丁达尔效应丁达尔效应现象：将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线现象：将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线 垂直方向上能观察到一条发亮的光柱。垂直方向上能观察到一条发亮的光柱。原因：光通过溶胶时产生明显的散射作用。原因：光通过溶胶时产生明显的散射作用。Chapter Two 33Chapter Two 34Chapter Two 352.溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质 布朗运动布朗运动现象：在超显微镜下可以看到溶胶中的发光点并非是现象：在超显微镜下可以看到溶胶中的发光点并非是 静止不动，而是在做无休止、无规则的运动。静止不动，而是在做无休止、无规则的运动。原因：分散质粒子不断受到分散剂粒子从各个方向的原因：分散质粒子不断受到分散剂粒子从各个方向的 碰撞。由于粒子热运动的方向和大小无法预测，碰撞。由于粒子热运动的方向和大小无法预测，导致溶胶粒子的运动是无规则的。导致溶胶粒子的运动是无规则的。Chapter Two 36布朗运动布朗运动Chapter Two 373.溶胶的电学性质溶胶的电学性质（1 1）电泳现象：在电场作用下，溶胶体系的溶胶）电泳现象：在电场作用下，溶胶体系的溶胶 粒子在分散剂中能发生定向迁移的现象。粒子在分散剂中能发生定向迁移的现象。（2 2）电渗现象：在电场作用下，固相不动，分散剂）电渗现象：在电场作用下，固相不动，分散剂 定向移动的现象。定向移动的现象。溶胶的电泳和电渗现象统称电动现象。溶胶的电泳和电渗现象统称电动现象。Chapter Two 382.4.3 溶胶离子的带电的原因溶胶离子的带电的原因1.吸附作用吸附作用 溶胶中的固体离子选择吸附与其组成相似的离溶胶中的固体离子选择吸附与其组成相似的离子，导致溶胶离子带电。子，导致溶胶离子带电。2.电离作用电离作用 溶胶表面层的分子电离，导致溶胶离子带电。溶胶表面层的分子电离，导致溶胶离子带电。Chapter Two 391.AgI1.AgI溶胶的结构示意图溶胶的结构示意图 如果在稍过量的稀如果在稍过量的稀KIKI溶液中，慢溶液中，慢慢地加入不过量的慢地加入不过量的AgNOAgNO3 3 溶液，制溶液，制得得AgIAgI胶体的胶团结构为：胶体的胶团结构为：2.4.4 胶团结构胶团结构(溶胶具有扩散双电层结构溶胶具有扩散双电层结构)Chapter Two 40()()xmAgInInx KxKChapter Two 41 如果反过来，在稍过量的如果反过来，在稍过量的AgNOAgNO3 3 溶液中，慢慢溶液中，慢慢加入不过量的加入不过量的KIKI溶液，制得溶液，制得AgIAgI胶体的胶团结构为：胶体的胶团结构为：33()()xmAgInAgnx NOxNO 在吸附层和扩散层形成的双电层间存在着电势在吸附层和扩散层形成的双电层间存在着电势差，称为电势差，称为电势，因该电势与电动现象有关，又叫，因该电势与电动现象有关，又叫电动电势。它是决定溶胶稳定性大小的主要因素。电动电势。它是决定溶胶稳定性大小的主要因素。2.2.氢氧化铁溶胶的结构示意图氢氧化铁溶胶的结构示意图3()()()()()xmFe OHnFeOaqnx ClaqxClaqChapter Two 422.4.5 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉1.1.溶胶的稳定性溶胶的稳定性动力学稳定性：分散质粒子在重力作用下，不会动力学稳定性：分散质粒子在重力作用下，不会 从分散剂中分离出来。从分散剂中分离出来。聚结稳定性：溶胶在放置过程中，不会发生分散聚结稳定性：溶胶在放置过程中，不会发生分散 质粒子的相互聚结而产生沉淀。质粒子的相互聚结而产生沉淀。溶胶虽属热力学不稳定体系，但由于双电层结溶胶虽属热力学不稳定体系，但由于双电层结构的存在使胶粒带电，一方面同种电荷之间相互排构的存在使胶粒带电，一方面同种电荷之间相互排斥，另一方面胶粒的溶剂化膜的保护作用，阻止了斥，另一方面胶粒的溶剂化膜的保护作用，阻止了胶粒间的直接接触，保护了溶胶的稳定性。双电层胶粒间的直接接触，保护了溶胶的稳定性。双电层越厚，胶团越稳定。越厚，胶团越稳定。Chapter Two 43 少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电解质的存在对溶胶起破坏作用解质的存在对溶胶起破坏作用(聚沉聚沉)。电解质中与胶粒带相反电荷的离子进入吸附层，电解质中与胶粒带相反电荷的离子进入吸附层，会减少胶粒的带电量会减少胶粒的带电量 （即降低（即降低电位），使扩散电位），使扩散层变薄。层变薄。使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小电解质的物质的量浓度，称为电解质的物质的量浓度，称为电解质对溶胶的聚沉电解质对溶胶的聚沉值值。反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反。反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关：聚沉值与反离子价数的离子价数有关：聚沉值与反离子价数的6 6次方成反次方成反比。这叫舒尔采比。这叫舒尔采-哈迪规则。哈迪规则。（1 1）电解质对溶胶的聚沉的影响）电解质对溶胶的聚沉的影响2.2.溶胶的聚沉溶胶的聚沉Chapter Two 44（2）相互聚沉现象相互聚沉现象 将两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互将两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶会发生相互聚结而产生沉淀。混合，溶胶会发生相互聚结而产生沉淀。溶胶的互聚原则：等电量原则。溶胶的互聚原则：等电量原则。（3）适当加热适当加热 适当加热也会减弱离子的吸附作用和水适当加热也会减弱离子的吸附作用和水化程度，促使溶胶凝聚。化程度，促使溶胶凝聚。Chapter Two 452.5 高分子和乳浊液高分子和乳浊液2.5.1 高分子溶液高分子溶液1.高分子溶液的特性高分子溶液的特性Chapter Two 46Chapter Two 472.高分子溶液的盐析和保护作用高分子溶液的盐析和保护作用Chapter Two 48Chapter Two 492.5.2 乳浊液乳浊液Chapter Two 50下次课讲授内容：下次课讲授内容：第三章第三章 化学热力初步（化学热力初步（4 4学时）学时）