第1章 氣體和溶液

無機(jī)及分析化學(xué)辦公室：化學(xué)樓810室E-mail:hmliu2004@126.com劉紅梅副教授緒論為什么學(xué)？怎么學(xué)？學(xué)什么？在原子-分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)被公認(rèn)為是一門中心科學(xué)(centralscience)為什么學(xué)？化學(xué)與生命科學(xué)密切相關(guān)※化學(xué)與藥物早在16世紀(jì)，歐洲化學(xué)家就提出化學(xué)要為醫(yī)治疾病制造藥物。

1800年，英國化學(xué)家DavyH發(fā)現(xiàn)了一氧化二氮的麻醉作用。后來乙醚、普魯卡因(Procaine)...1932年，德國科學(xué)家DomagkG找到一種偶氮磺胺染料Prontosil，使一位患細(xì)菌性血中毒的孩子得以康復(fù)。在此啟發(fā)下，化學(xué)家制備了許多新型的磺胺藥物，并開創(chuàng)了今天的抗生素領(lǐng)域?！瘜W(xué)是醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)最重要的工具箱之一化學(xué)向醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)研究提供了許多重要方法，尤其是化學(xué)檢驗(yàn)，在現(xiàn)代和未來醫(yī)學(xué)中都將發(fā)揮不可替代的作用。※化學(xué)是學(xué)習(xí)生命科學(xué)理論知識的基礎(chǔ)

生物化學(xué)可以認(rèn)為是生命的化學(xué)，是研究微生物、植物、動(dòng)物及人體等的化學(xué)組成和生命過程中的化學(xué)變化的一門科學(xué)。分子生物學(xué)是從分子水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。無機(jī)化學(xué)(InorganicChemistry)：研究除碳?xì)浠衔锛捌溲苌镆酝獾奈镔|(zhì)(單質(zhì)及化合物)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相互變化的一門學(xué)科。學(xué)什么？無機(jī)化學(xué)理論部分內(nèi)容產(chǎn)物(晶體結(jié)構(gòu))原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)平衡沉淀平衡解離平衡氧化還原平衡配位平衡1.定性分析(Qualitativeanalysis)；2.定量分析(Quatitativeanalysis)。分析化學(xué)(AnalyticalChemistry)：研究物質(zhì)化學(xué)組成、含量、結(jié)構(gòu)的分析方法及有關(guān)理論的一門學(xué)科。1.化學(xué)熱力學(xué)(chemicalthermodynamics)2.化學(xué)動(dòng)力學(xué)(chemicalkinetics)

物理化學(xué)(Physicalchemistry)：以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科。

怎么學(xué)？預(yù)習(xí)聽課筆記練習(xí)復(fù)習(xí)無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)自學(xué)討論課外讀物澄清師生概念Teacher/SupervisorvsDirector/AdviserLecturer---AudienceHelperandResourceFriendshipallthetime！考核方式成績%課外作業(yè)

30%期末考試

70%回答問題

加分？總成績

100%

(和加分？)教學(xué)內(nèi)容安排第1章氣體和溶液第2章化學(xué)熱力學(xué)初步第3章化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率 第4章解離平衡第5章氧化還原反應(yīng)第6章原子結(jié)構(gòu)、元素周期律 第7章分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵第8章配位化合物 教學(xué)內(nèi)容安排第9章生命元素及其在生物體內(nèi)的作用(自學(xué))第10章分析化學(xué)基礎(chǔ)知識第11章酸堿滴定分析法第12章比色法與分光光度法第13章分析化學(xué)中常用的分離方法和生物試樣的前處理(自學(xué))

教材：無機(jī)及分析化學(xué).南京大學(xué)《無機(jī)及分析化學(xué)》編寫組，第四版，高等教育出版社(2003).參考書:1.無機(jī)化學(xué).大連理工大學(xué)編,第四版,高等教育出版社(2001).2.分析化學(xué).武漢大學(xué)主編,第四版,高等教育出版社(2001).3.無機(jī)及分析化學(xué)題解，趙中一等，華中科技大學(xué)出版社4.無機(jī)及分析化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，鐘國清等，科學(xué)出版社第一章氣體和溶液1-1氣體一、理想氣體狀態(tài)方程1.理想氣體:

大量分子的集合體分子—幾何質(zhì)點(diǎn)分子—分子無相互作用2.理想氣體狀態(tài)方程式:

pV=nRT

R

摩爾氣體常數(shù)8.315kPa·L·mol-1·K-1或8.315J·mol-1·K-1標(biāo)準(zhǔn)狀況下：p=101.325kPa

T=273.15K1mol氣體的標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積為22.4141L

使用公式時(shí)注意各物理量單位的統(tǒng)一二、Dalton分壓定律

p=p1+p2+……=Σpi

說明：(1)混合物中所有組分的摩爾分?jǐn)?shù)的和為1(2)道爾頓分壓定律對研究混合氣體非常重要衍生推導(dǎo)：理想氣體狀態(tài)方程式不僅適用于單一氣體，也適用于混合氣體

pi=niRT/V

p=∑pi=∑niRT/V=nRT/Vpi=(ni/n)p=xipxi=ni/n摩爾分?jǐn)?shù)一、分散系(dispersesystem)分散系分散質(zhì)(分散相)分散劑(分散介質(zhì))例如：葡萄糖水溶液分子分散系(d<1nm)Fe(OH)3膠體溶液膠體分散系(d:1-100nm)泥水體系粗分散系(d>100nm)1-2溶液相:物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的一部分氣相固相液相單相系統(tǒng)(均相系統(tǒng))例分子分散系,又稱溶液多相系統(tǒng)例膠體分散相粗分散相

溶液固態(tài)溶液(鋁合金含鎂、錳、銅)氣態(tài)溶液(空氣)液態(tài)溶液(水溶液，有機(jī)溶液)二、稀溶液的通性溶液的濃度→溶質(zhì)的粒子數(shù)例如：稀葡萄糖水溶液；乙二醇水溶液。NaCl水溶液？不同的溶質(zhì)分別溶于某種溶劑中，所得溶液的性質(zhì)往往不同。但只要溶液的濃度較稀，同時(shí)溶質(zhì)為難揮發(fā)非電解質(zhì)，則具有一些通性，包括:蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降及滲透壓等。這類性質(zhì)只與溶質(zhì)粒子的數(shù)量有關(guān),而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。依數(shù)性AnInterestingPhenomenonTwodifferentaqueoussolutionsinaclosedcontainer.Afteratime,thelevelsareunequal.Explainwhythisspontaneouschangeoccurred.在一定溫度下，將某純?nèi)軇┤缂兯湃朊荛]的容器中純水的蒸汽壓H2O(l)H2O(g)蒸發(fā)凝聚1.液體的蒸汽壓(一)溶液的(飽和)蒸汽壓下降定義：一定溫度時(shí),液相蒸發(fā)速率與氣相凝聚速率相等時(shí)，氣液兩相處于平衡狀態(tài)時(shí)的蒸汽所具有的壓力叫飽和蒸汽壓。單位：Pa,kPa不同溫度下水的蒸汽壓

T/Kp/kPaT/Kp/kPa2732782832933033133230.61060.87191.22792.33854.24237.375412.333633334335336337342319.918335.157447.342670.1001101.3247476.0262影響蒸汽壓的因素①純?nèi)軇┑谋拘怨腆w物質(zhì)；易揮發(fā)性物質(zhì)；難揮發(fā)性物質(zhì)②溫度2.溶液蒸汽壓下降A(chǔ)純?nèi)軇〣溶液難揮發(fā)的非電解質(zhì)溶液:單位時(shí)間逸出液面的溶劑分子數(shù)比純?nèi)軇┥貯nInterestingPhenomenonTwodifferentaqueoussolutionsinaclosedcontainer.Afteratime,thelevelsareunequal.Explainwhythisspontaneouschangeoccurred.?氯化鈣作為干燥劑pB*:純?nèi)軇┑恼羝麎簒B:溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)p:溶液的蒸汽壓3.在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑恼羝麎号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。4.拉烏爾(Raoult)定律∵xA+xB=1(xA溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù),XB溶劑的摩爾分?jǐn)?shù))p=p*

xB=p*(1-xA)=p*-p*xA∴p*-p=p*xA令Δp=p*-p有

Δp=p*xA

Δp表示溶液的蒸汽壓下降,Δp≥0拉烏爾定律的另一表示式：由于nB>>nA，若A溶于1000g溶劑B，有則Δp=K

bA

K:與溶劑性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)結(jié)論：難揮發(fā)性的非電解質(zhì)稀溶液，蒸氣壓下降數(shù)值只取決于溶劑的本性(K)及溶液的質(zhì)量摩爾濃度bbA:溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度(mol·kg-1)令解

K=pB*MB/1000=77.30kPa×72.15g.mol-1/1000=5.578kPa.Kg.mol-1(2)(二)溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降BoilingPointrisingandFreezingPoint

lowering

1.液體的沸點(diǎn):液體的蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時(shí)的溫度。水的正常沸點(diǎn)是100℃。液體的正常沸點(diǎn)是指外壓為101.3kPa時(shí)的沸點(diǎn)。b為溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度(mol·kg-1)Kb為溶劑的摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù)2.溶液的沸點(diǎn)溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。

Why?

溶液沸點(diǎn)升高是由溶液的蒸汽壓下降引起。Tb=Tb-Tb0

=KbbTb0

Tbb為溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度(mol·kg-1)Kf為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)3.溶液的凝固點(diǎn)凝固點(diǎn):物質(zhì)的固、液兩相蒸汽壓相等時(shí)的溫度。純水的凝固點(diǎn)為273K,在此溫度水和冰的蒸汽壓相等。

溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇?。溶液凝固點(diǎn)下降是由溶液的蒸汽壓下降引起。ΔTf

=|Tf-Tf0|=KfbTf

Tf04.應(yīng)用測定溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量(特別是小分子)。

雖然理論上沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低兩種方法都可測量分子量，可是后者不起破壞作用、且Kf值較大，故常用。(三)溶液的滲透壓(osmosispressure)滲透現(xiàn)象及基本原理滲透壓的計(jì)算滲透壓在醫(yī)學(xué)上的意義1.滲透現(xiàn)象滲透現(xiàn)象:溶劑分子透過半透膜進(jìn)入溶液的自發(fā)過程.半透膜：只允許某些物質(zhì)透過而不允許另一些物質(zhì)透過的薄膜。例:透析袋、超濾膜、細(xì)胞膜、毛細(xì)血管壁等水現(xiàn)象1：在鮮嫩的蔬菜上撒上鹽，立即會(huì)滲出水來，蔬菜因失水而發(fā)蔫。現(xiàn)象2：產(chǎn)生滲透條件:⑴有半透膜存在⑵膜兩側(cè)單位體積內(nèi)溶劑分子數(shù)目不等（溶液濃度不同）純?nèi)軇芤合∪芤骸鷿馊芤河捎谌苜|(zhì)(葡萄糖)分子不能透過半透膜，而水分子可以自由透過。滲透方向：產(chǎn)生滲透原因：滲透現(xiàn)象會(huì)無止境地進(jìn)行下去嗎?單位時(shí)間內(nèi)從膜兩側(cè)透過的溶劑分子數(shù)目相等時(shí)達(dá)到滲透平衡(v左=v右)。滲透壓(Π):阻止?jié)B透過程進(jìn)行的壓力稱該溶液的滲透壓。滲透壓是溶液的一個(gè)重要性質(zhì)，凡是溶液都具有滲透壓。稀溶液濃溶液反滲透技術(shù)的應(yīng)用:海水淡化，濃縮果汁,處理廢水等。反滲透(reverseosmosis)

如果外加在溶液上的壓力超過了滲透壓，則會(huì)使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃?dòng)，使純?nèi)軇┑捏w積增加。2.溶液的滲透壓力與濃度及溫度的關(guān)系

關(guān)系式：Π=cART

(kPa)

其中cA—物質(zhì)的量濃度(mol·L-1)

R—8.315J·K-1·mol-1

T—絕對溫度

(273+t)Π=bART(在濃度很稀時(shí)，b≈

cA)注意：若半透膜隔開的濃度不等的兩個(gè)非電解質(zhì)溶液，為了防止?jié)B透現(xiàn)象發(fā)生，必須在濃溶液液面上施加一超額壓力，此壓力是兩溶液滲透壓力之差。3.滲透壓在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)上的意義細(xì)胞都具有半透膜的性質(zhì)，滲透現(xiàn)象普遍存在醫(yī)學(xué)上的等滲、高滲和低滲溶液是以血漿的滲透壓為標(biāo)準(zhǔn)確定的。正常人血漿的滲透濃度：303.7mmol·L-1臨床上規(guī)定：等滲溶液：cos280-320mmol·L-1

高滲溶液：cos

＞320mmol·L-1

低滲溶液：cos

＜280mmol·L-10.9%的生理鹽水及5%的葡萄糖溶液都是等滲溶液。當(dāng)紅細(xì)胞處于等滲、低滲或高滲的溶液時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？淡水魚與海水魚的區(qū)別?Aninterestingquestion:電解質(zhì)稀溶液？Δp=iK·bAΔTb=iKb·bAΔTf=iKf·bA難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性:

Δp=K·bAΔTb=Kb·bAΔTf=Kf·bA

對AB型強(qiáng)電解質(zhì)(NaCl),i≈2A2B型(Na2SO4)或AB2型(MgCl2)強(qiáng)電解質(zhì)，i≈3(近似值)。i:校正因子CaCl2HClC12H22O11?小結(jié)：Π=bART的依數(shù)性:膠粒可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，也可以是單個(gè)的大分子。分散介質(zhì)可以是液體、氣體，或是固體。溶膠:由固相物質(zhì)高度分散到水中所形成的多相分散系統(tǒng)。溶膠的特征:多相性、高分散性、熱力學(xué)不穩(wěn)定性。膠體是一種或幾種物質(zhì)以微粒的形式(膠粒)分散在另一種物質(zhì)中形成的分散體系，膠粒的大小1~100nm。1-3膠體溶液1.動(dòng)力學(xué)性質(zhì)---布朗運(yùn)動(dòng)(不規(guī)則運(yùn)動(dòng))溶膠中的膠體粒子在超微顯微鏡下被觀察到不斷地做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。一、溶膠的性質(zhì)布朗運(yùn)動(dòng)示意圖布朗運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)2.光學(xué)性質(zhì)---丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因:當(dāng)分散粒直徑(粗分散系)

＞入射光波長→光投射在粒子上起反射作用→反射光。當(dāng)分散粒直徑(膠體分散系)

＜入射光波長→光波可繞過粒子前進(jìn)且迫使粒子振動(dòng)→第二次波源向各方發(fā)射→散射光3.電學(xué)性質(zhì)---電泳

在外電場作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱電泳。膠體粒子帶電荷正溶膠；負(fù)溶膠1.膠團(tuán)結(jié)構(gòu)吸附層與擴(kuò)散層帶電荷相反，形成擴(kuò)散雙電層吸附層擴(kuò)散層二、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)和電動(dòng)電勢例如，F(xiàn)e(OH)3溶膠(帶電)(帶電)(電中性)FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2OFeOCl→FeO+