第一章 快速分散體系

Inorganic&AnalyticalChemistry

無(wú)機(jī)及分析化學(xué)主講教師譚榮欣聯(lián)系方/p>

tanrx271@yahoo.com.cn第一章分散體系

DispersedSystem溶液膠體solutionscolloid1、了解分散體系的分類(lèi)；本章學(xué)習(xí)要求5、掌握溶液的穩(wěn)定性與凝結(jié)。4、掌握膠體的特性及膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)；3、掌握稀溶液的依數(shù)性及其計(jì)算；2、掌握溶液濃度的定義及其相互換算；

由一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中分散質(zhì)（dispersionphase)被分散的物質(zhì)分散劑

（dispersedmedium）起分散作用的物質(zhì)

所形成的體系。1.分散系的定義細(xì)小水滴+空氣→云霧相在體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱(chēng)為相。分散系在自然界中廣為存在:▼▼▼金屬化合物+巖石→礦石二氧化碳+水→汽水分散系單相(均相)多相(非均相)1)按物質(zhì)的聚集狀態(tài)分類(lèi)：分散質(zhì)分散劑實(shí)例氣氣空氣、液氣云、霧固氣煙、塵氣液汽水、泡沫液液牛奶、豆?jié){、固液泥漿、溶液、氣固泡沫塑料、饅頭液固珍珠、肉凍、固固合金、有色玻璃2.分散系的分類(lèi)2)按分散質(zhì)粒子直徑大小分類(lèi)：分散系直徑/nm實(shí)例特征相系低分子或離子＜1蔗糖水食鹽水最穩(wěn)定,不沉降、能透過(guò)半透膜均相膠體分散系1-100血液AgI

溶膠微渾濁半透明或不渾濁透明,不能透過(guò)半透膜

均相多相粗分散系＞100泥漿不透明、不穩(wěn)定不透過(guò)濾紙多相1.1溶液

溶液定義

(Solutions)

1.

物質(zhì)的量：1)物質(zhì)的量n：2)單位：

mol分散質(zhì)以小分子、離子或原子為質(zhì)點(diǎn)均勻地分散在分散劑中所形成的分散系。表示物質(zhì)的微觀基本單元數(shù)目多少的物理量。一升溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量2.溶液濃度的表示方法電子及其它粒子的特定組合。4)摩爾質(zhì)量：MB=mB/nB1)物質(zhì)的量濃度c(B)①定義:②公式:③單位:mol·dm-3

(mol·L-1)系統(tǒng)中組成物質(zhì)的基本組分,可是分子、原子、離子、3)基本單元：?jiǎn)挝?kg/molg/mol

一千克溶劑中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量2)

質(zhì)量摩爾濃度b(B)①定義:②公式:③單位:mol·kg-1

與溫度無(wú)關(guān)。在極稀的水溶液中④.優(yōu)點(diǎn):c(B)≈b(B)b(B)=n(B)/m(A)=m(B)/M(B)·m(A)

解:例1.500克水中溶解17.1克蔗糖(342g/mol),求蔗糖溶液的質(zhì)量摩爾濃度。

某組分的物質(zhì)的量與全部溶液的物質(zhì)的量之比。

3)

摩爾分?jǐn)?shù)xi

①定義:②公式:xA+xB=1③

量綱：

1溶液各組分物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)之和為14)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω用溶質(zhì)的質(zhì)量除以溶液的質(zhì)量表示濃度稱(chēng)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用ω表示。①定義:②公式:5)

關(guān)于濃度的計(jì)算例2.48%的硫酸溶液的密度為1.38g·ml-1,

計(jì)算此溶液的（1）物質(zhì)的量濃度;

（2）質(zhì)量摩爾濃度;

（3）摩爾分?jǐn)?shù)；解:

(1)c(B)=nB/V=mB/MBV（3）（2）例題：100ml水中溶解17.1克蔗糖,溶液的密度為1.0638g·ml-1,求蔗糖溶液的物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量摩爾濃度、摩爾分?jǐn)?shù)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2

稀溶液的依數(shù)性

(colligativeproperties)2)沸點(diǎn)升高

Boilingpointelevation

1)

蒸氣壓下降

Decreaseofvaporpressure

3)凝固點(diǎn)下降Freezingpointlowering

4)滲透壓Osmoticpressure依數(shù)性：

只與溶質(zhì)所含粒子的數(shù)目有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。（稀溶液的通性）

1.溶液的蒸氣壓下降1)

蒸氣壓

vaporpressure

純水的蒸氣壓示意圖在一定溫度下,將純液體置于真空容器中,當(dāng)蒸發(fā)速率與凝結(jié)速率相等時(shí)，液體上方的蒸氣所具有的壓力稱(chēng)為液體的飽和蒸氣壓（簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓）。任何純液體在一定溫度下都具有確定的蒸氣壓,且隨溫度的升高而增大

2)

溶液的蒸氣壓下降Decreaseofsolutionvaporpressure純?nèi)軇┱Ｈ芤荷佼?dāng)純?nèi)軇┤芙庖欢侩y揮發(fā)容質(zhì)時(shí),在同一溫度下,溶液的蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑恼魵鈮海Q(chēng)為溶液的蒸氣壓下降。溶液蒸氣壓下降的原因：溶液表面溶劑分子數(shù)減少；形成溶劑化分子pT0.1mol·kg-10.2mol·kg-1純水3)Raoult

(拉烏爾)定律

在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓與溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)成正比.P*:純?nèi)軇┑恼魵鈮簩?duì)于兩組分溶液

Raoult

定律又可表述為：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降,近似地與溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度成正比,而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。例3.計(jì)算293K時(shí)，17.1g蔗糖溶于1000g水中，溶液的蒸汽壓下降值。解：293K時(shí)，P*(H2O)=2.33kPa或

M(B)=342g.mol-1★只適用于難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液2.溶液的沸點(diǎn)升高

boilingpointelevationTbpTTb*P外

1)

沸點(diǎn)

boilingpoint液體的沸點(diǎn)是該液體的蒸氣壓等于外界大氣壓時(shí)的溫度Tb純水蔗糖

Kb

為沸點(diǎn)升高常數(shù)Ebullioscopicconstant，只取決于溶劑，與溶質(zhì)無(wú)關(guān)(1).計(jì)算溶液的沸點(diǎn)

2)

溶液的沸點(diǎn)升高：3)沸點(diǎn)升高的應(yīng)用溶液的沸點(diǎn)與純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)之差.◆它只與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比,而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。溶液的沸點(diǎn)升高也近似地與溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度成正比.例4.在100克水中溶解4.56克尿素,計(jì)算此溶液的沸點(diǎn).

例5.

將0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,測(cè)得溶液的沸點(diǎn)為100.056℃,計(jì)算葡萄糖的摩爾質(zhì)量.解：

0.40/M葡萄糖20/1000b

葡萄糖=DTb

=0.056=Kb·b

葡萄糖

M葡萄糖

=182.9g·mol-1(2)測(cè)定難揮發(fā)非電解質(zhì)的摩爾質(zhì)量3.溶液的凝固點(diǎn)下降

freezingpointlowering1)

凝固點(diǎn)：

freezingpointTfTfpT

在一定的外壓下，物質(zhì)的固相蒸汽壓和液相蒸氣壓相等，兩相平衡共存時(shí)的溫度，稱(chēng)為該物質(zhì)的凝固點(diǎn)。*純水蔗糖冰(1)溶液的凝固點(diǎn)：

(Tf

)Kf為凝固點(diǎn)下降常數(shù).Cryoscopicconstant

Tf=Tf*-

Tf

=Kf·b(B)溶液的蒸氣壓與固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮浩胶鈺r(shí)的溫度。

(2)溶液的凝固點(diǎn)下降：純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)與溶液凝固點(diǎn)之差.溶液的凝固點(diǎn)下降近似地與溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度成正比◆它只與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比,而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。2)

沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降的原因：溶液的蒸氣壓下降。3)

凝固點(diǎn)下降的應(yīng)用：(1)解釋植物的抗旱性與耐寒性等現(xiàn)象；(2)計(jì)算溶液的凝固點(diǎn)；(3)測(cè)定難揮發(fā)非電解質(zhì)的摩爾質(zhì)量；解:例6.將0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)為-0.207℃,計(jì)算葡萄糖的摩爾質(zhì)量.

4.溶液的滲透壓

溶劑分子通過(guò)半透膜進(jìn)入溶液的自動(dòng)擴(kuò)散過(guò)程。1)滲透現(xiàn)象擴(kuò)散方向：純水糖水半透膜液面上升液面下降純水糖水

為了維持滲透平衡向溶液所施加的最小外壓。

在溶液上方施加一外壓P,使半透膜兩邊溶劑分子進(jìn)出的速率相等時(shí)，體系所處的狀態(tài)。2)滲透平衡3)滲透壓4)產(chǎn)生滲透現(xiàn)象的條件①有半透膜的存在；②膜兩邊的溶液存在濃度差；5)Van’tHoff

定律πV=nRTπ=nRT/V=cRT植物的細(xì)胞6)高滲、低滲、等滲溶液

例7.含有5g·L-1某可溶性多糖的水溶液,

在278K時(shí)滲透壓為3.24kPa.求該多糖的摩爾質(zhì)量。7)滲透壓的應(yīng)用①解釋動(dòng)植物的生命現(xiàn)象.②計(jì)算高分子化合物的摩爾質(zhì)量.解:故滲透壓法測(cè)大分子的摩爾質(zhì)量比凝固下降法更靈敏。

例8.293K時(shí)葡萄糖(C6H12O6)15g溶于200g水中求該溶液的蒸汽壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓.已知293K時(shí)水的p*=2333.14Pa。

解:b葡萄糖=n葡萄糖/0.2=0.417mol·kg-1n葡萄糖=15/180=0.0833mol

n水=200/18.02=11.10molx葡萄糖=0.0833/(0.0833+11.10)

0.0833/11.10=7.4×10-3

p=p*x水=p*(1-x葡萄糖)=2333.14(1-7.4×10-3)=2315.90Pa

ΔTb=Kb·b(B)=0.512×0.417=0.21KTb=373+0.21=373.21K

ΔTf

=Kf·b(B)=1.86×0.417=0.78K

Tf

=273-0.78=272.22K

π

=b(B)RT=0.417×8.314×293=1015.8kPa

思考題：1參天的大樹(shù)，如何從土壤中獲得水份？2施肥過(guò)多，植物會(huì)燒死？3淡水魚(yú)游到海水中能活嗎？1.3電解質(zhì)溶液1.3.1電解質(zhì)溶液強(qiáng)電解質(zhì):完全電離強(qiáng)電解質(zhì)的電離：

HCl+H2O=H3O++Cl

弱電解質(zhì)：部分電離

ＨAc=H++Ac-

1.3.2離解度

弱電解質(zhì)HAc

=H++Ac-

α≡（已電離分子數(shù)/總分子數(shù)）×100%250C時(shí)，0.1mol.L-1HAc的α=1.32%強(qiáng)電解質(zhì)完全電離,但正負(fù)離子間有相互作用,實(shí)測(cè)離解度小于100%由實(shí)際測(cè)得的離解度稱(chēng)為表觀離解度。1.3.3電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性：只與溶液的濃度有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān),符合拉烏爾定律。這些性質(zhì)包括：蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降及滲透壓等強(qiáng)電解質(zhì)依數(shù)性值反常，也不是整數(shù)倍。1.3.4強(qiáng)電解質(zhì)理論簡(jiǎn)介1923年，Debye及Hückel提出離子氛（ionicatmosphere）概念。觀點(diǎn)：強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中是完全電離的，但是由于離子間的相互作用，每一個(gè)離子都受到相反電荷離子的束縛，這種離子間的相互作用使溶液中的離子并不完全自由，其表現(xiàn)是：溶液導(dǎo)電能力下降，電離度下降，依數(shù)性異常。溶液越濃，離子價(jià)數(shù)越高，偏差越大。1.3.5活度活度：是指有效濃度，即單位體積電解質(zhì)溶液中表現(xiàn)出來(lái)的表觀離子（有效）濃度，即扣除了離子間相互作用的濃度。以a（activity）表示。

a=γc/c0或a=γb/b0γ：活度系數(shù)，稀溶液中，γ<1；極稀溶液中γ接近1。C為物質(zhì)的量濃度b為質(zhì)量摩爾濃度。1.3.6離子強(qiáng)度

I=1/2∑c（B）

Z2(B)cB：溶液中離子B的濃度，ZB：離子B的電荷離子強(qiáng)度I表示了離子在溶液中產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。離子強(qiáng)度越大，正負(fù)離子間作用力越大?；疃认禂?shù)與離子強(qiáng)度I有關(guān)：A=0.5091.溶膠的基本特征1)

溶膠是多相體系

.1.4膠體溶液2)

分散度高，比表面大.S0=A/VL=1cmn=1S=6cm2L=0.5cmn=8S=12cm2L=0.1cmn=1000S=60cm2L=100nm=10-5cmn=1015S=6·105cm2L=1nm=10-7cmn=1021S=6·107cm2colloid3)不穩(wěn)定，易聚沉.

表面粒子比內(nèi)部粒子的能量高,高出的那部分能量稱(chēng)為表面能。

固體界面示意圖2.表面性質(zhì)比表面能(表面張力)總表面積S1)

表面能高小顆粒合并成大顆粒降低S0通過(guò)吸附,使剩余引力有所飽和減少表面張力

降低表面能(使體系穩(wěn)定)1.4.3固體在溶液中的吸附①分子吸附固體吸附劑在非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)溶液中對(duì)分子的吸附。特點(diǎn):

相似相吸吸附adsorption一種物質(zhì)自動(dòng)聚集到另一種物質(zhì)界面上的過(guò)程。

吸附質(zhì)吸附劑B.離子交換吸附A.離子選擇性吸附規(guī)律：

優(yōu)先吸附與組成有關(guān)的離子。

特點(diǎn):

吸正帶正、吸負(fù)帶負(fù)eg

AgNO3+KBr==AgBr(溶膠)+KNO3

吸附劑與溶液之間的離子交換,稱(chēng)為離子交換吸附。吸附劑在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中對(duì)離子的吸附。

②離子吸附

例:粘土顆粒帶負(fù)電,表面存在可交換的陽(yáng)離子Ca2+(Mg2+.K+.Na+),當(dāng)施入銨態(tài)氮肥時(shí),NH4+

即與膠粒表面的Ca2+

發(fā)生交換:特點(diǎn)：可逆過(guò)程1)

光學(xué)性質(zhì)—Tyndall現(xiàn)象

將一束光照射到透明的溶膠上,光線垂直方向上可以觀察到一條發(fā)亮的光柱。1.4.4溶膠的性質(zhì)(溶膠特有)Fe(OH)3膠體丁達(dá)爾效應(yīng)示意圖光源凸透鏡光錐2)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)

—

Brown運(yùn)動(dòng)Brown運(yùn)動(dòng)是分散劑分子以不同大小和不同方向的力對(duì)膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)①電泳

—外電場(chǎng)下，分散質(zhì)在分散劑中定向移動(dòng)。粘土+-3)

電學(xué)性質(zhì)②電滲—外電場(chǎng)下，固相不動(dòng)，分散劑定向移動(dòng)。負(fù)極:水面上升,清澈正極:水面下降,混濁粘土顆粒帶負(fù)電

1.4.5溶膠粒子帶電原因1)

吸附帶電——選擇吸附與其組成有關(guān)的離子。

FeCl3+3H2O==Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl==FeOCl+2H2O

FeOCl==FeO++Cl-

FeO+吸附在Fe(OH)3膠粒的表面使之帶正電。

例1.

氫氧化鐵溶膠是通過(guò)三氯化鐵在沸水中水解而制成的。

例2.將硫化氫氣體通入飽和砷酸溶液中制備硫化砷溶膠.

2H3AsO3+3H2S=As2S3+6H2OH2S=H++HS-

硫化砷溶膠優(yōu)先吸附HS-而帶負(fù)電。HSiO3-,SiO32-留在膠粒表面使之帶負(fù)電。

例：硅膠離解:2)

離解帶電——溶膠表面離解,使膠粒帶電。[Fe(OH)3]mFeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-膠核膠團(tuán)吸附層擴(kuò)散層膠粒1.4.5膠團(tuán)結(jié)構(gòu)電位離子反離子例1.由H2S和H3AsO3制備As2s3溶膠,且H2S過(guò)量.寫(xiě)出其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。解：2H3AsO3+3H2S=As2s3+6H2OH2S=H++HS-例2.由BaCl2和K2SO4溶液反應(yīng)制備溶膠,若K2SO4溶液過(guò)量,寫(xiě)出該溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式。BaCl2+K2SO4=BaSO4(溶膠)+2KCl[(BaSO4)m·nSO42-·2(n-x)K+]2x-·2xK+或[(BaSO4)m·nSO42-·(2n-x)K+]x-·xK+解：電解質(zhì)K2SO4為該溶膠的穩(wěn)定劑。

例2.為制備帶負(fù)電的AgI溶膠,應(yīng)向25mL0.016mol.L-1KI溶液中加入多少0.005mol.L-1AgNO3溶液?

解:

AgI溶膠帶負(fù)電,則KI過(guò)量:

即加入小于80mL的0.005mol.L-1的AgNO3,其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為:1.4.6溶膠的穩(wěn)定性和凝結(jié)1)溶膠穩(wěn)定的原因溶劑化作用Brown運(yùn)動(dòng)同種電荷的排斥作用2)溶膠凝結(jié)的方法溶膠被長(zhǎng)時(shí)間加熱加入電解質(zhì)(對(duì)溶膠的影響最大)溶膠凝結(jié)的因素

溶膠的相互凝結(jié)溶膠濃度過(guò)大也會(huì)凝結(jié)①凝結(jié)值使溶膠在一定時(shí)間內(nèi)開(kāi)始凝結(jié)的最低濃度.單位:mmol凝結(jié)值越小,凝結(jié)能力越大.NaCl對(duì)A