无机与分析化学溶液和胶体

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 溶液和胶体,教学要点：,1、掌握基本单元的,概念,。,2、掌握溶液组成量度,的表示方法。,3、掌握稀溶液的依数性，,并能用于,定,量计算。,4、,了解溶胶的性质、溶胶的稳定性和聚沉及其影响因 素，掌握胶团结构。,1-1 分散系,一、分散系的概念,一种或几种物质分散成微小的粒子分布在另外一种物质中所构成的系统叫分散体系，简称分散系。,分散质（分散相）：分散系中被分散的物质。,分散剂（分散介质）：容纳分散质的物质。,例如,小水滴+空气=云雾，其中小水滴是分散质，空气是分散剂。,二氧化碳+水=汽水，其中二氧化碳是分散质，水是分散剂。,二、分散系的分类,按分散质粒子直径大小不同分为三类：,类型,颗粒直径/nm,主要性质,实例,粗分散系,100,颗粒不能透过滤纸，扩散慢，多相，很不稳定,泥浆,牛奶,胶体分散系,1100,颗粒能透过滤纸，透不过半透膜，扩散慢，多相或单相，不稳定,金溶胶,硅酸溶胶,分子分散系,1,颗粒能透过滤纸和半透膜，扩散快，单相，稳定,蔗糖、氯化钠溶液,三、分散度和比表面,分散度：即分散系的分散程度。常用比表面来表示。,比表面（S,0,）：是分散质粒子的总表面积（S）与分散,质粒子的总体积（V）之比。,显然，一定量的分散质被分得越细，数目就越多，总表面积S越大，分散程度越高。,1-2 溶液的浓度,一,、物质的量,物质的量：国际单位制中的基本物理量之一，表示系统中所含基本单元的数量，用符号“,n,”表示，单位为“,mol,”，叫做“摩尔”。,如果系统中物质B的基本单元数目与0.012kgC,12,的原子数目一样多，则物质B的物质的量,n,B,就是,1mol,。,使用物质的量及其单位摩尔时，必须注明基本单元，同样，物质的量的导出量，如浓度、摩尔质量等，也必须指出基本单元。,二,、,溶液浓度的表示方法,1.物质的量浓度,单位体积溶液中所含溶质的物质的量。,C,B,=n,B,/v(mol/L)n,B,=m/M,B,(mol),2.质量摩尔浓度,每千克溶剂(A)中所含溶质(B)的物质的量。,b,B,=n,B,/m,A,1000=m,B,/M,B,m,A,1000 (mol/kg),物质的量分数,溶质(B)的物质的量占溶液物质的量的份数。,X,B,=n,B,/n,A,+n,B,X,A,+X,B,=1,4.质量分数,溶质(B)的质量与溶液的质量之比。,5.质量浓度,B,=m,B,/v (g/L or g/mL),单位体积溶液中所含溶质的质量。,1-3 稀溶液的依数性,溶质溶解在溶剂中形成溶液,溶液的性质已不同于原来的溶质和溶剂,这种性质上的变化可分为两类:,第一类由,溶质本性,不同所引起。如酸碱性、导电性颜色、味道等。,第二类由,溶质数量,不同所引起。如蒸气压、沸点、凝固点、渗透压等。,稀溶液的依数性:,稀溶液的某些性质只与溶质的粒子数目有关,而与溶质的本性无关,这一类性质称为稀溶液的依数性。,一、水的相图,相:,体系中物理性质和化学性质完全相同且组成均匀部分 称为相。,相图:,相图是表示体系的状态与温度、压力之间的关系的平面图。,水的相图:,（1）三条相平衡曲线：OA：液气平衡线；OB：固气平衡线；OC：固液平衡线。,OA、OB、OC线上任一点代表两相共存（相平衡）时的温度与压力条件。,（2）三个单相区：BOC（固相区）；AOC（液相区）；AOB（气相区）。,（3）,一个三相点,：O为三曲线的交点，称为三相点。该点三相平衡共存。,水的相图：,二、稀溶液的依数性,p,A,*,1.溶液的蒸气压下降,(1)纯溶剂的蒸气压,在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。,(2)溶液的蒸气压,p ,n,B,n,A,+,n,B,n,A,，因此,x,(B)=,n,(B),n,(A)+,n,(B),=,n,(B),n,(A),p,=,p,A,*,n,(B),m,(A)/,M,(A),=,p,A,*,M,(A),b,(B),p,=,k b,(B),在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的种类无关。这是,拉乌尔定律,的另一种表达形式。,2.溶液的沸点升高和凝固点降低,沸点：,液体蒸气压等于外界大气压力时的温度。,凝固点：,物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度,即固相和液相平衡共存时的温度。,沸点升高和凝固点降低,左图：3条曲线：AB（水的蒸气压曲线），A,B,（溶液的蒸气压曲线），AA,(冰的蒸气压曲线）,由上图可以看出，,溶液的蒸气压下降，导致溶液的沸点升高、凝固点降低。,定量关系:,凝固点下降值：,t,f,=,t,f,*-,t,f,t,b,=k,b,b(B),t,f,=,k,f,b(B),沸点上升值：,t,b,=,t,b,-,t,b,*,k,b,沸点升高常数,;,k,f,凝固点降低常数,k,b、,k,f,只与溶剂的性质有关，单位：,0,Ckg/mol,或K,kg/mol。,因此，,难挥发,非电解质,稀溶液,的沸点上升和凝固点下降与,溶液的质量摩尔浓度成正比,，与溶质的本性无关。,应用:,计算溶液的沸点（,t,b,）和凝固点（,t,f,）。P,10,例16,测,M（B）,P,9,例,1,5,日常生活中的应用,如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？,因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降(抗旱性），溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）,又如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰（防冻剂等）,3、溶液的渗透压,蔗糖溶液,纯水,半透膜,产生渗透压示意图,渗透作用,:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。,渗透压,:为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小压力称为该溶液的渗透压。,范特霍夫定律,：,非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度(C)和温度(T)成正比,而与溶质的本性无关。,即:=CRT,或:在一定温度下,非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度(b,B,)成正比,而与溶质的本性无关。,即:=b,B,RT,（R=8.314kPaLK,-1,mol,-1,）,产生渗透压的条件,：存在半透膜；半透膜两侧溶液浓度不同。,渗透作用的应用：,测定大分子的M(B).,P,11,.例17,动植物生理：如植物体内水分传导，动物溶血，输血（等渗溶液），合理施肥，淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水。,海水淡化，污水处理（反渗技术）。,三、强电解质溶液简介,1923年，Debye和Hckel提出了,离子互吸学说,。,观点,：强电解质在溶液中是完全电离的，但是由于离子间的相互作用，每一个离子都受到相反电荷离子的束缚，这种离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由，表现出：,溶液导电能力下降，电离度下降，依数性偏离拉乌尔定律。,1.,活度与活度系数,活度：,是指有效浓度，即单位体积电解质溶液中表现出来的表观离子有效浓度(表观浓度）。以,a,（activity）表示。,活度与浓度的关系：,f,：,活度系数,（,f（4）（2）（1）（5）,沸点顺序与此相同。,1-4 胶体溶液,一、表面吸附,一种物质自动浓集到另一物质表面上的过程叫,吸附,。其中有吸附能力的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质。,物体表面的粒子（分子、原子或离子）比内部粒子有,更,高的能量。表面粒子比内部粒子多出的这部分能量称为,表面能,。,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；二是,通过表面吸附其,它,质点来降低其表面能。,任何两相界面上均存在着界面能。,为什么存在表面吸附,？,1.分子吸附,固体吸附剂对溶液中非电解质或弱电解质分子的吸附称为分子吸附。这类吸附的一般经验规律是：相似（极性）相吸。,2.离子吸附,固体吸附剂在强电解质溶液中对溶质离子的吸附称为离子吸附。,固体在溶液中的吸附,离子吸附的种类：,（1),离子选择吸附,:固体吸附剂有选择地吸附溶液中 的某种离子,这种吸附称为离子选择吸附。,吸附规则,:吸附剂优先选择吸附与自身组成相关或性质相似且溶液中浓度较大的离子。,(2),离子交换吸附,:固体吸附剂吸附一种离子的同时释放出等电量的其它同号离子的过程称为离子交换吸附。,交换规则,:离子电荷数越高、水合半径越小,离子交换能力越强。,如,AgNO,3,（过量）,KI,（适量）后，,AgI,固体表面选择吸附,Ag,+,而带正电。,如：交换能力 Cs,+,Rb,+,K,+,Na,+,Li,+,如硬水软化：,阳 2RSO,3,H+Ca,2+,=(RSO,3,),2,Ca+2H,+,(除Ca,2+,、Mg,2+,),阴 RN(CH,3,),3,OH+Cl,-,=RN(CH,3,),3,Cl+OH,-,(除Cl,-,、SO,4,2-,),土壤：施氮肥：,根系分泌出,H,+,：,NH,4+,进入土壤溶液作为养分,二,、溶胶的性质,1、光学性质,（,Tyndall现象）,粒子粒径大于照射光的波长时，粒子表面反射光；粒径,略,小于波长时，发生散射成乳光。,2.动力学性质(布朗运动),电泳：,在外电场作用下，胶粒向电极移动的现象,。,3.溶胶的电学性质,电渗：,在外电场作用下，限制胶粒不能移动，而液体介质发生定向移动的现象。,胶粒带电的原因,：,1、胶粒在溶液中选择性,吸附,与胶粒组成有关的粒子。,2、胶粒表面的分子,电离,，一种离子脱离胶粒进入溶液，,另一种离子留在胶粒表面。,Fe(OH),3,m,nFeO,+,(n-x)Cl,-,x+,xCl,-,胶核 电位离子 反离子 反离子,如 Fe(OH),3,溶胶：,电位离子:能使固体表面带电的离子称为电位离子。,反离子:溶液中与电位离子带相反电荷的离子称为反离子。,三、胶团结构,Fe(OH),3,m,nFeO,+,(n-x)Cl,-,x+,xCl,-,胶核 电位离子 反离子 反离子,I,胶核(AgI),m,I,-,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,+,吸附层,扩 散 层,胶粒,胶,团,胶团结构式：,（AgI）,m,nI,-,(n-x)K,+,X-,xK,+,例：用AgNO,3,溶液与过量KI溶液作用制备的AgI溶胶，胶团结构式为：,(AgI),m,nI,-,(n-x)K,+,x-,xK,+,例：用KI溶液与过量AgNO,3,溶液作用制备的AgI溶胶，胶团结构式为：,(AgI),m,nAg,+,(n-x)NO,3,-,x+,xNO,3,-,例：As,2,S,3,溶胶胶团的结构式为：,(As,2,S,3,),m,nHS,-,(n-x)H,+,x-,xH,+,例：硅酸溶胶的胶团结构式为：,(H,2,SiO,3,),m,nHSiO,3,-,(n-x)H,+,x-,xH,+,四、溶胶的稳定性和聚沉,1.溶胶的稳定性,溶胶稳定的主要原因:,（1）胶粒间同种电荷的排斥作用,（2）胶粒的溶剂化作用,（3）胶粒的布朗运动,2.溶胶的聚沉,(1)电解质的聚沉作用,电解质聚沉的主要原因:,中和了胶粒的电荷,破坏了胶粒的溶剂化膜,电解质聚沉能力的大小:,聚沉能力,主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越高,聚沉能力越强。,同价离子的,聚沉能力,随离子水化半径的增大而减小。,聚沉值:,使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度。,聚沉值,越小,聚沉能力,越强。,(2)温度对溶胶稳定性的影响,加热能破坏胶体的主要原因:,胶粒运动加剧,碰撞机会增多。,胶粒所带电量减少。,(3)溶胶的相互聚沉,聚沉的主要原因:,胶粒所带电荷被中和。,应用：,、土壤中的Fe(OH),3,、Al(OH