chap1氣體、溶液課件

第一章氣體、溶液和膠體掌握溶液組成的標度

掌握稀溶液的性質(zhì)及其應用了解電解質(zhì)溶液活度和離子強度的概念。

了解理想氣體的狀態(tài)方程及其應用理解道爾頓分壓定律作業(yè)：3,4,6,83.當實驗過程中溫度有較明顯的變化時，使用bB

還是cB實驗誤差更小些？?2.實驗時使用bB

還是

cB更為方便？第一節(jié)溶液1.幾種濃度標度之間的換算幾種濃度標度之間的換算物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分數(shù)：物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度：稀溶液近似稀的水溶液近似分散系分類分子分散系

(d<1nm)膠體分散系(d:1-100nm)粗分散系(d>100nm)相體系中物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的一部分單相體系

多相體系（存在界面）分散系類型粗分散系膠體分散系分子分散系顆粒大小＞100nm100～1nm＜1nm高分子溶液溶膠分散質(zhì)存在形式分子的大聚集體大分子小分子的聚集體小分子、離子或原子主要性質(zhì)不穩(wěn)定很穩(wěn)定穩(wěn)定最穩(wěn)定多相單相多相均相普通顯微鏡可見超顯微鏡可見電子顯微鏡也不可見不能透過濾紙能透過濾紙不能透過半透膜能透過半透膜實例泥漿血液Fe(OH)3溶膠糖水分散系按分散質(zhì)粒子的大小分類

分子分散系

(d<1nm)溶液固態(tài)液態(tài)氣態(tài)本節(jié)討論的主要內(nèi)容是以水為溶劑的水溶液分散質(zhì)以分子或者比分子更小的質(zhì)點均勻地分散在分散劑中所得的分散系1物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)(massfractionofB

)

wB為B的質(zhì)量分數(shù)，SI單位為1mB為B的質(zhì)量，Sl單位為kgm為溶液的質(zhì)量，Sl單位為kg二組分體系：ωA

+ωB=1;多組分體系

ppm和ppb濃度(用于極稀的溶液)2物質(zhì)B的摩爾分數(shù)xB的單位為1。二組分體系：xA

+xB=1;多組分體系摩爾分數(shù)溶液中所有組分物質(zhì)的量的和組分B的物質(zhì)的量4物質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度

(molalityofsoluteB)式中： Sl單位為

bB為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度 molkg-1；

nB為溶質(zhì)B的物質(zhì)的量 mol；

mA為溶劑A的質(zhì)量 kg例3.1：將2.67g萘(C10H8)溶于100g苯中，計算該溶液的質(zhì)量摩爾濃度。

M(萘)=128.2gmol-1例3.2

計算ω=10%的氯化鈉水溶液中溶質(zhì)和溶劑的摩爾分數(shù)。解：依據(jù)題意，100g溶液中含有氯化鈉10g,水90g。100g溶液中NaCl和H2O的物質(zhì)的量分別為：所以：

稀溶液，是溶液中溶質(zhì)與溶劑間沒有相互作用的溶液，因此是一種理想化的溶液模型。稀溶液中的溶劑與純?nèi)軇┫啾龋瑑H僅是稀溶液中溶劑的摩爾分數(shù)較小。三非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性（Colligativepropertiesofdilutenonelectroiytesolution）稀溶液的物理性質(zhì)①與溶質(zhì)本性有關，如酸堿性、導電性、顏色等。②與溶質(zhì)本性無關，只與溶質(zhì)的數(shù)量有關。

依數(shù)性：只與溶質(zhì)粒子的數(shù)目有關而與溶質(zhì)本性無關的性質(zhì)稱為溶液的依數(shù)性，又叫溶液的通性。

依數(shù)性是指：溶液的蒸氣壓下降溶液的沸點上升溶液的凝固點下降溶液具有滲透壓1溶液的蒸氣壓下降

溶劑的蒸發(fā)和蒸氣壓液體表面的氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)液面上的氣態(tài)分子群叫蒸氣A溫度：B物質(zhì)本性：同一溫度下，難揮發(fā)物質(zhì)的液體蒸氣壓比純?nèi)軇┑恼魵鈮旱陀绊戯柡驼魵鈮旱囊蛩赝灰后w，溫度越高，蒸氣壓越大?！鱬=p純－p液蒸汽壓下降的原因：純?nèi)軇┱Ｈ芤荷?/p>

拉烏爾定律：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶劑的摩爾分數(shù)的乘積

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)的量幻燈片36

nAp=p*———p＝p*

xA

nA+nB∴p液<p純劑，c液越大，p液越小。p純－p液的差值也越大。nB

△p≈p*——

Δp＝p*

xB

nA

∵nA＝mA/MAnBnB

∴△p≈p*——＝p*—MA

nAmAnB△p＝p*

MA——＝K

b(B)mA式中，MA：kg/molmA：kgK蒸

=p*·MA△p=K蒸

b(B)

拉烏爾定律的另一種表述。K蒸與溶劑、T有關的常數(shù)①同一溫度，溶劑不同，其K蒸不同；②同一溶劑，溫度不同，其K蒸也不同在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降只與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，與溶質(zhì)的本性無關。

2溶液的沸點升高（boiling-point,bp)(1)液體的沸點當液體的蒸氣壓力等于外壓時，液體沸騰，此時的溫度稱為該液體的沸點.特點：液體的飽和蒸氣壓等于外壓

當外壓為101.3kPa時液體沸點為正常沸點（normalboilingpoint）。實驗證明：難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c。原因：溶液的蒸氣壓下降。見下圖根本原因：蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇?溶液的沸點上升示意圖Tb*Tb溶劑溶液溫度ppokpa

蒸氣壓△p△TbB101.3kpaAB’

Tb-Tb*=△Tb=Kb·b(B)Kb

為沸點上升常數(shù)，與溶劑的本性有關，而與溶質(zhì)的本性無關。根據(jù)拉烏爾定律，△p與b(B)成正比，而△Tb與△p成正比，∴△Tb亦應與b(B)成正比，△p越大，△Tb也越大?！纠浚簩?2.0g尿素[CO(NH2)2]和34.2g蔗糖（C12H22O11)分別溶于2000g水中,計算此兩種溶液的沸點(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)

同理，蔗糖的M=342g·mol-1

b(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)【例】：若將12.0g尿素[CO(NH2)2]和34.2g蔗糖（C12H22O11)都加于2000g水中,計算此溶液的沸點

(Kb=0.52K·kg·mol-1）

△Tb=0.52×(0.1+0.05)=△Tb尿+△Tb蔗=0.078K結(jié)論：依數(shù)性存在加和性

凝固點：在一定的外壓下，溶液與純?nèi)軇┕腆w具有相同的蒸氣壓時的溫度，稱為該溶液的凝固點。（固液兩相平衡時的溫度）△Tf=Kfb(B)=Tf*-Tf3溶液的凝固點下降溶液的凝固點Tf總是低于純?nèi)軇┑哪厅cTf*

。同理，根據(jù)拉烏爾定律，可得通過上面的分析，溶液沸點上升，凝固點下降的根本原因就是溶液的蒸氣壓下降。幾種溶劑的Kb和Kf值（K·kg·mol-1）29.8250.25.03349.7四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸CH3COOH5.12278.52.53353.15

苯1.86273.150.512373.15水H2OKfTf/KKbTb/K溶劑【例】為了防止汽車水箱中的水在266K時凝固，以無水乙醇（ρ=0.803g/ml）做防凍劑，問每升水須加若干ml乙醇？（假設溶液服從拉烏爾定律）解：已知水的凝固點為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，ρ=0.803。∴應加入乙醇體積為

V=3.76×46/0.803=215.6(ml)拉烏爾定律的適用范圍適用體系不適用體系難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液難揮發(fā)非電解質(zhì)濃溶液揮發(fā)性的理想溶液難揮發(fā)電解質(zhì)溶液揮發(fā)性電解質(zhì)稀溶液稀溶液的蒸氣壓下降、沸點升高和凝固點下降等性質(zhì)都是拉烏爾從事實驗中發(fā)現(xiàn)的，統(tǒng)稱為拉烏爾定律。4溶液的滲透壓半透膜的作用：指一類可以讓小分子物質(zhì)透過而大分子物質(zhì)不能通過的薄膜的總稱

。初始：溶劑分子擴散速度V純水

>V蔗糖擴散方向：純水蔗糖半透膜液面上升液面下降純水蔗糖溶液半透膜：指一類可以讓小分子物質(zhì)透過而大分子物質(zhì)不能通過的薄膜的總稱。小分子和大分子的界定依據(jù)膜種類的不同而劃分范圍不同。例如，對于雞蛋的膜來說，葡萄糖分子就是大分子物質(zhì)；而對于透析管來說，葡萄糖是小分子物質(zhì)；對于腸衣來說，碘以及葡萄糖是小分子物質(zhì)，而淀粉是大分子物質(zhì)。在日常生活中，常見的半透膜有雞蛋膜、雞的嗉囊、魚鰾、蠶豆種皮、玻璃紙、青蛙皮、動物膀胱、腸衣、蛋白質(zhì)膠膜，火棉膠膜以及其他一些可從生物體上剝離的薄膜類物質(zhì)。

活細胞內(nèi)的生物膜只允許水分子自由通過，它所選擇的離子、小分子物質(zhì)可以通過，而其他的離子、小分子和大分子不能透過，是嚴格的半透膜。細胞喪失活力后生物膜的選擇透過能力喪失。滲透：溶劑分子通過半透膜自動單向擴散的過程稱為滲透。當v純水

=v蔗糖等滲溶液。蔗糖溶液增高的這部分水的靜壓力就是蔗糖溶液的滲透壓。滲透壓：在一定的溫度下，恰能阻止?jié)B透發(fā)生所需施加的外壓力，稱為該溶液的滲透壓。用符號π表示。純水蔗糖溶液

h純水蔗糖溶液滲透作用產(chǎn)生的條件：①半透膜存在；②膜兩側(cè)溶液的濃度不相等。——濃差實驗證明：1、同一溫度下，溶液的滲透壓與濃度成正比。2、相同濃度時，滲透壓與熱力學溫度成正比。計算公式：πV=n(B)RTπ=c(B)RT≈b(B)RT

（溶液很稀時，c(B)≈b(B)）

c(B)物質(zhì)的量濃度

R：氣體常數(shù)8.314kPa·L·mol-1.K-1T：熱力學溫度（絕對溫度）對于難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液∵c≈b(B)【例】人體血的滲透壓為709.275kPa,人體溫度為37℃。試計算給人體輸液時所用葡萄糖溶液的是多少？(設葡萄糖溶液密度是1.01g.ml-1；葡萄糖的分子摩爾質(zhì)量M為180g.mol-1)。解：∵π=c(葡)RT∴c=π/RTc(葡)=709.275/8.314×(273.15+37)=0.28mol.L-1

=c(葡)·M/1000·ρ=(0.28×180/1000×1.01)×100%

=5.0%【例】海水在298K時的滲透壓為1479kPa，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：隨著反滲透的進行，海水中鹽的濃度增大，當?shù)玫?00cm3純水時，最終海水的滲透壓π2和初始海水的滲透壓π1的比值為

c1=nmol／1000cm3c2＝nmol／(1000-100)cm3

因為滲透前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量未減少，

滲透壓的應用

醫(yī)用等滲液口渴時一般不宜飲用含糖等成分過高的飲料。速溶咖啡和速溶茶的制造（將稀溶液首先用反滲透方法變濃，再用蒸發(fā)法蒸干，生產(chǎn)成本會大大降低。）測定溶質(zhì)的分子量利用反滲進行海水淡化四、依數(shù)性的應用

植物細胞液中溶有氨基酸、糖類物質(zhì)，有一定的抗旱性蒸氣壓下降

植物還有一定的耐寒性凝固點下降

用NaCl等物質(zhì)與冰混合而制成的冷凍劑

為何稀飯比水燙傷得厲害？

冬天，人們常往汽車的水箱中加入甘油等物質(zhì)，以防止水箱因水結(jié)冰而脹裂。沸點上升不同物質(zhì)溶液依數(shù)性的比較

①0.1mol.L-1NaCl溶液②0.1mol.L-1

蔗糖

溶液③0.1mol.L-1

甘油

溶液④0.1mol.L-1Na2SO4

溶液⑤0.1mol.L-1HAc溶液請將這五種溶液按沸點由高到低順序排列：答案：④>①>⑤>③=②Na2SO4

＝2Na++SO42-c2c+c完全電離NaCl＝Na++Cl-cc+c完全電離HAcH++Ac-

cx+x>c

部分電離1．1.00克非電解質(zhì)溶于20.0克水中，測定冰點是-0.50℃，該非電解質(zhì)的相對分子量是（

）（Kf＝1.86）

(A)1.86/(0.50×0.20)(B)1.86/(0.50×20.0)(C)0.50×20.0/1.86(D)1.86/(0.50×0.020)D自測題2.相同質(zhì)量的蔗糖和葡萄糖分別溶解于相同體積的水中，所得溶液的滲透壓（

）蔗糖(C12H22O11)葡萄糖(C6H12O6)(A)前者大于后者

(B)后者大于前者

(C)兩者相同

(D)不能判斷B注意稀溶液依數(shù)性的定量關系只適應于非電解質(zhì)稀溶液（難揮發(fā)），而對于濃溶液或電解質(zhì)溶液，定量關系不再成立，但性質(zhì)依然存在。如：定性估計下列溶液

0.1mol/kg蔗糖溶液

0.1mol/kgNaCl 0.1mol/kgBaCl2蒸氣壓、沸點、凝固點五電解質(zhì)溶液簡介

電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的物質(zhì)

非電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下不能導電的物質(zhì)

弱電解質(zhì)

強電解質(zhì)Arrhenius電離學說（1887）當電解質(zhì)溶于水時便自動地部分離解成正、負離子——電離。(2)

強電解質(zhì)全部電離，弱電解質(zhì)部分電離(3)電離過程是可逆的Arrhenius由于電離理論而獲1903年Nobel化學獎弱電解質(zhì)在水中只有部分解離，解離度較小，在水溶液中存在解離平衡；而強電解質(zhì)在水中解離比較完全，在水溶液中不存在解離平衡。

解離度α

強電解質(zhì)溶液表觀的解離度

幾種強電解質(zhì)的實測解離度（298.15K,0.1mol·L-1）電解質(zhì)

KClZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2實測解離度

(%)86409292619181

1887年，Arrhenius

是這樣在電離理論中解釋這個現(xiàn)象的：

電解質(zhì)在水溶液中是電離的.

電離“似乎”又是不完全的.

然而，我們知道，強電解質(zhì)離子晶體，在水中應是完全電離的，那么，這一矛盾又如何解釋呢？

離子氛和離子強度

但離子并不是自由的，存在著“離子氛”。

強電解質(zhì)在水溶液中是完全電離的

每個離子都被相反電荷的其它離子所包圍

離子的行動受到離子氛的牽制Debye-Huckel強電解質(zhì)溶液理論活度(activity)電解質(zhì)溶液中例子實際發(fā)揮作用的濃度-活度B

為活度系數(shù)(activitycoefficient)，與溶液中離子間的相互作用有關cB為物質(zhì)B的濃度b為標準濃度（1.0molkg-1)－通常用c=1.0molL-1離子強度(ionicstrength）離子濃度越大，電荷越高，離子強度越大，活度系數(shù)越小。通常地：a.當電解質(zhì)溶液濃度很稀（或弱電解質(zhì)溶液）時，忽略離子間的相互作用，用濃度代替活度進行計算。b.在進行實際測量時（如速度，酸度等），通常加入離子強度調(diào)節(jié)劑，來保持溶液中離子強度穩(wěn)定。本節(jié)小結(jié)：

1、濃度：物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量摩爾濃度、摩爾分數(shù)。2、難揮發(fā)、非電解質(zhì)、稀溶液通性的計算公式：△p=K蒸

b(B)△Tb=Kb·b(B)△Tf=Kf·b(B)π=cRT≈b(B)RT使用條件：1、難揮發(fā)物質(zhì)2、非電解質(zhì)3、稀溶液第二節(jié)膠體Particlesof1-100nmsize

膠體溶液(溶膠)由小分子、原子或離子聚集成較大顆粒而形成的多相體系。如Fe(OH)3溶膠和As2S3溶膠

高分子溶液由一些高分子化合物組成的溶液。

如膠水。一、溶膠的制備

分散相粒子大小穩(wěn)定劑條件

分散法：大粒子變小研磨法超聲波法電弧法膠溶法

凝聚法：小粒子變大物理凝聚：更換溶劑化學凝聚：利用化學反應生成難溶物方法加FeCl3（穩(wěn)定劑）Fe(OH)3（新鮮沉淀）

Fe(OH)3（溶膠）二、溶膠的性質(zhì)

動力學性質(zhì)---布朗（Brown）運動

光學性質(zhì)---丁鐸爾效應

電學性質(zhì)(1)---電泳

電學性質(zhì)(2)---電滲

吸附作用

溶膠粒子帶電原因

電離作用－－－膠體粒子表面分子發(fā)生電離使膠粒帶電硅酸溶膠表面上H2SiO3分子可以電離，如H2SiO3=HSiO3-+H+

或

SiO32-

+2H+HSiO3-或

SiO32-

留在表面而使粒子帶負電荷，H+進入溶液。

吸附作用－－－膠體粒子對溶液中的離子產(chǎn)生選擇性吸附使膠粒帶電

離子選擇吸附－－－優(yōu)先吸附與它組成有關的離子AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBr–Br–Br–例一：

AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時，

KBr

過量，則AgBr固體優(yōu)先吸附Br-

而使固體表面帶負電。AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgAg+Ag+

例二：AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時AgNO3

過量，則AgBr固體優(yōu)先吸附Ag+

而使固體表面帶正電。

離子交換吸附－－－吸附某種離子的同時，將原來已存在于吸附劑表面的電荷符號相同的另一種離子等量地釋放到溶液中去Na+Ca2++3NH4+

NH4+NH4+NH4++Ca2+

+Na+

濃度越大，離子價數(shù)越高，交換能力越強。例如，交換能力Na＋＜Mg2＋＜Al3＋價數(shù)相同時，與水化離子半徑有關。例如水化離子半徑：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋交換能力：Li＋＜Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋三、膠團結(jié)構[AgI]mI-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+

膠團結(jié)構AgNO3+KI(過量)

AgI(溶膠)吸附層擴散層[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·

xK+膠核吸附層擴散層膠團I-:

電位離子

K+:反離子膠粒四、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉

穩(wěn)定性的原因

聚沉溶膠失去穩(wěn)定因素，膠粒相互碰撞，將導致顆粒合并、變大最后以沉淀形式析出

聚沉值能使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)開始聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度，單位為mmol·L-1。

布朗運動：克服沉降作用膠粒帶電：使膠粒分開溶劑化作用：避免碰撞

動力學

聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越小。

電解質(zhì)的聚沉規(guī)律

價態(tài)影響與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價數(shù)越高，聚沉能力越強。負溶膠As2S3：聚沉值AlCl3:MgCl2:NaCl=1:8:548。例：

感膠離子序負溶膠:聚沉能力是Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+

溶膠的相互聚沉將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會發(fā)生聚沉例：水的凈化天然水中膠態(tài)的懸浮物大多數(shù)帶負電荷（如土壤膠體、有機質(zhì)膠體），而明礬在水中水解而得Al(OH)3為正溶膠，它們相互聚沉而使水凈化。第三節(jié)氣體

一、理想氣體狀態(tài)方程在通常的溫度及壓力條件下，固態(tài)（Solids）、液態(tài)（Liquids）和氣態(tài)（Gases）是物質(zhì)的3種主要物態(tài)此外，在特定條件下，還有液晶態(tài)和等離子態(tài)。物質(zhì)的三態(tài)中，研究較早較為深刻的是氣體理想氣體狀態(tài)方程：把描述氣體狀態(tài)的3個參量p，V

，T歸于一個方程式，稱為理想氣體狀態(tài)方程。R:TheGasConstant標準狀況注意單位的一致氣體的最基本特征：

具有可壓縮性和擴散性。

人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，稱為理想氣體。理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略。O2分子

理想氣體：分子不占體積分子間無相互作用低壓高溫

實際氣體：分子有體積分子間有相互作用二實際氣體（realgas

）實際氣體的狀態(tài)方程

a,b為校正常數(shù)，可查表。對于不同的氣體，有不同的數(shù)值?！锝M分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。★分壓：組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。三分壓定律