《无机及分析化学》PPT课件.ppt

2020 3 30 1 第一章溶液和胶体 1 了解物质的量及其单位摩尔的概念 掌握物质的量浓度 质量摩尔浓度 摩尔分数 质量分数的计算 2 了解离子活度的概念及强电解质溶液理论 3 了解稀溶液依数性产生的原理 掌握利用稀溶液的依数性测定溶质的摩尔质量 能定性判断各类电解质溶液对稀溶液依数性的影响 4 了解分散系的概念及分类 了解溶胶的性质 掌握胶团结构 了解溶胶的稳定性和聚沉及其影响因素 5 了解乳状液的特点 类型 稳定性 2020 3 30 2 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称为分散系 分散系中被分散的物质称为分散质 或分散相 容纳分散质的物质称为分散剂 或分散介质 例如 细小的小水滴分散在空气中形成的云雾 二氧化碳分散在水中形成的汽水 各种金属化合物分散在岩石中形成的矿石等都是分散系 你能举例说明吗 2020 3 30 3 二 分散系的分类 按照分散质粒子直径大小不同分类 2020 3 30 4 按照物质的聚集状态进行分类 2020 3 30 5 三 分散度和比表面系统的分散度常以分散质粒子的总表面积与其总体积之比来表示 称为比表面 如 S0 S VS0愈大 表明系统的分散度越高 2020 3 30 6 例 1立方厘米的正方体粒子 求比表面 S 6 平方厘米 S 6 1 6厘米 1平均分为1000个小立方体后小立方体的边长S 0 1 0 1 6 1000 60 平方厘米 S 60 1 60厘米 1 2020 3 30 7 1 2溶液的浓度 一 物质的量及其单位 物质的量 是国际单位制中的基本物理量之一 它表示系统中所含基本单元的数量 分子 H2O离子 H 电子 e 质子 Z中子 N原子 C O特定组合 1 2NaOH1 3H3PO4 基本单元 2020 3 30 8 例如 M H3PO4 M 1 2H3PO4 M 1 3H3PO4 M 2H3PO4 的摩尔质量分别为多少 相同质量的磷酸的物质的量之间的关系是怎样的 已知196克磷酸的n 1 2H3PO4 的物质的量为多少 解 1 M H3PO4 98M 1 2H3PO4 98 2M 1 3H3PO4 98 3M 2H3PO4 2 98 2 n H3PO4 1 2 n 1 2H3PO4 1 3 n 1 3H3PO4 2 n 2H3PO4 3 n 1 2H3PO4 196 49 4 mol 2020 3 30 9 二 物质的量浓度三 质量摩尔浓度定义 溶液上溶质B的物质的量 n 除以溶剂的质量 m 单位为kg 称为溶质B的质量摩尔浓度 用符号bB表示 单位为mol kg 1 2020 3 30 10 例如 2020 3 30 11 四 摩尔分数摩尔分数 xi 混合系统中 某组分的物质的量 ni 与混合物 或溶液 总物质的量 n 之比 公式 五 质量分数公式 2020 3 30 12 二 五种浓度表示方法及相互关系 名称定义公式单位1物质的量浓度cB溶质nB 溶液VcB nB V mB MB Vmol L 12质量摩尔浓度bB溶质nB 溶剂mAbB nB mA mB MB mAmol kg 13摩尔分数xB溶质nB 溶液ni总和xB nB nA nB14质量分数 B溶质mB 溶液m B mB m15质量浓度 B溶质mB 溶液V B mB Vkg L 1注 bB xB B与T无关 xA xB 1关系 1 CB nB V mB MB m B MB 2 c A 1 2c 1 2A 2c 2A b A 1 2b 1 2A 2b 2A 3 较稀水溶液 因V m 1 CB bB 2020 3 30 13 1 3稀溶液的依数性 通常溶液的性质取决于溶质的性质 如溶液的密度 颜色 气味 导电性等都与溶质的性质有关 但是溶液的某些性质却与溶质的本性无关 只取决于溶质的粒子数目 这些只与溶液中溶质粒子数目有关 而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性 溶液的依数性有 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点升高 溶液的凝固点降低和溶液的渗透压 溶液的依数性只有在溶液的浓度很稀时才有规律 而且溶液浓度越稀 其依数性的规律性越强 2020 3 30 14 一 水的相图1 系统 将研究讨论的对象称为系统 2 相 系统中化学性质和物理性质完全相同的部分称为相 即系统内部是完全均匀的 组成和性质完全相同 相与相之间有明显的界面 单相系统和多相系统 如 糖水是一个相 冰水是两相冰为一相 水为一相 相与态之间有什么不同 2020 3 30 15 3 相变 固 气 液三相之间的转化称为相变 4 相平衡 相变达到平衡时称为相平衡 5 相图 相平衡与温度 压力之间的关系图称为相图 6 水的相图 2020 3 30 16 水的三相点 气相区 固相区 液相区 沸点 临界点 2020 3 30 17 二 稀溶液的依数性1 溶液的蒸气压下降 1 蒸发 在一定的温度下 将一杯纯液体置于一密闭容器中 液体表面的高能量分子克服了其它分子的吸引力从表面逸出 成为蒸气分子 这种液体表面的汽化现象称为蒸发 2 凝聚 液面上方的蒸气分子也可以被液面分子吸引或受到外界压力的作用而进入液相 这个过程称为凝聚 3 饱和蒸气压 当液体的蒸发速率和凝聚速率相等时 液体和它的蒸气就处于两相平衡状态 此时的蒸气称为饱和蒸气 饱和蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压 简称蒸气压 2020 3 30 18 2020 3 30 19 蒸气压的大小表示液体分子向外逸出的趋势 它只与液体的本性和温度有关 而与液体的量无关 通常把蒸气压大的物质称为易挥发物质 蒸气压小的称为难挥发物质 液体的蒸发是吸热过程 所以温度升高 蒸气压增大 2020 3 30 20 2020 3 30 21 vaporpressuresolute 2020 3 30 22 2020 3 30 23 在一定的温度下 纯水的蒸气压是一个定值 若在纯水中溶人少量难挥发非电解质 如蔗糖 甘油等 后 则发现在同一温度下 稀溶液的蒸气压总是低于纯水的蒸气压 如图1 2 由于溶质是难挥发的物质 因此溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压 溶液的蒸气压之所以低于纯溶剂的蒸气压 是由于难挥发非电解质溶质溶于溶剂后 溶质分子占据了溶液的一部分表面 阻碍了溶剂分子的蒸发 使达到平衡时蒸发出来的溶剂分子数减少 产生的压力降低 因此溶液的蒸气压就比相同温度下纯溶剂的蒸气压低 显然溶液的浓度越大 溶液的蒸气压就越低 设某温度下纯溶剂的蒸气压为p 溶液的蒸气压为p p 与p的差值就称为溶液的蒸气压下降 用 p表示 p p p 2020 3 30 24 法国物理学家拉乌尔 Raoult 对溶液的蒸气压进行了定量研究 得出如下结论 在一定温度下 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压 p 等于纯溶剂的蒸气p 与溶液中溶剂的摩尔分数 xA 的剩积即 p p xA若是双组分系统则 xA xB 1所以p p 1 xB p p xB p p p p xB说明 在一定温度下 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比 而与溶质的本性无关 2020 3 30 25 在纯溶剂中加入难挥发的非电解质的物质以后 达平衡时 p溶液总是小于同T下的p纯溶剂 即溶液的蒸气压下降 2020 3 30 26 2 溶液的沸点升高沸点是指液体的蒸气压等于外界大气压力时液体对应的温度 如当水的蒸气压等于外界大气压力 101 325kPa 时 水开始沸腾 此时对应的温度就是水的沸点 100 该沸点被称为正常沸点 可见 液体的沸点与外界压力有关 外界压力降低 液体的沸点将下降 2020 3 30 27 对于水溶液而言 由于溶液的蒸气压总是低于溶剂的蒸气压 所以当纯溶剂的蒸气压达到外界压力而开始沸腾时 溶液的蒸气压尚低于外界压力 若要维持溶液的蒸气压也等于外界压力 必须使溶液的温度进一步升高 所以溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点 如图1 3 2020 3 30 28 纯溶剂 溶液 2020 3 30 29 若纯溶剂的沸点为tb 溶液的沸点为tb tb tb tb tb即为溶液沸点升高 根据拉乌尔定律可以推导出 tb Kbb即难挥发非电解质稀溶液的沸点升高值 tb与溶质的质量摩尔浓度b成正比例 而与溶质的本性无关 Kb是溶剂的摩尔沸点升高常数 它只与溶剂的性质有关 单位是oC kg mol 1或K kg mol 1 可采用什么方法提高水的沸点 2020 3 30 30 例 将12 0g尿素 CO NH2 2 和34 2g蔗糖 C12H22O11 分别溶于2000g水中 计算此两种溶液的沸点 Kb 0 52K kg mol 1 解 M尿素 60g mol 1b B 12 0 60 2000 1000 0 1mol kg 1 Tb尿 0 52 0 1 0 052 K Tb尿 373 15 0 052 373 2 K 2020 3 30 31 同理 蔗糖的M 342g mol 1b 蔗糖 34 2 342 2000 1000 0 05mol kg 1 Tb蔗 0 52 0 05 0 026 K Tb蔗 373 15 0 026 373 18 K 2020 3 30 32 例 若将12 0g尿素 CO NH2 2 和34 2g蔗糖 C12H22O11 都加于2000g水中 计算此溶液的沸点 Kb 0 52K kg mol 1 Tb 0 52 0 1 0 05 Tb尿 Tb蔗 0 078K结论 依数性存在加和性 2020 3 30 33 3 溶液的凝固点降低 1 凝固点是指液体的蒸气压等于其固体蒸气压时系统对应的温度 此时液体的凝固和固体的熔化处于平衡状态 2 例 0 时水的蒸气压和冰的蒸气压相等 水开始凝固 但此时溶液的蒸气压低于溶剂的蒸气压 也必定低于冰的蒸气压 所以此时溶液不能凝固 要使溶液凝固 就必须进一步降低溶液的温度 使溶液和冰的蒸气压同时下降 由于冰的蒸气压下降率比水溶液大 当温度降低到tf时 溶液和冰的蒸气压才相等 此时的温度就是溶液的凝固点 2020 3 30 34 纯溶剂 溶液 溶液的凝固点降低 2020 3 30 35 2020 3 30 36 3 溶液的凝固点tf总是低于纯溶剂的凝固点tf 4 tf 与tf的差值即为溶液的凝固点降低 tf 非电解质稀溶液的凝固点降低 tf与溶质的质量摩尔浓度b成正比 而与溶质的本性无关 tf tf tf Kfb式中Kf叫溶剂的摩尔凝固点降低常数 Kf也只与溶剂的性质有关 其单位是 kg mol 1或K kg mol 1 5 应用溶液的蒸气压下降 沸点升高和凝固点降低可以测定溶质的摩尔质量 为什么海水较河水难结冰 2020 3 30 37 例 2020 3 30 38 例 为了防止汽车水箱中的水在266K时凝固 以无水乙醇 0 803g ml 做防冻剂 问每升水须加若干mL乙醇 假设溶液服从拉乌尔定律 解 已知水的凝固点为273K Kf 1 86 Tf 273 266 7 K Tf Kf b B b B Tf Kf 7 1 86 3 76 mol kg 即每升水加3 76mol乙醇 已知M乙醇 46 0 803 应加入乙醇体积为V 3 76 46 0 803 215 6 mL 2020 3 30 39 4 溶液的渗透压 产生这种现象的原因是什么 2020 3 30 40 Semipermeabie 2020 3 30 41 1 产生渗透现象的原因是纯溶剂的蒸气压大于溶液的蒸气压 所以纯水分子通过半透膜进入溶液的速率大于溶液中水分子通过半透膜进入纯水的速率 使溶液中液面升高 产生静水压 而纯水中液面下降 当静水压恰好使半透膜两边水分子的渗透速率相等 渗透达到平衡 2 产生渗透现象条件 半透膜 半透膜两侧浓度不等 3 渗透压 在一定条件下 为了阻止渗透作用的进行而必须向溶液施加的最小压力称为溶液的渗透压 用符号 表示 你能举出日常生活中产生的渗透现象吗 2020 3 30 42 低渗溶液 高渗溶液 2020 3 30 43 2020 3 30 44 4 渗透压定律 V nRT n vRT cRT若溶液浓度很稀 则c b cRT bRT 5 在一定温度下 非电解质稀溶液的渗透压与溶质的质量摩尔浓度成正比 而与溶质的本性无关 6 可用于测定溶质的摩尔质量 会变换公式吗 2020 3 30 45 2020 3 30 46 三 强电解质溶液简介难挥发非电解质溶液的四个依数性都符合拉乌尔定律 电解质溶液的依数性是否符合拉乌尔定律呢 2020 3 30 47 拉乌尔定律引入校正系数可用电解质溶液依数性的计算 tf i tf iKfbB c 表观浓度 为活度系数活度系数与离子的浓度和电荷有关 2020 3 30 48 1 4胶体溶液 胶体 颗粒直径为1 100nm的分散质分散到分散剂中 构成的多相系统称为胶体 如 氢氧化铁胶体 硅酸 空气 合金等一 表面吸附 2020 3 30 49 2 表面能 如果要增加表面积 必须将部分相内部质点迁移到表面 这样就需要克服相内质点的阻力而消耗能量 所消耗的能量转变成了表面质点的位能 因而表面层质点比相内质点能量高 高出来的这部分能量就称为表面自由能 简称表面能 系统的分散度越高 比表面越大 表面自由能越高 系统越不稳定 液体和固体都有自动降低表面自由能的能力 表面吸附是降低表面自由能的有效手段 2020 3 30 50 吸附是指物质表面吸住周围介质中分子 离子和原子的过程 有吸附能力的物质称为吸附剂 被吸附的物质称为吸附质 吸附剂的吸附能力与比表面有关 比表面越大 吸附能力越强 被吸附的粒子由于自身的热运动 有些可能脱离固体表面重新回到周围的介质中去 此过程叫做解吸 吸附和解吸的关系 动态平衡 2020 3 30 51 1 固体对气体的吸附 吸附剂 吸附质 吸附剂 吸附质 吸附热吸附量 每克吸附剂所能吸附的吸附质的物质的量称为吸附量 放出的热称为吸附热 2 固体在溶液中的吸附固体在溶液中的吸附比较复杂 溶质和溶剂都可能被吸附 根据吸附剂在溶液中的吸附对象不同 可分为分子吸附和离于吸附 1 分于吸附固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中的吸附主要是分子吸附 分子吸附的吸附规律是 与吸附剂极性相近的物质容易被吸附 即 相似相吸 在溶液中吸附剂对溶剂的吸附量越多 对溶质的吸附量就会越少 反之亦然 此外吸附剂的吸附量还与溶质的溶解度有关 通常溶解度小的溶液容易被吸附 溶解度大的不容易被吸附 2020 3 30 52 即极性的吸附剂容易吸附极性的溶质或溶剂 非极性的吸附剂容易吸附非极性的溶质或溶剂 红墨水 活性炭 品红的苯溶液 活性炭 2020 3 30 53 2 离子吸附固体吸附剂在强电解质溶液中的吸附主要是离子吸附 离子吸附又分为离子选择吸附和离子交换吸附 固体吸附剂有选择地吸附溶液中的某种离于 这种吸附称为离子选择吸附 其吸附原则是 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 例如 在过量的AgNO3溶液中 加入适量的KI即可形成AgI沉淀 根据离子选择吸附原理 AgI固体表面必定选择吸附Ag 而使固体表面带正电 同时异号离子NO3 留在溶液中 使溶液保持电中性 2020 3 30 54 能使固体表面带电的离子称为电位离子 Ag 是电位离子 溶液中与电位离子符号相反的离子称为反离子 NO3 是反离子 由于静电吸引力和离子本身的热运动 有一部分反离子被电位离子吸引吸附在固体表面附近 这样电位离子和反离子在固体吸附剂表面构成了双电层 双电层结构在解释溶胶稳定性方面有重要应用 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 2020 3 30 55 能进行离子交换吸附的吸附剂称为离子交换剂 离子交换吸附是个可逆过程 离子交换能力的强弱与离子的电荷数及离子的水合半径有关 离子电荷数越高 交换能力越强 水合离子半径越小 离子交换能力越强 如 Al3 Ca2 Cs Rb K Na Li Cl Br NO3 I 阳离子交换树脂阴离子交换树脂 土壤中的离子交换 2020 3 30 56 水合离子半径 离子半径 Li Na K Rb Cs Li Rb 交换能力 Cs Rb K Na Li 2020 3 30 57 2020 3 30 58 2020 3 30 59 二 溶胶的性质1 溶胶的光学性质 丁铎尔效应 用于区别溶液和溶胶 2020 3 30 60 2 溶胶的动力学 布朗运动 热运动 分散剂对胶粒的不均匀的撞击 2020 3 30 61 3 溶胶的电学性质 溶胶中分散质与分散剂在外电场的作用下发生定向移动的现象称为溶胶的电动现象 在电场作用下 胶粒在分散剂的定向移动称为电泳 2020 3 30 62 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 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 则向直流电源负极 阴 移动 胶粒带负电 则向直流电源正极 阳 移动 由于胶体溶液是电中性的 所以 胶粒带正电荷 或负电荷 则分散介质必带负电荷 或正电荷 2020 3 30 63 胶粒带正电荷称为正溶胶 一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶 胶粒带负电荷称为负溶胶 如 土壤 硫化物 硅酸 金 银 硫等溶胶 如果将胶粒固定 分散剂在电场作用下定向移动 这种现象称为电渗 2020 3 30 64 2020 3 30 65 胶粒带电的原因 1 溶胶的吸附作用FeCl3 3H2O Fe OH 3 3HClFeCl3 2H2O Fe OH 2Cl 2HClFe OH 2Cl FeO Cl H2OH3AsO3 3H2S As2S3 6H2OH2S HS H 2 溶胶的电离作用如 H2SiO3 H HSiO3 2020 3 30 66 Fe OH 3胶核吸附电位离子的示意图 2020 3 30 67 三 胶团结构 2020 3 30 68 2020 3 30 69 2020 3 30 70 2020 3 30 71 Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl 分散质AgCl 2020 3 30 72 2020 3 30 73 四 溶胶的稳定性和聚沉1 溶胶的稳定性 动力学稳定性 布朗运动聚结稳定性 胶粒带电和溶剂化膜 2 溶胶的聚沉 加入电解质加入带相反电荷的溶胶加热 2020 3 30 74 1 加入电解质聚沉的原因 加入电解质后 吸附层的反离子增多 胶粒所带电荷大大减少 排斥力减弱 使胶粒合并成大颗粒而聚沉 电解质的聚沉能力大小常用聚沉值来表示 聚沉值 使一定的溶胶在一定的时间内开始聚沉所需的电解质的最低浓度称为聚沉值 单位 mmol L 1聚沉值大 表示该电解质的聚沉能力小 聚沉值与聚沉能力成倒数关系 聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子电荷数 即化合价数 离子带电荷越高 其聚沉能力越强 2020 3 30 75 一般来说聚沉能力 同种电荷 三价离子 二价离子 一价离子 2020 3 30 76 3 溶胶的保护高分子溶液对溶胶的保护和敏化作用高分子化合物是指具有较大相对分子质量的大分子化合物 如蛋白质 纤维素 橡胶 淀粉 动植物胶 人丁合成的各种树脂等 高分子化合物在适当的溶剂中能强烈的溶剂化 形成很厚的溶剂化膜而溶解 构成了均匀 稳定的单相分散系 称为高分子溶液 2020 3 30 77 在溶胶中加入足量的高分子化合物后 能显著降低溶胶对电解质的敏感性 提高溶胶的稳定性 高分子化合物的这种作用称为对溶胶的保护作用 产生保护作用的原因是溶剂化了的线状高分子被吸附在胶粒表面 使胶粒表面多出一层溶剂化保护膜 从而提高了溶胶的稳定性 但在溶胶中加入少量的高分子化合物后 反而使溶胶对电解质的敏感性大大增加 降低了其稳定性 这种现象称为高分子的敏化作用 产生敏化作用的原因是加入的高分子化合物量太少 不足以包住胶粒 反而使大量的胶粒吸附在高分子的表面 使胶粒间可以互相 桥联 变大而易于聚沉 2020 3 30 78 1 5乳状液 一 表面活性物质溶于水后能显著地降低水的表面自由能的物质称为表面活性物质或表面活性剂 表面活性物质的分子是由极性基团和非极性基团两部分组成 亲水基 如 COOH COO NH2 SO3H疏水基 R Ar 2020 3 30 79 2020 3 30 80 2020 3 30 81 2020 3 30 82 2020 3 30 83 二 乳状液水包油O W油包水W O