理學(xué)類理學(xué)院化學(xué)系

1、第一章 氣體、溶液和 膠體,制作： 理學(xué)院化學(xué)系,2020/8/22,Template copyright 2005 ,2,氣 體 溶 液 溶 液 的 依 數(shù) 性 膠 體 練 習(xí),2020/8/22,Template copyright 2005 ,3,第一節(jié) 氣 體,理想氣體狀態(tài)方程式 道爾頓分壓定律,2020/8/22,Template copyright 2005 ,4,一、理想氣體狀態(tài)方程式,物質(zhì)的三種狀態(tài),2020/8/22,Template copyright 2005 ,5,理想氣體： 分子不占體積 分子間無(wú)相互作用,低壓 高溫,實(shí)際氣體： 分子有體積 分子間有相互作用,2020

2、/8/22,Template copyright 2005 ,6,理想氣體狀態(tài)方程式（Clapeyron方程）,Boyle定律（1662）：17世紀(jì)中葉，英國(guó)科學(xué)家波義爾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：溫度恒定時(shí)，一定量氣體的壓力和它體積的乘積為恒量。 P1/V PV = constant,Charles(1787) Gay-Lussac(1802)定律： 壓力恒定時(shí)，一定量氣體的體積與它的熱力學(xué)溫度成正比。 VT V = bT,2020/8/22,Template copyright 2005 ,7,Boyle定律,Charles 定律,PV = constant,V = bT,開式溫標(biāo) 的由來(lái),2020/8/

3、22,Template copyright 2005 ,8,Clapeyron定律：到了19世紀(jì)，法國(guó)科學(xué)家Clapeyron 綜合波義爾定律和Charles定律,把描述氣體狀態(tài)的3個(gè)參量p, V, T 歸于一個(gè)方程式。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,9,R: The Gas Constant,標(biāo)準(zhǔn)狀況,注意單位的一致,2020/8/22,Template copyright 2005 ,10,二、道爾頓分壓定律(1807) Daltons Law of Partial Pressure,溫度和體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等 于各組分氣體分壓力之和。 某

4、組分氣體的分壓力等于該氣體單獨(dú)占有 總體積時(shí)，所表現(xiàn)的壓力。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,11,xi: 摩爾分?jǐn)?shù),分壓定律的另一種表達(dá),分壓定律的一種表達(dá),2020/8/22,Template copyright 2005 ,12,第二節(jié) 溶液,分 散 系 溶 液 的 濃 度 電 解 質(zhì) 溶 液,2020/8/22,Template copyright 2005 ,13,一、分散系,分散質(zhì),分散劑,分散,分散系,（固、液、氣態(tài)）,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)里所形成的體系。,分散質(zhì),被分散的物質(zhì)。,分散劑,把分散質(zhì)分散開來(lái) 的

5、物質(zhì)。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,14,分散系 分類,分子分散系 (d 1 nm),膠體分散系 (d: 1-100 nm),粗分散系 (d 100 nm),相,體系中物理性質(zhì)和化學(xué) 性質(zhì)完全相同的一部分,單相體系,多相體系 （存在界面）,2020/8/22,Template copyright 2005 ,15,冰和水兩相體系,2020/8/22,Template copyright 2005 ,16,表1 按分散質(zhì)顆粒大小分類的分散系,小于1nm(109) 分子離子 粒子能通過(guò)濾紙與半 NaCl 分散系 透膜，擴(kuò)散速度快 溶液,1100nm 膠體

6、粒子能通過(guò)濾紙但不 Fe(OH)3 分散系 能透過(guò)半透膜,擴(kuò)散慢 溶膠 蛋白質(zhì) 溶液,顆粒直徑大小 類 型 主 要 特 征 實(shí) 例,大于100nm 粗 粒子不能通過(guò)濾紙不 豆 漿 分散系 能透過(guò)半透膜,不擴(kuò)散 乳 汁,2020/8/22,Template copyright 2005 ,17,表2 按物質(zhì)聚集狀態(tài)分類的分散系,氣 空 氣 氣 液 云、霧 固 煙、塵,氣 泡沫塑料 固 液 珍 珠 固 有機(jī)玻璃,氣 肥皂泡沫 液 液 牛 奶 固 Fe(OH)3溶膠、泥漿水,分散劑 分散質(zhì) 實(shí) 例,2020/8/22,Template copyright 2005 ,18,分子分散系 (d1 nm)

7、,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(diǎn) 均勻地分散在分散劑中所得的分散系,2020/8/22,Template copyright 2005 ,19,二、溶液濃度的表示法,濃度,一定量的溶液或溶劑中所 含溶質(zhì)的量稱為溶液的濃度。,分類,物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量摩爾濃度,2020/8/22,Template copyright 2005 ,20,ppm和ppb濃度(用于極稀的溶液),摩爾分?jǐn)?shù),無(wú)綱量,2020/8/22,Template copyright 2005 ,21,在100 mL水中，溶解17.1 g蔗糖（分子式為C12H22O1

8、1)，溶液的密度為1.0638 g mL-1，求蔗糖的物質(zhì)的量濃度，質(zhì)量摩爾濃度，摩爾分?jǐn)?shù)各是多少？,例1：,2020/8/22,Template copyright 2005 ,22,（2）,（3）,2020/8/22,Template copyright 2005 ,23,三、電解質(zhì)溶液簡(jiǎn)介,電解質(zhì),水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的物質(zhì),非電解質(zhì),水溶液中或熔融狀態(tài)下不能導(dǎo)電的物質(zhì),強(qiáng)電解質(zhì),弱電解質(zhì),解離度,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(qiáng)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。,2020/8/22,Template copyright 2

9、005 ,24,強(qiáng)電解質(zhì)溶液表觀的解離度,幾種強(qiáng)電解質(zhì)的實(shí)測(cè)解離度（298.15K,0.1molL-1） 電解質(zhì) KCl ZnSO4 HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 實(shí)測(cè)解離度 (%) 86 40 92 92 61 91 81,1887年，Arrhenius 是這樣在電離理論中解釋這個(gè)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(qiáng)電解質(zhì)離子晶體，在水中應(yīng)是完全電離的，那么，這一矛盾又如何解釋呢？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,25,離子氛和離子強(qiáng)度,但離子并不是自由的 存在著“離子氛”。,強(qiáng)電

10、解質(zhì)在水溶液中是 完全電離的,每個(gè)離子都被相反電荷的其它離子所包圍,離子的行動(dòng)受到離子氛的牽制,2020/8/22,Template copyright 2005 ,26,活度a 和活度系數(shù) f,電解質(zhì)溶液中離子實(shí)際發(fā)揮的濃度， 稱有效濃度或活度。,a = f c,活度與濃度的關(guān)系:,當(dāng)溶液極稀時(shí): f 1，活度和濃度基本一致。 對(duì)弱電解質(zhì)溶液，當(dāng)濃度不大時(shí)，可認(rèn)為 f =1, 即a = c。 這是今后討論弱電解質(zhì)時(shí)用濃度表示的依據(jù)。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,27,第三節(jié) 溶液的依數(shù)性,2020/8/22,Template copyright 20

11、05 ,28,溶液的性質(zhì),顏色、導(dǎo)電性、酸堿性,凝固點(diǎn)下降,沸點(diǎn)升高,滲透壓,溶液的蒸氣壓下降,2020/8/22,Template copyright 2005 ,29,一、溶液的蒸氣壓下降,溶劑的蒸發(fā)和蒸氣壓,2020/8/22,Template copyright 2005 ,30,飽和蒸氣壓：蒸發(fā)、冷凝速度相等，氣相、液相達(dá)到 平衡液相上方氣體的壓力叫飽和蒸氣壓,同種液體蒸氣壓 隨溫度如何變化？,不同液體蒸氣壓 與什么有關(guān)？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,31,若在純?nèi)軇┲屑尤肷倭侩y揮發(fā)非電解質(zhì)（如葡萄糖)：,純水蒸氣壓 p*,溶液蒸氣壓 p,拉

12、烏爾定律,2020/8/22,Template copyright 2005 ,32,思考題,一杯純水和一杯溶液放入一個(gè) 密閉的容器中會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,33,二、溶液的沸點(diǎn)升高,沸騰與沸點(diǎn),pT = p外,液體沸騰,T:液體的沸點(diǎn)(Tb),正常沸點(diǎn),液體的沸點(diǎn)隨外界壓力的變化而變化 沸騰與蒸發(fā)的區(qū)別： 沸騰表面和內(nèi)部同時(shí)氣化； 蒸發(fā)只在表面氣化,2020/8/22,Template copyright 2005 ,34,水的正常沸點(diǎn):100C,溶液的沸點(diǎn):？100C,溶液沸點(diǎn)Tb升高,若在純水中加入少量難揮發(fā)的非電解質(zhì)后，

13、 會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,35,三、溶液的凝固點(diǎn)下降,該物質(zhì)的液相和固相達(dá)到平衡時(shí)的溫度（p液p固時(shí)的T）,溶液凝固點(diǎn)Tf下降,p/Pa,611,t/C,Tf 0,A,C,B,純水,溶液,Tf = Kf b,物質(zhì)的凝固點(diǎn)(Tf),2020/8/22,Template copyright 2005 ,36,例2：,在20.40 g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖 0.40 g，測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)為-0.207 oC，試 計(jì)算葡萄糖的相對(duì)分子量。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,37,四、溶液的滲透壓,滲

14、透,動(dòng)植物的膜組織以及人造火棉膠膜都 是半透膜，其特性是溶劑分子可自由通過(guò)， 而溶質(zhì)分子則不能，這種現(xiàn)象叫做滲透。,滲透產(chǎn)生的條件,有半透膜 有濃度差,2020/8/22,Template copyright 2005 ,38,2020/8/22,Template copyright 2005 ,39,滲透壓,阻止?jié)B透作用發(fā)生所需施加于液面 上的最小壓力叫做該溶液的滲透壓,反滲,1885年，vant Hoff：,2020/8/22,Template copyright 2005 ,40,滲透壓的應(yīng)用,醫(yī)用等滲液 口渴時(shí)一般不宜飲用含糖 等成分過(guò)高的飲料。 速溶咖啡和速溶茶的制造 （將稀溶液首先

15、用反滲透方法變濃，再用蒸發(fā)法蒸干，生 產(chǎn)成本會(huì)大大降低。） 測(cè)定溶質(zhì)的分子量 利用反滲進(jìn)行海水 淡化,2020/8/22,Template copyright 2005 ,41,五、依數(shù)性的應(yīng)用,植物細(xì)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,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(diǎn)上升,2020/8/22,Template copyright 2005 ,42,例3：,依數(shù)性的相互推導(dǎo),某難揮發(fā)、 非電解質(zhì)水溶液的凝固點(diǎn)為 272.15 K，計(jì)算：（1）此

16、溶液的沸點(diǎn)； （2）298.15 K時(shí)此溶液的蒸氣壓； （3）在273.15K時(shí)此溶液的滲透壓。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,43,（2） 因 p* = 3.17 kPa xA = 55.6 /(55.6 + 0.538) = 0.99 所以 p = p* xA = 3.17 0.99 = 3.14 kPa （3） = b(B) RT = 0.538 8.314 273.15 = 1220 kPa,2020/8/22,Template copyright 2005 ,44,注意：,稀溶液的依數(shù)的定量關(guān)系不 適用于濃溶液和電解質(zhì)溶液。,例：幾種濃度為0.

17、100 molkg-1的電解質(zhì)在水溶液中的i值,A2B(或AB2)型AB型弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液,2020/8/22,Template copyright 2005 ,45,第四節(jié) 膠 體,2020/8/22,Template copyright 2005 ,46,Particles of 1-100 nm size,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。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,47,溶 膠 的 制 備 溶 膠 的 性 質(zhì) 吸

18、 附 作 用 膠 團(tuán) 結(jié) 構(gòu) 和 電 動(dòng) 勢(shì) 溶 膠 的 穩(wěn) 定 性 與 聚 沉,2020/8/22,Template copyright 2005 ,48,一 、溶膠的制備,凝聚法：小粒子變大 物理凝聚：更換溶劑 化學(xué)凝聚：利用化學(xué)反應(yīng)生成難溶物,方 法,2020/8/22,Template copyright 2005 ,49,二、溶膠的性質(zhì),2020/8/22,Template copyright 2005 ,50,2020/8/22,Template copyright 2005 ,51,2020/8/22,Template copyright 2005 ,52,光線射入分散體系時(shí):,

19、光的反射,粒子大于入射光的波長(zhǎng),粒子小于入射光的波長(zhǎng) （d膠?？梢姽猓?光的散射,丁達(dá)爾現(xiàn)象的解釋,散射光的強(qiáng)度,1. 與4成反比 （紅光最弱，藍(lán)光最強(qiáng)）,2. 與粒子的體積有關(guān) （真溶液的粒子太小，無(wú)丁鐸爾現(xiàn)象）,2020/8/22,Template copyright 2005 ,53,電學(xué)性質(zhì)(1)-電泳,顏色加深,在電場(chǎng)中，溶 膠粒子會(huì)向某 一電極方向運(yùn) 動(dòng)。,膠粒帶電的原因： 從介質(zhì)中選擇性 吸附某種離子,整個(gè)膠體溶液 是否帶電？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,54,2020/8/22,Template copyright 2005 ,55,電

20、學(xué)性質(zhì)(2) -電滲,在外電場(chǎng)下，使溶膠粒子 不動(dòng)，分散劑定向移動(dòng)的 現(xiàn)象為電滲。,電 滲 示 意 圖,2020/8/22,Template copyright 2005 ,56,吸附作用,分散度與比表面,把物質(zhì)分散成細(xì)小微粒的程度稱為分散度。比表面是指單位體積物質(zhì)所具有的表面積。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,57,固體在溶液中的吸附,吸附：一種物質(zhì)自動(dòng)聚集到另一種物質(zhì)表面上去的過(guò)程。,具有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑 而被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì),正由于固體表面原子受力不對(duì)稱和表面結(jié)構(gòu)不均勻性，它可以吸

21、附氣體或液體分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,58,固體吸附劑在非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)溶液中對(duì)溶 質(zhì)分子的吸附,分子吸附,極性的吸附劑較易吸附極性的物質(zhì) 非極性的吸附劑較易吸附非極性的物質(zhì),離子吸附,固體吸附劑在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中對(duì)溶質(zhì)離子的吸附,離子選擇吸附,離子交換吸附,2020/8/22,Template copyright 2005 ,59,離子選擇吸附,優(yōu)先吸附與它組成有關(guān)的離子,2020/8/22,Template copyright 2005 ,60,離子交換吸附,吸附某種離子的同時(shí)，將原來(lái)

22、已存在于吸附劑表面 的電荷符號(hào)相同的另一種離子等量地釋放到溶液中去,濃度越大，離子價(jià)數(shù)越高，交換能力越強(qiáng)。 例如，交換能力Na Mg2 Al3,價(jià)數(shù)相同時(shí)，與水化離子半徑有關(guān)。例如 水化離子半徑：Li Na K RbCs 交換能力：Li Na K Rb Cs,2020/8/22,Template copyright 2005 ,61,溶膠粒子帶電原因,吸附作用,FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3 HCl FeCl3 + 2H2O Fe(OH)2Cl + 2 HCl Fe(OH)2Cl FeO+ + Cl- + H2O mFe(OH)3 ( Fe(OH)3)m ( Fe(OH)3)

23、m n FeO+,AgNO3 + KI（過(guò)量） （Ag I )m nI- (K+，NO3-，I- ) AgNO3（過(guò)量）+ KI （Ag I )m nAg+ (K+，NO3-，Ag+ ),膠體粒子對(duì)溶液中的離子產(chǎn)生選擇性吸附使膠粒帶電,2020/8/22,Template copyright 2005 ,62,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(fù)電荷，H+ 進(jìn)入溶液。,2020/8/22,Template copyrig

24、ht 2005 ,63,三、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)和電動(dòng)電勢(shì),膠團(tuán)結(jié)構(gòu),AgNO3 + KI(過(guò)量) AgI(溶膠),吸 附 層,擴(kuò)散層,(AgI)mnI- (n-x)K+x- xK+,膠核,吸附層,擴(kuò)散層,膠團(tuán),I-: 電位離子 K+: 反離子,膠粒,2020/8/22,Template copyright 2005 ,64,電動(dòng)電勢(shì),膠核固相表面到 液體內(nèi)部的電勢(shì),MN: 固相界面,AB: 滑動(dòng)面,MA: 吸附層,AC: 擴(kuò)散層,(1) 雙電層,(2) E,(3) ,電場(chǎng)中，滑移面到 液體內(nèi)部的電勢(shì),吸附正離子 0,吸附負(fù)離子 0,2020/8/22,Template copyright 2005 ,6

25、5,(4) 的大小,反離子越多 越小,:膠粒所帶的凈電荷,膠體溶液中加入電解質(zhì)現(xiàn)象如何？,2020/8/22,Template copyright 2005 ,66,四、溶膠的穩(wěn)定性與聚沉,穩(wěn)定性的原因,布朗運(yùn)動(dòng)：克服沉降作用 膠粒帶電：使膠粒分開 溶劑化作用：避免碰撞 越大，越穩(wěn)定,聚沉,溶膠失去穩(wěn)定因素，膠粒相互 碰撞，將導(dǎo)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(shí)間內(nèi) 開始聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度， 單位為 mmolL-1。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,67,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

26、。,電解質(zhì)的聚沉規(guī)律,2020/8/22,Template copyright 2005 ,68,2020/8/22,Template copyright 2005 ,69,溶膠的相互聚沉,將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)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(fù)電荷（如土壤膠體、有機(jī)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。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,70,五 、大分子溶液及凝膠,高分子溶液,M 104,三種分散系性質(zhì)的比較,鹽析作用,加入大量電解質(zhì)而使高分子物質(zhì) 從溶液中析出的過(guò)程,保護(hù)

27、作用,在容易聚沉的溶膠中加入適量 的大分子物質(zhì)溶液，可以大大地 增加溶膠的穩(wěn)定性,2020/8/22,Template copyright 2005 ,71,敏化作用,當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時(shí)，溶 膠的膠粒粘附在大分子上，大分子起 了一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。,2020/8/22,Template copyright 2005 ,72,2020/8/22,Template copyright 2005 ,73,例3：,試分別比較MgSO4， K3Fe(CN)6 和AlCl3 三種電解質(zhì)對(duì)下列兩溶膠的凝聚能力及聚凝值大小。 （1）0.010 molL-1AgNO3 溶液和0.020 molL-1 KCl溶液等體積混合制成