普通化学气体和溶液ppt课件

普通化学气体和溶液1普通化学气体和溶液11.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式1.2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用1.3 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律1.4 道尔顿理想气体分压定律的应用道尔顿理想气体分压定律的应用第一节第一节 气气 体体21.1 理想气体状态方程式1.2 理想气体状态方程式式中：式中：p:气体的压力，单位是气体的压力，单位是 Pa或或 kPa;V:气体体积，单位气体体积，单位 L(m3);n:是气体物质的量，单位是气体物质的量，单位 mol；T:气体温度，单位气体温度，单位 K;R:摩尔气体常数，摩尔气体常数，R8.314 kPa Lmol-1K-1。理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：pV=nRT 从从17 世纪中期开始，经过百余年的努力，人们最终确立世纪中期开始，经过百余年的努力，人们最终确立了描述理想气体状态的四个物理量之间的关系，即了描述理想气体状态的四个物理量之间的关系，即 在通常温度（如不低于在通常温度（如不低于273K）和压力（不高于数百千帕）和压力（不高于数百千帕）的条件下，理想气体的状态方程对大多数气体都适用。的条件下，理想气体的状态方程对大多数气体都适用。1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式3式中：理想气体状态方程式：pV=nRT 从17 世 人们将符合理想气体状态方程式的气体，人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为称为理想气体理想气体。特点：特点：1.理想气体分子之间没有相互吸引和排斥作用；理想气体分子之间没有相互吸引和排斥作用；2.分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可 以忽略。以忽略。3.理想气体是人为的气体模型，实际并不存在。理想气体是人为的气体模型，实际并不存在。低压、高温下的真实气体可近似看作低压、高温下的真实气体可近似看作理想气体理想气体4 人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。产生偏差的主要原因：气体分子本身的体积的影响；分子间力的影响。真实气体与理想气体的偏差真实气体与理想气体的偏差5理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。产生偏差2.气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算1.2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用1.计算计算 p，V，T，n 四个物理量之一。四个物理量之一。适用范围：温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT62.气体摩尔质量的计算1.2 理想气体状态方程式的应r=m/V3.气体密度的计算气体密度的计算7=m/V3.气体密度的计算7组分气体组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。1.3 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律8组分气体：1.3 道尔顿理想气体分压定律8道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。p=p1+p2+或 p=pB n=n1+n2+9道尔顿理想气体分压定律 混合气体的总压等于混合气体B组分气体分压的求解：x B B的摩尔分数10B组分气体分压的求解：x B B的摩尔分数101.4 分压定律的实际应用分压定律的实际应用计算气体混合物中各组分气体分压111.4 分压定律的实际应用计算气体混合物中各组分气体分压 例题例题:在在25、99.43kPa下，以排水集气法在水下，以排水集气法在水面上收集到的氢气体积为面上收集到的氢气体积为0.4006L，计算在同样温度、，计算在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V 和和N。已知。已知 25时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为3.17kPa解：解：T=(273+25)K=298K p=99.438kPa V=4.16L 298K 时，时，p(H2O)=3.17kPa P（H2）=P（总）（总）-P（H2O）=96.26 kPa12 例题:在25、99.43kPa下，以排水集气法在 一、液体的蒸气压第二节第二节 液液 体体 液体在一定的温度、压力下，可以转变为气体，液体转变液体在一定的温度、压力下，可以转变为气体，液体转变为气体的过程称为液体的气化，为气体的过程称为液体的气化，蒸发蒸发和和沸腾沸腾是液体气化的两种形式。是液体气化的两种形式。液体分子脱离液体表面变为气体的过程叫做液体分子脱离液体表面变为气体的过程叫做蒸发蒸发；当温度增加到蒸气压等于外界压力时，气化不仅在液面当温度增加到蒸气压等于外界压力时，气化不仅在液面上进行，并且也在液体的内部发生。内部液体的气化产上进行，并且也在液体的内部发生。内部液体的气化产生了大量气泡上升到液面，气泡破裂，逸出液体，这种生了大量气泡上升到液面，气泡破裂，逸出液体，这种现象叫做现象叫做沸腾沸腾。13 一、液体的蒸气压第二节 液 体 液体在一定的温 在一定温度下，当液体与其蒸气达到液、气在一定温度下，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两相平衡时，液面上方的蒸气称为饱和蒸气饱和蒸气，饱，饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的饱和蒸饱和蒸气压气压，简称，简称蒸气压蒸气压。纯水的蒸气压示意图纯水的蒸气压示意图 H2O(l)H2O(g)液体分子脱离其表液体分子脱离其表面的汽化速度面的汽化速度气体分子回到液体中气体分子回到液体中的凝结速度的凝结速度14 在一定温度下，当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时，液 液体的蒸气压等于外压时的温度称为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。液液体体的的沸沸点点与与外外压压有有关关，外外压压越越大大，沸沸点点就就越越高高。液体在液体在101.325 kPa 下的沸点称为下的沸点称为正常沸点正常沸点。固体物质也具有一定的蒸气压（固体饱和蒸气压）固体物质也具有一定的蒸气压（固体饱和蒸气压）。但一般情况下，固体的蒸气压较小。但一般情况下，固体的蒸气压较小。固态物质与液态物质达于平衡状态时的的温度称固态物质与液态物质达于平衡状态时的的温度称为为液体的凝固点（液体的冰点或固体的的熔点）液体的凝固点（液体的冰点或固体的的熔点）。15 液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点。1.蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压，不同的物质有不同纯净物质具有一定的蒸气压，不同的物质有不同的蒸气压。的蒸气压。2.蒸气压与温度有关。温度升高，蒸气压增大。蒸气压与温度有关。温度升高，蒸气压增大。3.固体也具有一定的蒸气压固体也具有一定的蒸气压，温度升高，固体，温度升高，固体的蒸气压增大。的蒸气压增大。4.蒸气压大的称为易挥发性物质，蒸气压小的蒸气压大的称为易挥发性物质，蒸气压小的称为难挥发性物质。称为难挥发性物质。16 1.蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下 2.表表11 不同温度下水的蒸汽压不同温度下水的蒸汽压T/K p/kPa T/K p/kPa 2732782832933033133230.610 60.871 91.227 92.338 54.242 37.375 412.333 633334335336337342319.918 335.157 447.342 670.100 1101.324 7476.026 217表11 不同温度下水的蒸汽压T/K 图图11 不同温度下液体的蒸汽压不同温度下液体的蒸汽压18 图11 不同温度下液体的蒸汽压18表表12 不同温度下冰的蒸汽压不同温度下冰的蒸汽压T/K p/kPa T/K p/kPa 2482532582630.063 50.103 50.165 30.260 02682722730.401 30.562 60.610 619表12 不同温度下冰的蒸汽压T/K 为表示水的气、液、固三态之间的平衡关系，以为表示水的气、液、固三态之间的平衡关系，以P P为纵坐为纵坐标，标，T T为横坐标，给出体系状态与为横坐标，给出体系状态与T T、P P之间的关系图，这种之间的关系图，这种图称图称相图相图或或状态图状态图。OA线水的蒸汽压曲线。OB线 固液平衡线。OC线 冰的蒸汽压曲线。O点 三相点，水的三相点 T=100,P=611Pa。液相区液相区 气相区气相区固相区固相区 水的相变和相图水的相变和相图20 为表示水的气、液、固三态之间的平衡关系，以P为3.1 分散系基本概念分散系基本概念3.2 分散系的分类分散系的分类第三节第三节 分分 散散 系系213.1 分散系基本概念3.2 分散系的分类第三节 分散系基本概念分散系基本概念分散系分散系分散系分散系：由一种或多种物质分散在其它一种：由一种或多种物质分散在其它一种 物质中所构成的系统。物质中所构成的系统。分散质分散质分散质分散质：被分散的物质，处于分割成粒子的：被分散的物质，处于分割成粒子的 不连续状态。不连续状态。分散剂分散剂分散剂分散剂：分散其它物质的物质，处于连续状态。：分散其它物质的物质，处于连续状态。22分散系基本概念分散系：由一种或多种物质分散在其它一种分散质：分散系的分类分散系的分类 在分散系内，分散质和分散剂可以是在分散系内，分散质和分散剂可以是 s，l，g，1.按分散质和分散剂的聚集状态，可以分为按分散质和分散剂的聚集状态，可以分为9类：类：分散质分散剂名称实例气液固气气气气气溶胶液气溶胶固气溶胶空气、混合气体云、雾烟、大气中粉尘气液固液液液泡沫乳状液溶胶汽水、泡沫牛奶、农药乳浊液泥浆、卤化银溶胶气液固固固固固体泡沫固体乳剂固体悬浮剂馒头、泡沫塑料珍珠、肉冻合金、；有色玻璃23分散系的分类 在分散系内，分散质和分散剂可以是 s分子或离子分散系（粒子直径小于1nm）胶体分散系（粒子直径在1-100nm之间）粗分散系（粒子直径大于100nm）低分子溶液（分散质是小分子）高分子溶液(分散质是大分子)胶体溶液(分散质是分子的小集合体)浊液（分散质是分子的大集合体）最稳定很稳定稳定不稳定电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在一般显微镜可见能透过半透膜能透过滤纸,不能透过半透膜不能透过滤纸单相体系多相体系2.按分散质粒子大小分类的分散系按分散质粒子大小分类的分散系24分子或离子分散系胶体分散系粗分散系低分子溶液高分子溶液(分散相：相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。在多相体系中相与相有明显的界面。25相：25相：相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。在多相体系中相与相有明显的界面。26相：26分子或离子分散系（粒子直径小于1nm）胶体分散系（粒子直径在1-100nm之间）粗分散系（粒子直径大于100nm）低分子溶液（分散质是小分子）高分子溶液(分散质是大分子)胶体溶液(分散质是分子的小集合体)浊液（分散质是分子的大集合体）最稳定很稳定稳定不稳定电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在一般显微镜可见能透过半透膜能透过滤纸,不能透过半透膜不能透过滤纸单相体系多相体系2.按分散质粒子大小分类的分散系按分散质粒子大小分类的分散系27分子或离子分散系胶体分散系粗分散系低分子溶液高分子溶液(分散4.1 物质的量浓度物质的量浓度4.2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度第四节第四节 溶液的组成标度溶液的组成标度4.3 摩尔分数摩尔分数4.4 质量分数质量分数4.5 质量浓度质量浓度4.6 几种几种溶液的组成标度间的换算溶液的组成标度间的换算284.1 物质的量浓度4.2 质量摩尔浓度第四节 溶 Amount of substance concentration定义：定义：溶质溶质B的物质的量除以混合物体积。的物质的量除以混合物体积。单位：单位：molL1；mmol L1;mol L1;nmol L1表示式：表示式：cB=nB/V注意事项：需要指明基本单元注意事项：需要指明基本单元使用范围：已知使用范围：已知(相对相对)分子量的物质分子量的物质1.物质的量浓度物质的量浓度29 Amount of substance co2.质量摩尔浓度质量摩尔浓度（molality）定义：定义：溶液中所含溶质溶液中所含溶质B的物质的量除以溶剂的质量。的物质的量除以溶剂的质量。单位：单位：mol kg1表示式：表示式：bB=nB/mA使用优点：不受温度影响使用优点：不受温度影响使用局限：不易称量使用局限：不易称量302.质量摩尔浓度（molality）定义：溶液中所含溶质B3.摩尔分数（摩尔分数（mole fraction）定义：定义：B物质的量与混合物的物质的量之比。物质的量与混合物的物质的量之比。单位：单位：1常用符号：常用符号：xA=nA/(nA+nB)xB=nB/(nA+nB)nA+nB=1313.摩尔分数（mole fraction）定义：B物质的量4.质量分数质量分数定义：定义：B物质的质量与混合物质量之比，物质的质量与混合物质量之比，表示相同质量单位物质的相对含量。表示相同质量单位物质的相对含量。单位：单位：1表示式：表示式：B=mB/（mA+mB）表示方法：分数或者小数表示方法：分数或者小数举例：举例：硫酸硫酸=98%or 0.98 324.质量分数定义：B物质的质量与混合物质量之比，325.质量浓度质量浓度定义定义:B物质的质量与混合物体积之比。物质的质量与混合物体积之比。符号符号:B单位：单位：Kg/m 3;gL1；mg L1;g L1表示式：表示式：B=mB/V表示方法：分数或者小数表示方法：分数或者小数举例：举例：NaCl =9 g L1335.质量浓度定义:B物质的质量与混合物体积之比。33体积分数体积分数定义：定义：B组分的分体积与混合物体积的比值。组分的分体积与混合物体积的比值。符号：符号：单位：单位：1表示方法：分数或者小数表示方法：分数或者小数举例：举例：乙醇乙醇 0.75 or 75%jBj34体积分数定义：B组分的分体积与混合物体积的比值。jBj346.几种几种溶液的组成标度间的换算溶液的组成标度间的换算（1 1）.cB 与与B间的换算间的换算cB=nB/V=mB/MBV=mB /MBm=B /MB（2 2）.cB 与与 bB 间的换算间的换算cB=nB/V=nB /m .=bB 对于极稀的水溶液对于极稀的水溶液 1 cB bB356.几种溶液的组成标度间的换算（1）.cB 与B间的换5.1 稀溶液蒸气压下降稀溶液蒸气压下降第五节第五节 溶液的依数性溶液的依数性5.4 溶液的渗透压溶液的渗透压5.2 稀溶液沸点升高稀溶液沸点升高5.3 稀溶液凝固点下降稀溶液凝固点下降365.1 稀溶液蒸气压下降第五节 溶液的依数性5.4 1.稀溶液蒸气压下降稀溶液蒸气压下降(1)水的蒸汽压水的蒸汽压 vapor pressure371.稀溶液蒸气压下降(1)水的蒸汽压 vapor p(1)水的蒸汽压水的蒸汽压 vapor pressure(2)稀溶液的蒸汽压下降稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering38(1)水的蒸汽压 vapor pressure38溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为：溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为：1 1）溶液表面被溶质微粒所占据，减少溶剂蒸发的机会。）溶液表面被溶质微粒所占据，减少溶剂蒸发的机会。2 2）溶质分子与溶剂分子发生的溶剂化作用，也减少溶剂蒸发）溶质分子与溶剂分子发生的溶剂化作用，也减少溶剂蒸发的机会。的机会。39溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为：39结果：结果：稀溶液溶剂蒸稀溶液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中气相发得慢，体系中气相分子数目少，故稀溶分子数目少，故稀溶液蒸汽压总是低于纯液蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压：溶剂的蒸汽压：对溶液来讲对溶液来讲,蒸气蒸气压大于压大于P,P,液化；蒸气液化；蒸气压小于压小于P,P,汽化。汽化。P PP0P=P=P0 xBP 表示溶液的蒸汽压下降。表示溶液的蒸汽压下降。43 对于只有一种溶质的稀溶液，设xB为溶质的物质的 在稀溶液中：在稀溶液中：（nA nB）若取若取 mA 溶剂，则溶剂，则按质量摩尔浓度定义，在数值上按质量摩尔浓度定义，在数值上P=K bBbB=nB/mAnA=mA/MAP=P0 xB=P P0 0 M MA A bBK:K:质量摩尔蒸汽压下降常数，质量摩尔蒸汽压下降常数，仅与溶剂种类有关。仅与溶剂种类有关。44 在稀溶液中：（nA nB）若取 mA 溶剂，则按质适用条件：适用条件：难挥发非电解质的稀溶液。难挥发非电解质的稀溶液。?易挥发易挥发非电解质的稀溶液。非电解质的稀溶液。?难挥发难挥发电解质电解质的稀溶液。的稀溶液。?难挥发非电解质的难挥发非电解质的浓溶液浓溶液。45适用条件：?易挥发非电解质的稀溶液。452.稀溶液的沸点升高稀溶液的沸点升高(Boiling point elevation)462.稀溶液的沸点升高(Boiling point e2.稀溶液的沸点升高稀溶液的沸点升高(Boiling point elevation)沸点升高与质量沸点升高与质量摩尔浓度的关系摩尔浓度的关系 b=KbbB472.稀溶液的沸点升高(Boiling point e3.稀溶液的凝固点下降稀溶液的凝固点下降 (freezing point depression)凝固点：凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。的温度。纯水的凝固点（纯水的凝固点（273.15K）又称为冰点。）又称为冰点。溶液的凝固点：溶液的凝固点：指刚有指刚有溶剂溶剂固体析出时的温度。固体析出时的温度。483.稀溶液的凝固点下降 凝固点：物质的固、液两3.稀溶液的凝固点下降稀溶液的凝固点下降 (freezing point depression)493.稀溶液的凝固点下降493.稀溶液的凝固点下降稀溶液的凝固点下降 (freezing point depression)凝固点下降与质量凝固点下降与质量摩尔浓度的关系摩尔浓度的关系 f =Kf bB503.稀溶液的凝固点下降凝固点下降与质量 f =Kf4 稀溶液的渗透压稀溶液的渗透压 （Osmotic pressure of dilute solution）4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）档板档板实验实验 1 1浓糖水浓糖水纯水纯水514 稀溶液的渗透压 （Osmotic press4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）稀糖水稀糖水实验实验 1 1液面不变液面不变4 稀溶液的渗透压稀溶液的渗透压 （Osmotic pressure of dilute solution）524.1 渗透现象（Osmosis）稀糖水实验 1液面不变44.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）液面不变液面不变稀糖水稀糖水实验实验 1 1半透膜半透膜实验实验 2 2 纯水纯水浓糖水浓糖水可以允许小分子自由通过可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。而不允许大分子通过的薄膜。534.1 渗透现象（Osmosis）液面不变稀糖水实验 1半4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）液面不变液面不变稀糖水稀糖水实验实验 1 1半透膜半透膜实验实验 2 2 纯水纯水稀糖水稀糖水液面下降液面下降液面上升液面上升h544.1 渗透现象（Osmosis）液面不变稀糖水实验 1半4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）554.1 渗透现象（Osmosis）554 稀溶液的渗透压稀溶液的渗透压 （Osmotic pressure of dilute solution）4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）（1）定义：定义：一种通过半透膜进行的扩散现象。一种通过半透膜进行的扩散现象。564 稀溶液的渗透压 （Osmotic press4.1 渗透现象渗透现象（Osmosis）可以允许小分子自由通过可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。而不允许大分子通过的薄膜。574.1 渗透现象（Osmosis）可以允许小分子自由通过5h58h584.2 渗透压渗透压（Osmotic Pressure）（1）定义定义:使渗透作用达到平衡所需施加的最小压力。使渗透作用达到平衡所需施加的最小压力。594.2 渗透压（Osmotic Pressure）（1）定1%1%蔗糖溶液在不同温度的渗透压蔗糖溶液在不同温度的渗透压 温度温度 T/K 渗透压渗透压/kPa 273 0.648 287 0.691295 0.721309 0.746（2）渗透压的影响因素）渗透压的影响因素0 0 时不同浓度蔗糖溶液的渗透压时不同浓度蔗糖溶液的渗透压溶液浓度溶液浓度c/molm-3 渗透压渗透压/kPa 10.03 0.6820.14 1.3440.60 2.7561.38 4.04逐渐增大逐渐增大逐渐升高逐渐升高逐渐增大逐渐增大逐渐增大逐渐增大温度一定时，温度一定时，溶液的渗透压与浓度成正比。溶液的渗透压与浓度成正比。C(molm-3)浓度一定时，浓度一定时，溶液渗透压与温度成正比。溶液渗透压与温度成正比。T(K)601%蔗糖溶液在不同温度的渗透压 温度 T/K 范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff)方程式方程式 V=nBRT =RTnB/v范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff)方程式方程式 =cBRT范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff)方程式方程式 =bBRT蒸汽压下降：蒸汽压下降：p =KbB 沸沸 点点 升升 高：高：Tb=KbbB 凝固点下降：凝固点下降：Tf =KfbB对于极稀的水溶液对于极稀的水溶液 1 cB bB61范特霍夫(Vant Hoff)方程式 V=nBR例题例题：有一蛋白质的饱和溶液，每升含有蛋白质有一蛋白质的饱和溶液，每升含有蛋白质5.18g。已知在已知在293.15K时，溶液的渗透压为时，溶液的渗透压为0413kPa。求算此蛋白质的摩尔质量。求算此蛋白质的摩尔质量。4.3 渗透压的实际应用渗透压的实际应用（1 1）在科研中的应用）在科研中的应用=5.18g 8.315 103Pa Lmol-1 K-1 293.15K413Pa 1L=3.06 104 gmol-1解解:根据公式根据公式 =CBRTMB=RTmB/(V)=RTnB/V=RTmB/(MBV)62例题：有一蛋白质的饱和溶液，每升含有蛋白质5.18g。4.3医学上，正常人血浆的渗透压为医学上，正常人血浆的渗透压为 721 824 kPa（1 1）在科研中的应用）在科研中的应用4.3 渗透压的实际应用渗透压的实际应用高渗溶液高渗溶液低渗溶液低渗溶液等渗溶液等渗溶液（2）在生物体中的应用在生物体中的应用63医学上，正常人血浆的渗透压为 721 824 kPa（16464 海水海水 淡水淡水p P 反渗透法海水淡化反渗透法海水淡化半透膜半透膜（3 3）在工业上的应用）在工业上的应用 反渗透技术：反渗透技术：反渗透技术：反渗透技术：在浓度较大溶液一侧加上比其渗透压还要大的压力，在浓度较大溶液一侧加上比其渗透压还要大的压力，迫使溶剂从高浓度溶液向低浓度溶液扩散，从而达迫使溶剂从高浓度溶液向低浓度溶液扩散，从而达 到浓缩溶液目的的方法。到浓缩溶液目的的方法。4.3 渗透压的实际应用渗透压的实际应用（2）在生物体中的应用在生物体中的应用（1 1）在科研中的应用）在科研中的应用65 海水 淡水p P 反渗透法海666667676.1 胶体溶液胶体溶液6.2 表面吸附表面吸附第六节第六节 胶体溶液胶体溶液6.3 溶胶的制备与性质溶胶的制备与性质6.5 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉6.4 胶团的结构胶团的结构686.1 胶体溶液6.2 表面吸附第六节 胶体溶液6分子或离子分散系（粒子直径小于1nm）胶体分散系（粒子直径在1-100nm之间）粗分散系（粒子直径大于100nm）低分子溶液（分散质是小分子）高分子溶液(分散质是大分子)胶体溶液(分散质是分子的小集合体)浊液（分散质是分子的大集合体）最稳定很稳定稳定不稳定电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在一般显微镜可见能透过半透膜能透过滤纸,不能透过半透膜不能透过滤纸单相体系多相体系按分散质粒子大小分类的分散系按分散质粒子大小分类的分散系6.1 胶体溶液胶体溶液69分子或离子分散系胶体分散系粗分散系低分子溶液高分子溶液(分散 S S（总表面积）（总表面积）s=s=V V（总体积）（总体积）比表面积：单位体积的表面积，用符号比表面积：单位体积的表面积，用符号s s表示。表示。6.1 胶体溶液胶体溶液70 S（总表面积）比表面积：单位体积的表面表面能：表面能：液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。的这部分能量称为体系的表面能。6.2 表面吸附表面吸附凝聚和凝聚和吸附吸附是两种是两种降低表面能的途径。降低表面能的途径。一种物质自动浓集到另一种物质自动浓集到另一物质表面上的过程一物质表面上的过程叫叫吸附吸附。其中有吸附能。其中有吸附能力的物质称为吸附剂力的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附被吸附的物质称为吸附质。质。71表面能：6.2 表面吸附凝聚和吸附是两种一种物质自动浓集 对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，其表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体其表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。一般可采用两种途径：一般可采用两种途径：一是减小表面积使表面能减小，如小液滴可自发聚集一是减小表面积使表面能减小，如小液滴可自发聚集成大液滴；成大液滴；二是通过表面吸附其它质点来降低其表面能。二是通过表面吸附其它质点来降低其表面能。为什么存在表面吸附？为什么存在表面吸附？72 对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，其表举例：土壤中的表面吸附过程：举例：土壤中的表面吸附过程：施氮肥：施氮肥：根系分泌出根系分泌出H+：NH4+进入土壤溶液作为养分。进入土壤溶液作为养分。73举例：土壤中的表面吸附过程：736.3 溶胶的制备与性质溶胶的制备与性质6.3.1 6.3.1 溶胶的制备溶胶的制备 （1 1）分散法）分散法 研研磨磨法法是是用用胶胶体体磨磨把把大大颗颗粒粒固固体体磨磨细细，在在研研磨磨的的同同时时加加入入丹丹宁宁或或明明胶胶做做稳稳定定剂剂。工工业业用用的的胶胶体体石石墨墨、颜颜料料、医用硫溶胶等都是用胶体磨磨制成的。医用硫溶胶等都是用胶体磨磨制成的。（2）凝集法凝集法 化化学学凝凝集集法法是是利利用用化化学学反反应应使使产产物物凝凝集集而而形形成成溶溶胶胶。在在溶溶液液中中进进行行的的复复分分解解、水水解解、氧氧化化还还原原等等反反应应，只只要要有有一一种种产产物物的的溶溶解解度度较较小小，就就可可以以控控制制反反应应条条件件使使该该产产物物凝凝集集而而得得到溶胶。到溶胶。一一般般来来说说，在在制制备备溶溶胶胶时时，反反应应物物的的浓浓度度要要比比较较稀稀，反反应物混合要比较缓慢，其中的一种反应物要稍有过量。应物混合要比较缓慢，其中的一种反应物要稍有过量。改换溶剂法改换溶剂法是利用分散质在两种不同分散剂中的溶解度是利用分散质在两种不同分散剂中的溶解度相差悬殊的特点制备溶胶。相差悬殊的特点制备溶胶。746.3 溶胶的制备与性质6.3.1 溶胶的制备 （1）1869 年，英国物理学家年，英国物理学家 Tyndall发现：发现：在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象这种现象就称为就称为 Tyndall 现象现象。（1）溶胶的光学性质溶胶的光学性质 Tyndall 现象现象6.3.2 6.3.2 溶胶的性质溶胶的性质75 1869 年，英国物理学家 Tyndall发 光学原理光学原理：溶胶的分散质粒子的直径在溶胶的分散质粒子的直径在1100 nm之间，小于可见光的波长（之间，小于可见光的波长（400760 nm)，因，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall 现象。现象。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图丁达尔效应示意图光源光源凸透镜凸透镜光锥光锥 在溶液中，溶质颗粒太小（在溶液中，溶质颗粒太小（1010-9-9 m m）,光的光的散射极弱，看不到丁达尔效应。散射极弱，看不到丁达尔效应。76 光学原理：溶胶的分散质粒子的直径在1100 7777（2）溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质Brown运动运动 在超显微镜下观察时，可以看到溶胶的在超显微镜下观察时，可以看到溶胶的分散质粒子在分散剂中不停地做不规则的折线分散质粒子在分散剂中不停地做不规则的折线运动，这种运动称为运动，这种运动称为 Brown运动运动。78（2）溶胶的动力学性质Brown运动 在超显布朗运动产生的原因布朗运动产生的原因：分散质粒子本身处于不断的热运动中。分散质粒子本身处于不断的热运动中。分散剂分子对分散质粒子的不断撞击，其合分散剂分子对分散质粒子的不断撞击，其合力不为零而引起的。力不为零而引起的。液体分子对溶胶粒子的撞击液体分子对溶胶粒子的撞击 粗分散系粗分散系 溶溶胶胶的的分分散散质质粒粒子子由由于于 Brown 运运动动，能能自自动动地地从从浓浓度度较高处移向浓度较低处，这种现象称为较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩散扩散。在在生生物物体体内内，扩扩散散是是物物质质输输送送或或物物质质分分子子通通过过细细胞胞膜膜的推动力之一。的推动力之一。79布朗运动产生的原因：液体分子对溶胶粒子的撞击 粗分散系 （3）溶胶的电学性质溶胶的电学性质电泳和电渗电泳和电渗A A：电泳：电泳：电泳管示意图电泳管示意图直流电直流电电泳管中电泳管中:Fe(OH)3溶胶向负溶胶向负极移动，说明极移动，说明 Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带溶胶中分散质粒子带正电荷。正电荷。在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。80（3）溶胶的电学性质电泳和电渗A：电泳：电泳管示意图电泳时，不仅胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒电泳时，不仅胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒对应带相反电荷的离子向另一电极移动。对应带相反电荷的离子向另一电极移动。胶体微粒的移动说明胶粒是带电的，且有正负之分。胶体微粒的移动说明胶粒是带电的，且有正负之分。胶粒带正电胶粒带正电称为正溶胶称为正溶胶,如：一般金属氢氧化物的如：一般金属氢氧化物的溶胶溶胶，向直流电源负极（阴）移动；，向直流电源负极（阴）移动；胶粒带负电胶粒带负电称为负溶胶称为负溶胶,如：土壤、硫化物、硅酸、如：土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶金、银、硫等溶胶，则向直流电源正极（阳）移动；，则向直流电源正极（阳）移动；由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。电荷）。81电泳时，不仅胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒对应带相反电荷的 胶粒带电的原因胶粒带电的原因 ：1、吸附作用：吸附作用：胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的 离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的 离子优先被吸附。离子优先被吸附。2、离解作用：离解作用：胶粒与溶液中的分散剂接触时，表面分子胶粒与溶液中的分散剂接触时，表面分子 发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶 粒带电。粒带电。例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多 xSiO2yH2O 分子组成的，分子组成的，表面上的表面上的 H2SiO3 分子在水分子作用下发生解离：分子在水分子作用下发生解离：如如 Fe(OH)3溶胶：溶胶：Fe(OH)3mnFeO+FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HCl Fe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2O FeOCl=FeO+Cl-82 胶粒带电的原因：如 Fe(OH)3溶胶：电泳电泳 是介质不动，胶粒运动。是介质不动，胶粒运动。B B：电渗：电渗：胶粒设法固定不动，分散剂在电场中作胶粒设法固定不动，分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。定向移动的现象称为电渗。83电泳 是介质不动，胶粒运动。B：电渗：胶粒设法固定不动，分6.4 胶团的结构胶团的结构 以以AgI为例：为例：AgNO3+KI=AgI+KNO3当当KIKI过量时，胶粒带负电荷过量时，胶粒带负电荷 ，胶团结构如下：，胶团结构如下：(AgI)m n I-(n-x)K+x-x K+胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 吸附层吸附层 扩散层扩散层 胶粒胶粒 胶团胶团 846.4 胶团的结构 以AgI为例：(AgI)m I胶核胶核(AgI)(AgI)m mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+吸附吸附层扩 散散 层胶粒胶粒胶胶团团85I胶核(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-当当AgNO3 过量时，过量时，分散质带正电荷，胶团结构如下：分散质带正电荷，胶团结构如下：（AgI)m n Ag+(n-x)NO3-x+x NO3-86当AgNO3 过量时，分散质带正电荷，胶团结构如下：86Fe(OH)3溶胶：溶胶：Fe(OH)3m n FeO+(n-x)Cl-x+xCl-As2S3溶胶：溶胶：（As2S3）m n HS-(n-x)H+x-x H+硅酸溶胶：硅酸溶胶：（SiO2)m n HSiO3-(n-x)H+x-x H+胶粒带电，胶团不带电胶粒带电，胶团不带电（电中性）（电中性）87Fe(OH)3溶胶：As2S3溶胶：硅酸溶6.5 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉 溶胶具有一定的稳定性，其原因如下：溶胶具有一定的稳定性，其原因如下：(1)动力学稳定性动力学稳定性：Brown 运动：溶胶的胶粒的直运动：溶胶的胶粒的直径径 很小，很小，Brown 运动剧烈，能克服运动剧烈，能克服 重力引起的沉降作用。重力引起的沉降作用。(2)聚集稳定性：聚集稳定性：同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，由于静电作用相互当彼此接近时，由于静电作用相互 排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶 粒之间静电斥力就越大，溶胶就越粒之间静电斥力就越大，溶胶就越 稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳 定存在的主要原因。定存在的主要原因。6.5.1 溶胶的稳定性溶胶的稳定性886.5 溶胶的稳定性和聚沉 溶胶具有一（3）溶剂化作用：）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都溶胶的吸附层和扩散层的离子都 是水化的（如为非水溶剂，则是是水化的（如为非水溶剂，则是 溶剂化的），在水化膜保护下，溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越稳定。水化膜越厚，胶粒就越稳定。89（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都896.5.2 溶胶的聚沉和保护溶胶的聚沉和保护电解质对溶胶的聚沉作用电解质对溶胶的聚沉作用（1）溶胶的聚沉）溶胶的聚沉（注意：胶体的聚沉是不可逆的注意：胶体的聚沉是不可逆的）。在溶胶中加入易溶强电解质，将使更多的反离在溶胶中加入易溶强电解质，将使更多的反离子进入扩散层，减少了胶粒所带电荷，使水化膜变子进入扩散层，减少了胶粒所带电荷，使水化膜变薄，使胶粒的薄，使胶粒的 运动足以克服胶粒之间的静电运动足以克服胶粒之间的静电斥力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合并变大，斥力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合并变大，最终从溶胶中聚沉下来。最终从溶胶中聚沉下来。906.5.2 溶胶的聚沉和保护电解质对溶胶的聚沉作用 电解质对溶胶的聚沉规律为：电解质对溶胶的聚沉规律为：a.a.电电解解质质对对溶溶胶胶的的聚聚沉沉作作用用，主主要要是是由由与与胶胶粒粒带带相相反反电电荷荷的的离离子子（反反离离子子）引引起起的的。反反离离子子所所带带电电荷越多，其聚沉能力越大。荷越多，其聚沉能力越大。b.b.带带相相同同电电荷荷的的离离子子的的聚聚沉沉能能力力虽虽然然接接近近，但但也也略略有有不不同同。对对负负溶溶胶胶来来说说，其其聚聚沉沉能能力力的的相相对对大大小小为：为：Cs+Rb+K+Na+Li+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为：Cl-Br-NO3I-感胶离子序感胶离子序感胶离子序感胶离子序91 电解质对溶胶的聚沉规律为：a.电解 c.有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离子）都有较强的聚沉能力，能有效地破坏溶胶使之聚沉。92 c.有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离温度对溶胶稳定性的影响温度对溶胶稳定性的影响 加热能破坏胶体的主要原因加热能破坏胶体的主要原因:a.胶粒运动加剧胶粒运动加剧,碰撞机会增多。碰撞机会增多。b.胶粒所带电量减少。胶粒所带电量减少。溶胶的相互聚沉溶胶的相互聚沉 将将胶胶粒粒带带相相反反电电荷荷的的两两种种溶溶胶胶混混合合，也也会会产生聚沉现象，称为溶胶的互聚。产生聚沉现象，称为溶胶的互聚。与与电电解解质质的的聚聚沉沉作作用用不不同同的的是是，只只有有当当两两种种溶溶胶胶的的胶胶粒粒所所带带电电荷荷完完全全中中和和时时，才才会会完完全全聚聚沉沉；否则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。否则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。聚沉的主要原因聚沉的主要原因聚沉的主要原因聚沉的主要原因:胶粒所带电荷被中和。胶粒所带电荷被中和。胶粒所带电荷被中和。胶粒所带电荷被中和。93温度对溶胶稳定性的影响 将胶粒带相反应用：应用：1、土土壤壤中中的的Fe(OH)3、Al(OH)3等等正正电电溶溶胶胶和和粘粘土土、腐腐殖殖质质等等负负电电溶溶胶胶互互相相聚聚沉沉，对对土土壤壤胶胶粒粒的的结构有重要影响；结构有重要影响；2、明明矾矾的的净净水水作作用用：明明矾矾溶溶于于水水，水水解解形形成成Al(OH)3溶胶，结构为溶胶，结构为：Al(OH)3mnAl3+（n-x）SO42-2x+x SO42-胶胶粒粒带带正正电电，而而天天然然水水中中的的悬悬浮浮粒粒子子一一般般带带负负电荷。电荷。94应用：94