無機(jī)及分析化學(xué)課件[全](南京大學(xué)第五版)

1、第一章分散系第一章分散系1.5高分子溶液高分子溶液1.3溶液溶液1.2分散系分散系1.4膠體溶液膠體溶液1.1 物質(zhì)的量及其單物質(zhì)的量及其單位位1.1.1 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量是國際單位制中7個(gè)基本物理量之一，其符號(hào)為n，單位為摩爾(mol)，簡稱摩。物質(zhì)的量是表示物質(zhì)所含微粒數(shù)(N)與阿伏加德羅常數(shù)(NA)之比,即n=N/NA。它是把微觀粒子與宏觀可稱量物質(zhì)聯(lián)系起來的一種物理量。其表示物質(zhì)所含粒子數(shù)目的多少。物質(zhì)的量的單位是 摩（爾）、符號(hào)：mol 物質(zhì)的量n 粒子數(shù)N阿伏加德羅常數(shù)NA 物質(zhì)的量(mol)=物質(zhì)的質(zhì)量(g)/物質(zhì)的摩爾質(zhì)量(g/mol)阿伏加德羅常數(shù)(NA) 以0.01

2、2kg12C所含的碳原子數(shù)作基準(zhǔn)，其近似值為6.021023 mol-1 1.1.2 物質(zhì)的量及其單位滿足上述關(guān)系的粒子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子(如分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子數(shù))或它們的特定組合。如：1molCaCl2與阿伏加德羅常數(shù)相等的粒子是CaCl2粒子，其中Ca2+為1mol、Cl-為2mol，陰陽離子之和為3mol或原子數(shù)為3mol。在使用摩爾表示物質(zhì)的量時(shí)，應(yīng)該用化學(xué)式指明粒子的種類，而不使用該粒子的中文名稱。 1.1.3 物質(zhì)的量及其單位摩爾(mol)、毫摩爾(mmol)、微摩爾(mol)納摩爾(nmol)、皮摩爾(pmol)1mol1103mmol 1106mol 1109

3、nmol 11012pmol1.1.4 物質(zhì)的量及其單位以單位體積溶液里所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量來表示溶液組成的物理量，叫做溶質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度。一般使用單位： mol / L 物質(zhì)的量濃度(mol/L)=溶質(zhì)的物質(zhì)的量(mol)/溶液的體積(L)cB=nB/V注意 ：體積是指溶液的體積，而不是溶劑的體積。1.1.5 物質(zhì)的量濃度1.1.6 物質(zhì)的量濃度濃度只是物質(zhì)的量濃度的簡稱，其它溶液組分含量的表示法中，若使用濃度二字時(shí)，前面應(yīng)有特定的定語。如質(zhì)量濃度、質(zhì)量摩爾濃度。1.1.7 質(zhì)量摩爾濃度溶液中某溶質(zhì)B的物質(zhì)的量除以溶劑的質(zhì)量，稱為該溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度。單位為molkg-1,符號(hào)為bB。 b

4、B=nB/W式中W為該溶劑的質(zhì)量，以千克（kg）作單位；nB是溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，以摩爾(mol)作單位。1.1.8 質(zhì)量濃度單位體積混合物中某組分的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度，以符號(hào)表示，單位為kg/m3。組分B的質(zhì)量濃度定義式為 =mB/V式中mB混合物中組分B的質(zhì)量，kg;V混合物的體積，m3。 常用單位是:g/L1.1.9 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是溶質(zhì)B的質(zhì)量mB與溶液質(zhì)量m之比。符號(hào)是B ，量綱為一。B mB/m如，100gNaCl溶液中含10gNaCl，可表示為（NaCl）10%1.1.10 體積分?jǐn)?shù)純物質(zhì)B在某溫度和壓力下的體積，除以在相同溫度和壓力下的溶液的總體積 。符號(hào)

5、為，量綱為一。體積分?jǐn)?shù)常用于溶質(zhì)為液體的溶液，如果混合過程中產(chǎn)生的體積變化很小，可近似地認(rèn)為等于溶質(zhì)的體積溶液的總體積 ?！?例 】 ： 已 知 濃 硫 酸 的 密 度 為1.84g/ml，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.6%，一升濃硫酸中含有的n(H2SO4)、n(1/2H2SO4)、c(H2SO4)、c(1/2 H2SO4)各為多少？解： n(H2SO4) = 1.8410000.956/98.08 = 17.9 mol n(1/2H2SO4) = 1.8410000.956/49.04 = 35.9 molc(H2SO4)= 17.9/1 = 17.9 mol/L c(1/2 H2SO4) = 35.

6、9/1 = 35.9 mol/L【例】：250克溶液中含有40克NaCl，計(jì)算此溶液的質(zhì)量摩爾濃度。解： 水的質(zhì)量250-40 = 210（克） b(NaCl) = 40/(58.5210) 1000 = 3.26 mol/kg【例】：在100ml水中溶解17.1g蔗糖(C12H22O11)，溶液的密度為1.0638g/ml，求蔗糖的物質(zhì)的量濃度，質(zhì)量摩爾濃度。解：M蔗糖342(g/mol) n蔗糖=17.1/342=0.05(mol) V = (100+17.1)/1.0638 = 110.0 (ml)=0.11(L) （1） c(蔗糖) = 0.05/0.11 = 0.454 (mol/L

7、) （2） b(蔗糖) = 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg)分散系分散質(zhì)+分散劑1.2分散系一種或幾種物質(zhì)以細(xì)小的粒子分散在另一種物質(zhì)里所形成的系統(tǒng)稱分散系。如：糖水和泥水等等。、按聚集狀態(tài)分氣氣（空氣）氣液（汽水） 氣固（浮石）液氣（云、霧）液液（酒精） 液固（肉凍）固氣（煙、塵）固液（溶液） 固固（合金） 1.2.1 分散系的分類：、按分散質(zhì)粒子的大小分 100 nm 粗分散系（懸濁液、乳狀液）1.2.1 分散系的分類：1.2.2 相 1.相體系中具有相同化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的均勻部分。 2相的特點(diǎn)A任何部分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)相同。B一個(gè)相并不一定是一種單質(zhì)，如食鹽溶液(Na

8、Cl和H2O)。 C單相體系 分子分散系，如飽和食鹽水、糖水等。溶質(zhì)與溶劑已成一體，組分間沒有界面。D多相體系膠體分散系和粗分散系，如溶膠；懸濁液等。各組分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不同，并具有明顯的界面。 1.2.3 理想氣體pV = nRT R- 摩爾氣體常量摩爾氣體常量理想氣體狀態(tài)方程式：理想氣體狀態(tài)方程式：在在STP下，下，p =101.325kPa, T=273.15Kn=1.0 mol時(shí)時(shí), Vm=22.414L=22.41410-3m3nTpVR R=8.314 kPa L K-1 mol-1118.314J molK33101325Pa22.414 10 m1.0mol 273.15

9、K組分氣體：組分氣體： 理想氣體混合物中每一種理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。氣體叫做組分氣體。分壓：分壓： 組分氣體組分氣體B在相同溫度下占有與混合在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體氣體B的分壓。的分壓。BBn RTpV分壓定律：混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。體分壓之和。p = p1 + p2 + pi 或或 p = pB VnRTp ,2211VRTnpVRTnp1212iin RTn RTn RTRTpnnnVVVV n =n1+ n2+ni 分散質(zhì)以分子或者比分

10、子更小的質(zhì)點(diǎn)（如原子或離子）均勻地分散在分散劑中的分散系稱為溶液。溶溶 液液氣態(tài)溶液氣態(tài)溶液(空氣空氣)液態(tài)溶液：液態(tài)溶液：(水溶液水溶液)固態(tài)溶液固態(tài)溶液 (合金合金)溶質(zhì)溶質(zhì)溶劑溶劑1. 3 溶液通性：只與濃度（溶質(zhì)粒子的數(shù)目）有關(guān)而與溶質(zhì)本性無關(guān)的性質(zhì)稱為溶液的通性，又叫溶液的依數(shù)性。 1. 3.1溶液的通性蒸氣壓下降 沸點(diǎn)上升凝固點(diǎn)下降 具有滲透壓初始： V蒸發(fā) V凝聚平衡： V蒸發(fā) = V凝聚純水的蒸氣壓示意圖純水的蒸氣壓示意圖氣液兩相平衡 蒸發(fā)蒸發(fā) H2O(l) H2O(g) 凝聚凝聚 1.3.1.1溶液的蒸氣壓下降在純?nèi)軇┲屑尤腚y揮發(fā)的物質(zhì)以后，達(dá)平衡時(shí)，p溶液總是小于同溫度下的

11、p純?nèi)軇?，即溶液的蒸氣壓下降。p=p純p液蒸汽壓下降的原因：純?nèi)軇┱ＵＨ芤荷偕?拉烏爾定律：拉烏爾定律：在一定的溫度下，難揮發(fā)的非電在一定的溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓，等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼私赓|(zhì)稀溶液的蒸氣壓，等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼嗽撊軇┰谌芤褐械哪柗謹(jǐn)?shù)。該溶劑在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。 p ：溶液的蒸氣壓 p*：純?nèi)軇┑恼魵鈮簄A ：溶劑的物質(zhì)的量 nB ：溶質(zhì)的物質(zhì)的量 nA p= p* nA + nBp液p純劑 ，c液越大，p液越小。 p純p液的差值也越大。沸點(diǎn):溶液的蒸氣壓（p溶液）與外壓（p外壓）相等時(shí)的溫度稱為該溶液的沸點(diǎn)。 純水：p外 = 101.3kPa，t純水 =

12、100. 難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。1.3.1.2 溶液的沸點(diǎn)上升p溶液 V糖水滲透：溶劑分子通過半透膜自動(dòng)單向擴(kuò)散的過程稱為滲透。當(dāng)v純水 = v糖水滲透停止。糖水溶液增高的這部分水的靜壓力就是糖水溶液的滲透壓。滲透壓：在一定的溫度下，在半透膜兩邊維持滲透平衡所需施加的外壓力，稱為該溶液的滲透壓。用符號(hào)表示。純水純水糖水糖水 h純水純水糖水糖水 1、醫(yī)學(xué)上輸液必需輸?shù)葷B溶液。 2、動(dòng)物體內(nèi)水份的輸送。 3、植物從土壤中吸收水份和營養(yǎng)。4、求算溶質(zhì)的分子量。滲透現(xiàn)象在生命過程中的重要作用：低滲溶液低滲溶液高滲溶液高滲溶液1 1、同一溫度

13、下，溶液的滲透壓與濃度成正比。、同一溫度下，溶液的滲透壓與濃度成正比。2 2、相同濃度時(shí)，滲透壓與熱力學(xué)溫度成正比。、相同濃度時(shí)，滲透壓與熱力學(xué)溫度成正比。V = n(B)RT = c(B)RT b(B)RT （溶液很稀時(shí)，（溶液很稀時(shí)， c(B) b(B) ）R：氣體常數(shù)：氣體常數(shù) 8.314 kPa L mol-1.K-1 T：熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）：熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）【例】人體血的滲透壓為709.275kPa, 人體溫度為37。試計(jì)算給人體輸液時(shí)所用葡萄糖溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？(設(shè)葡萄糖溶液密度是1.01g.ml-1；葡萄糖的分子摩爾質(zhì)量M為180g.mol-1)。解： = c(葡)

14、 RT c = /RT c(葡) = 709.275/8.314(273.15+37) = 0.28 mol.L-1 AW= c(葡) M/1000 =(0.28180/10001.01)100% = 5.0%當(dāng)施加在膜溶液側(cè)的壓力大于滲透壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，此時(shí)，溶液中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透。反滲透 鹽水鹽水 淡水淡水p p 反滲透法凈化水反滲透法凈化水反滲透膜孔徑小至納米級(jí)，在一定的壓力下，H2O分子可以通過膜，水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。 【例】海水在298K時(shí)的滲透壓為1

15、479kPa，采用反滲透法制取純水，試確定用1000cm3的海水通過只能使水透過的半透膜，提取100cm3的純水，所需要的最小外加壓力是多少? 解： 隨著反滲透的進(jìn)行，海水中鹽的濃度增大，當(dāng)?shù)玫?00cm3純水時(shí)，最終海水的滲透壓2和初始海水的滲透壓1的比值為 222111c RTccRTc2211ccc1 = n mol1000cm3c2 n mol (1000 -100)cm3 211000109009cc210147916439kPa 因?yàn)闈B透前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量未減少高濃度溶液和強(qiáng)電解質(zhì)溶高濃度溶液和強(qiáng)電解質(zhì)溶液也有依數(shù)性，但不遵守拉烏液也有依數(shù)性，但不遵守拉烏爾定律，故不可用稀溶液依數(shù)

16、爾定律，故不可用稀溶液依數(shù)性的公式進(jìn)行計(jì)算。性的公式進(jìn)行計(jì)算。)(RTKKTKpbbff蒸BbT對(duì)于難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液對(duì)于難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液 cb(B)，幾種，幾種通性可以互相聯(lián)系起來，可以互相換算：通性可以互相聯(lián)系起來，可以互相換算： 膠體是一種高度分散的多相體系。膠體是一種高度分散的多相體系。 分散質(zhì)為固相分散質(zhì)為固相 (1100nm) 分散劑為液相分散劑為液相1.4 膠體溶液1、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)：、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)： 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng) 布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)1.4 .1膠體溶液的性質(zhì)膠粒因膠粒因布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)而具有一定的擴(kuò)散作用而具有一定的擴(kuò)散作用。布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因： 分散質(zhì)

17、粒子本身處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中。分散質(zhì)粒子本身處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中。 分散劑分子對(duì)分散質(zhì)粒子的不斷撞擊。分散劑分子對(duì)分散質(zhì)粒子的不斷撞擊。 液體分子對(duì)溶液體分子對(duì)溶膠粒子的撞擊膠粒子的撞擊 粗分散系粗分散系2、光學(xué)性質(zhì)：丁鐸爾效應(yīng)、光學(xué)性質(zhì)：丁鐸爾效應(yīng) 光學(xué)原理：強(qiáng)光照到分散質(zhì)粒子上，若粒子直光學(xué)原理：強(qiáng)光照到分散質(zhì)粒子上，若粒子直徑大于入射光徑大于入射光 波長，則發(fā)生反射或折射，如粗分波長，則發(fā)生反射或折射，如粗分散系。若粒子直徑與入散系。若粒子直徑與入 射光波長相比擬，則發(fā)生射光波長相比擬，則發(fā)生散射。散射。 散射光稱為乳光。散射光稱為乳光。Fe(OH)3膠體丁鐸爾效應(yīng)示意圖丁鐸爾效應(yīng)示意圖光源

18、光源凸透鏡凸透鏡光錐光錐 溶膠中分散質(zhì)粒子直徑：溶膠中分散質(zhì)粒子直徑： 1 100 nm 可見光波長：可見光波長： 400 700 nm 在真溶液中，溶質(zhì)顆粒太?。ㄔ谡嫒芤褐?，溶質(zhì)顆粒太?。?0 Ca2+ Cs+ Rb+ K+ Na+ Li+ Cl- Br- NO3- I-離子半徑離子半徑+LiLi+ + Na Na+ + K K+ + Rb Rb+ + Rb Rb+ + K K+ + Na Na+ + Li Li+ +LiLi+ +RbRb+ +HOH+HOHHOHHOHHOH分散質(zhì)粒子合并變大，最后從分散劑分散質(zhì)粒子合并變大，最后從分散劑中分離出來的過程稱為聚沉或凝結(jié)。溶膠中分離出來的過程稱為聚沉或凝結(jié)。溶膠聚沉后外觀呈現(xiàn)渾濁。聚沉后外觀呈現(xiàn)渾濁。 1、加入電解質(zhì)；（研究最多應(yīng)用最廣）、加入電解質(zhì)；（研究最多應(yīng)用最廣） 2、加入帶相反電荷的膠體；加入帶相反電荷的膠體； 3、長時(shí)間加熱。、長時(shí)間加熱。 促使膠體聚沉的方法有：促使膠體聚沉的方法有：1.4.6 溶膠的聚沉加入電解質(zhì)聚沉的原因：加入電解質(zhì)后，加入電解質(zhì)聚沉的原因：加入電解質(zhì)后，吸附層的反離子增多，吸附層的反離子增多， 膠粒所帶電荷大大減膠粒所帶電荷大大減少，排斥力減弱，使膠粒合并成大顆粒而