《chap1气体、溶液》PPT课件.ppt

,第一章 气体、溶液和胶体,掌握溶液组成的标度 掌握稀溶液的性质及其应用 了解电解质溶液活度和离子强度的概念。 了解理想气体的状态方程及其应用 理解道尔顿分压定律,作业：3, 4 , 6, 8,3. 当实验过程中温度有较明显的变化时，使用 bB 还是 cB实验误差更小些？,?,2. 实验时使用bB 还是 cB更为方便？,第一节 溶液,1.几种浓度标度之间的换算,几种浓度标度之间的换算,物质的量浓度与质量分数：,物质的量浓度与质量摩尔浓度：,稀溶液近似,稀的水溶液近似,一、分散系,分散质,被分散的物质。,分散剂,把分散质分散开来的物质。,分散系 分类,分子分散系 (d 1 nm),胶体分散系 (d: 1-100 nm),粗分散系 (d 100 nm),相,体系中物理性质和化学 性质完全相同的一部分,单相体系,多相体系 （存在界面）,分散系按分散质粒子的大小分类,分子分散系 (d1 nm),溶液,本节讨论的主要内容是 以水为溶剂的水溶液,分散质以分子或者比分子更小的质点 均匀地分散在分散剂中所得的分散系,二溶液浓度的几种表示方法,溶液组成标度之间的关系,1 物质B的质量分数(mass fraction of B ),wB为B的质量分数，SI单位为1 mB为B的质量， Sl单位为kg m 为溶液的质量， Sl单位为kg,二组分体系：A + B =1; 多组分体系,ppm和ppb浓度(用于极稀的溶液),2 物质B的摩尔分数,xB的单位为 1。,二组分体系：xA + xB =1; 多组分体系,3 物质B的物质的量浓度 (amount of substance concentration of B ),Sl单位 式中，nB 是物质B的物质的量 mol V 是溶液体积 m3;（常用L) cB molL-1,4 物质B的质量摩尔浓度 (molality of solute B),式中： Sl单位为 bB为溶质B的质量摩尔浓度 molkg-1； nB为溶质B的物质的量 mol； mA为溶剂A的质量 kg,例3.1：将2.67g萘 (C10H8)溶于100g苯中， 计算该溶液的质量摩尔浓度。 M(萘)=128.2g mol-1,例 3.2 计算=10%的氯化钠水溶液中溶质和溶剂的摩尔分数。,解：,依据题意，100g溶液中含有氯化钠10g, 水90g。100g 溶液中NaCl和H2O 的物质的量分别为：,所以：,例 3.3 已知(H2SO4) =96.0%的浓硫酸，密度=1.84 gmL-1。计算 c (H2SO4)及 c (1/2)H2SO4。,解：,稀溶液，是溶液中溶质与溶剂间没有相互作用的溶液，因此是一种理想化的溶液模型。稀溶液中的溶剂与纯溶剂相比，仅仅是稀溶液中溶剂的摩尔分数较小。,三 非电解质稀溶液的依数性 （Colligative properties of dilute nonelectroiyte solution）,稀溶液的物理性质 与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。 与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。,依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。,依数性是指： 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压,1 溶液的蒸气压下降,溶剂的蒸发和蒸气压,饱和蒸气压：一定温度下，密闭容器中液体蒸发的速度和 蒸气凝结成液体的速度相等时，气、液相 达到动态平衡液相上方气体的压力叫饱和蒸气压,同种液体蒸气压 随温度如何变化？,不同液体蒸气压 与什么有关？,A 温度：,B 物质本性：,同一温度下，难挥发物质的液体蒸气压比 纯溶剂的蒸气压低,影响饱和蒸气压的因素,同一液体，温度越高，蒸气压越大。,p=p纯p液 蒸汽压下降的原因：,拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积,p ：溶液的蒸气压 p*：纯溶剂的蒸气压 nA ：溶剂的物质的量 nB ：溶质的物质的量 幻灯片 36,nA p= p* pp* xA nA + nB,p液p纯剂 ，c液越大，p液越小。 p纯p液的差值也越大。,上式可写成： p = p* XA XA + XB = 1 XA = 1 XB p = p* p* XB,nB 移项得：p = p*p = p * XB = p* nA + nB,是稀溶液， nA nB, nA + nB nA,nB p p* pp* xB nA,nAmA/MA,nB nB p p*p* MA nA mA,nB p p * MA K b(B ) mA,式中，MA ： kg/mol mA： kg,K蒸 =p* MA p = K蒸 b(B) 拉乌尔定律的另一种表述。,K蒸与溶剂、T有关的常数 同一温度，溶剂不同，其K蒸不同； 同一溶剂，温度不同，其K蒸也不同,在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降只与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。,【例】若某溶液的溶剂水为30mol，溶质蔗糖是0.054mol，则其质量摩尔浓度b(B)是多少？,30 0.054 1000/18.01 b(B),30 18.01 0.054 1000 b(B),代入: p = K蒸b(B) 0.11 = 0.0571131000/(MB87) MB = 77.56 (g/mol),【例】 在25时,w=13%的某难挥发的非电解质水溶液的蒸气压p=3.06kpa,已知同温度下水的蒸气压p*= 3.17kpa ，计算溶质的摩尔质量。,解: K蒸 = 3.170.018 = 0.0571,p = 3.17- 3.06 = 0.11（kPa）,molkg-1,特点：液体的饱和蒸气压等于外压 当外压为101.3kPa时液体沸点为正常沸点（normal boiling point ）。,实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。,原因：溶液的蒸气压下降。见下图,根本原因：蒸汽压下降 p溶液p纯溶剂,溶液的沸点上升示意图,溶剂,溶液,B,Tb- Tb* = Tb = Kbb(B) Kb 为沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关。,根据拉乌尔定律，p与b(B)成正比，而Tb 与 p成正比， Tb亦应与 b(B)成正比，p越大，Tb也越大。,【例】：将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗糖（C12H22O11)分别溶于2000g水中,计算此两种溶液的沸点(Kb=0.52Kkgmol-1）,解：M尿素 = 60 gmol-1 b(B) = 12.0/(602000) 1000 = 0.1molkg-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 = 342 gmol-1 b(蔗糖) = 34.2/(3422000) 1000 = 0.05molkg-1 Tb蔗 = 0.52 0.05 = 0.026(K) Tb蔗 = 373.15 + 0.026 373.18 (K),【例】：若将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗糖 （C12H22O11)都加于2000g水中,计算此溶液的沸点 (Kb=0.52Kkgmol-1） Tb=0.52 (0.1+0.05)=Tb尿+Tb蔗=0.078K,结论：依数性存在加和性,凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）,Tf = Kf b(B) = Tf* - Tf,3 溶液的凝固点下降,溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf* 。,同理，根据拉乌尔定律，可得,通过上面的分析，溶液沸点上升，凝固点下降的根本原因就是溶液的蒸气压下降。,几种溶剂的Kb和Kf值（Kkgmol-1）,【例】为了防止汽车水箱中的水在266 K时凝固，以无水乙醇（=0.803g/ml）做防冻剂，问每升水须加若干 ml乙醇？（假设溶液服从拉乌尔定律）,解：已知水的凝固点为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，=0.803。 应加入乙醇体积为 V=3.7646/0.803=215.6(ml),拉乌尔定律的适用范围,稀溶液的蒸气压下降、沸点升高和凝固点下降等性质都是拉乌尔从事实验中发现的，统称为拉乌尔定律。,4 溶液的渗透压,半透膜的作用：指一类可以让小分子物质透过而大分子物质不能通过的薄膜的总称 。 初始：溶剂分子扩散速度 V纯水 V蔗糖,半透膜：指一类可以让小分子物质透过而大分子物质不能通过的薄膜的总称。小分子和大分子的界定依据膜种类的不同而划分范围不同。例如，对于鸡蛋的膜来说，葡萄糖分子就是大分子物质；而对于透析管来说，葡萄糖是小分子物质；对于肠衣来说，碘以及葡萄糖是小分子物质，而淀粉是大分子物质。在日常生活中，常见的半透膜有鸡蛋膜、鸡的嗉囊、鱼鳔、蚕豆种皮、玻璃纸、青蛙皮、动物膀胱、肠衣、蛋白质胶膜，火棉胶膜以及其他一些可从生物体上剥离的薄膜类物质。 活细胞内的生物膜只允许水分子自由通过，它所选择的离子、小分子物质可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能透过，是严格的半透膜。细胞丧失活力后生物膜的选择透过能力丧失。,渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水 = v蔗糖 等渗溶液。 蔗糖溶液增高的这部分水的静压力就是蔗糖溶液的渗透压。,渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。,渗透作用产生的条件： 半透膜存在； 膜两侧溶液的浓度不相等。浓差,实验证明： 1、同一温度下，溶液的渗透压与浓度成正比。 2、相同浓度时，渗透压与热力学温度成正比。,计算公式： V = n(B)RT = c(B)RT b(B)RT （溶液很稀时， c(B) b(B) ） c(B) 物质的量浓度 R：气体常数 8.314 kPa L mol-1.K-1 T：热力学温度（绝对温度）,对于难挥发、非电解质稀溶液 cb(B),【例】人体血的渗透压为709.275kPa, 人体温度为37。试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液的是多少？(设葡萄糖溶液密度是1.01g.ml-1；葡萄糖的分子摩尔质量M为180g.mol-1)。,解： = c(葡) RT c = /RT c(葡) = 709.275/8.314(273.15+37) = 0.28 mol.L-1 = c(葡) M/1000 =(0.28180/10001.01)100% = 5.0%,【例】海水在298K时的渗透压为1479kPa，采用反渗透法制取纯水，试确定用1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜，提取100cm3的纯水，所需要的最小外加压力是多少?,解： 随着反渗透的进行，海水中盐的浓度增大，当得到100cm3纯水时，最终海水的渗透压2和初始海水的渗透压1的比值为,c1 = n mol1000cm3 c2 n mol (1000 -100)cm3,因为渗透前后溶质的物质的量未减少，,渗透压的应用,医用等渗液 口渴时一般不宜饮用含糖 等成分过高的饮料。 速溶咖啡和速溶茶的制造 （将稀溶液首先用反渗透方法变浓，再用蒸发法蒸干，生 产成本会大大降低。） 测定溶质的分子量 利用反渗进行海水 淡化,四、依数性的应用,植物细胞液中溶有氨基酸、糖类物质，有一定的抗旱性,蒸气压下降,植物还有一定的耐寒性,凝固点下降,用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂,为何稀饭比水烫伤得厉害？,冬天，人们常往汽车的水箱中加入甘油 等物质，以防止水箱因水结冰而胀裂。,沸点上升,不同物质溶液依数性的比较, 0.1mol.L-1 NaCl 溶液 0.1mol.L-1 蔗糖 溶液 0.1mol.L-1 甘油 溶液 0.1mol.L-1 Na2SO4 溶液 0.1mol.L-1 HAc 溶液,请将这五种溶液按沸点由高到低顺序排列：,答案：, = ,11.00克非电解质溶于20.0克水中，测定冰点是-0.50，该非电解质的相对分子量是（ ）（Kf1.86） (A) 1.86 /( 0.500. 20) (B) 1.86/(0.5020.0) (C) 0.5020.0/1.86 (D) 1.86/( 0.500.020),D,自测题,2. 相同质量的蔗糖和葡萄糖分别溶解于相同 体积的水中，所得溶液的渗透压（ ）蔗糖 (C12H22O11)葡萄糖(C6H12O6) (A)前者大于后者 (B)后者大于前者 (C)两者相同 (D)不能判断,B,注意,稀溶液依数性的定量关系只适应于非电解质稀溶液（难挥发），而对于浓溶液或电解质溶液，定量关系不再成立，但性质依然存在。,如：定性估计下列溶液 0.1mol/kg 蔗糖溶液 0.1mol/kg NaCl 0.1mol/kg BaCl2,蒸气压、沸点、凝固点,五电解质溶液简介,电解质,在水溶液中或熔融状态下能导电的物质,非电解质,在水溶液中或熔融状态下不能导电的物质,弱电解质,强电解质,Arrhenius 电离学说（1887）,当电解质溶于水时便自动地部分离解成 正、负离子电离。,(2) 强电解质全部电离，弱电解质部分电离,(3) 电离过程是可逆的,Arrhenius 由于电离理论而获1903年Nobel 化学奖,弱电解质在水中只有部分解离，解离度较小，在水溶液中存在解离平衡；而强电解质在水中解离比较完全，在水溶液中不存在解离平衡。,解离度,强电解质溶液表观的解离度,几种强电解质的实测解离度（298.15K, 0.1molL-1） 电解质 KCl ZnSO4 HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 实测解离度 (%) 86 40 92 92 61 91 81,1887年，Arrhenius 是这样在电离理论中解释这个现象的： 电解质在水溶液中是电离的. 电离“似乎”又是不完全的. 然而，我们知道，强电解质离子晶体，在水中应是完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？,离子氛和离子强度,但离子并不是自由的， 存在着“离子氛”。,强电解质在水溶液中是 完全电离的,每个离子都被相反电荷的其它离子所包围,离子的行动受到离子氛的牵制,Debye-Huckel强电解质溶液理论,活度(activity ),电解质溶液中例子实际发挥作用的浓度-活度 B 为活度系数(activity coefficient)，与溶液中离子间的相互作用有关 cB为物质B的浓度 b为标准浓度（1.0mol kg-1)通常用c= 1.0molL-1,离子强度(ionic strength）,离子浓度越大，电荷越高，离子强度越大，活度系数越小。,通常地： a.当电解质溶液浓度很稀（或弱电解质溶液）时，忽略离子间的相互作用，用浓度代替活度进行计算。 b.在进行实际测量时（如速度，酸度等），通常加入离子强度调节剂，来保持溶液中离子强度稳定。,本节小结： 1、浓度：物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数。,2、难挥发、非电解质、稀溶液通性的计算公式：,p = K蒸 b(B) Tb = Kb b(B) Tf = Kf b(B) = cRT b(B) RT,使用条件： 1、难挥发物质 2、非电解质 3、稀溶液,第二节 胶体,Particles of 1-100 nm size,胶体溶液(溶胶),由小分子、原子或离子聚集成较 大颗粒而形成的多相体系。如 Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶,高分子溶液,由一些高分子化合物组成的溶液。 如胶水。,一 、溶胶的制备,分散法：大粒子变小 研磨法 超声波法 电弧法 胶溶法,凝聚法：小粒子变大 物理凝聚：更换溶剂 化学凝聚：利用化学反应生成难溶物,方 法,二、溶胶的性质,动力学性质-布朗（Brown）运动,光学性质-丁铎尔效应,电学性质(1)-电泳,电学性质(2)-电渗,吸附作用,溶胶粒子带电原因,离子选择吸附,优先吸附与它组成有关的离子,离子交换吸附,吸附某种离子的同时，将原来已存在于吸附剂表面 的电荷符号相同的另一种离子等量地释放到溶液中去,浓度越大，离子价数越高，交换能力越强。 例如，交换能力NaMg2Al3,价数相同时，与水化离子半径有关。例如 水化离子半径：LiNaKRbCs 交换能力：Li Na K Rb Cs,三、胶团结构,胶团结构,吸 附 层,扩散层,(AgI)mnI- (n-x)K+x- xK+,胶核,吸附层,扩散层,胶团,I-: 电位离子 K+: 反离子,胶粒,四、溶胶的稳定性与聚沉,稳定性的原因,聚沉能力,是聚沉值的倒数。聚沉值越 大的电解质，聚沉能力越小。,电解质的聚沉规律,价态影响 与胶粒带相反电荷的离子的价数影响 最大，价数越高，聚沉能力越强。,负溶胶 As2S3：聚沉值 AlCl3 : MgCl2 : NaCl = 1 : 8 : 548。,例：,感胶离子序,负溶胶: 聚沉能力是 Cs+ Rb+ K+ Na+ Li+,溶胶的相互聚沉,将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉,例：水的净化,天然水中胶态的悬浮物大多数带 负电荷（如土壤胶体、有机质胶 体），而明矾在水中水解而得 Al(OH)3为正溶胶，它们相互聚 沉而使水净化。,第三节气体 一、理想气体状态方程,在通常的温度及压力条件下，固态（Solids）、液态（Liquids）和气态（Gases）是物质的3种主要物态 此外，在特定条件下，还有液晶态和等离子态。 物质的三态中，研究较早较为深刻的是气体,理想气体状态方程：把描述气体状态的3个参量p，V ，T 归于一个方程式，称为理想气体状态方程。,R: The Gas Constant,标准状况,注意单位的一致,气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。,人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。,理想气体： 分子不占体积 分子间无相互作用,低压 高温,实际气体： 分子有体积 分子间有相互作用,二 实际气体（real gas ）,实际气体的状态方程,a,b为校正常数，可查表。对于不同的气体，有不同的数值。,组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。,三 分压定律,道尔顿分压定律(1807) Daltons Law of Partial Pressure,分压定律：,温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于组分气体分压力之和。 某组分气体的分压力等于该气体同温度下单独