第一章 气体和溶液.ppt

第一章气体和溶液 第一节气体1 1理想气体状态方程式1 2道尔顿分压定律第二节溶液2 1溶液组成量度的表示方法2 2分散系2 3稀溶液的依数性2 3 1溶液蒸汽压下降2 3 2溶液沸点升高和凝固点下降2 3 3渗透压第三节胶体溶液3 1表面能3 2溶胶3 2 1溶胶组成3 2 2溶胶性质3 2 3溶胶的稳定性和聚沉3 3大分子溶液 第一节气体 1 1理想气体状态方程式理想气体 分子本身不占体积 分子间没有相互作用力的气体 理想气体状态方程式 pV nRT 式中p 压力 kPa或PaV 体积 L或m3n 物质的量 molT 温度 KR 摩尔气体常量 R 8 314kPa L K 1 mol 1或R 8 314Pa m3 K 1 mol 1或R 8 314J K 1 mol 1例 P2例1 1 1 2道尔顿分压定律组分气体 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体 组分分压 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 分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和 p p1 p2 pi或p PB例 P3 例1 2 第二节溶液2 1溶液组成量度的表示方法 一 物质的量浓度 CB 1 定义 CB nB V2 单位 mol L 1 mmol L 1 mol L 13 nB mB MB二 质量浓度 B 1 定义 B mB V2 单位 g L 1 mg L 1 g L 13 CB和 B的关系 B CB MB三 质量摩尔浓度 bB 1 定义 bB nB mA2 单位 mol Kg 1 四 质量分数 B 体积分数 B 摩尔分数 xB B mB m单位为1 B VB V单位为1xB nB n单位为1 浓度相互换算 各种浓度表示法有各自的特点 从各种浓度的基本定义出发 可进行各种浓度的相互换算 溶液浓度的换算只是单位的变换 而溶质的量和溶液的量均未改变 说明 根据SI规定 在使用物质的量的浓度单位时必须注明所表示的物质的基本单元 因为物质的基本单元可以是原子 分子 离子及其它粒子 或是这些粒子的特定组合 它可以是实际存在的 也可以是根据需要而指定 例如C H2SO4 0 1mol l 表示每升溶液中含0 1molH2SO4C 1 2H2SO4 0 1mol l 表示每升溶液中含0 1mol1 2H2SO4C NaOH 0 1mol l 表示每升溶液中含0 1molNaOHC Ca2 2 5mol l 表示每升溶液中含2 5molCa2 通常所说的 溶液浓度 实际上是指溶液的 物质的量浓度 假设C 1 2H2SO4 0 1mol L 问C H2SO4 等于多少 例 在100ml生理盐水中含有0 90gNaCl 计算生理盐水的质量浓度 解 mB 0 09gV 100ml 0 1L 例 将0 638g尿素溶于250g水中 该溶液的质量摩尔浓度为0 0425 试求尿素的相对分子质量 解 根据bB nB mAnB mB MBMB mB bB mA 0 638 0 0425 250 10 3 60g mol 质量分数 B定义 指某物质的质量与混合物 或溶液 的总质量之比 用符号 表示 设某溶液由溶剂A和溶质B组成 则溶质B的质量分数为 例 将10gNaCl溶于100g水中配成溶液 计算此溶液中NaCl的质量分数 解 mB 10g m 100 10 110g 体积分数 B 定义指在相同温度和压力下 溶质B的体积VB与混合物 或溶液 体积V之比 用符号 B表示 例 取750ml纯酒精加水配成1000ml医用消毒酒精溶液 计算此酒精溶液中酒精的体积分数 解 VB 750ml V 1000ml 摩尔分数XB定义 指某物质的物质的量与混合物 或溶液 的物质的量之比 用符号X表示 设某溶液由溶剂A和溶质B组成 则溶质B的摩尔分数为 2 2分散系一概念分散系 一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的系统称分散系 分散质 分散相 分散系中被分散的物质 分散介质 分散剂 分散系中把分散质分散开来的物质 分散系 分散质 分散剂 二分散系分类1根据分散相和分散剂之间是否存在界面进行分类相 体系中各个部分物理性质和化学性质完全相同的叫一个相 相的特点 A任何部分的物理性质和化学性质相同 B一个相并不一定只含一种物质 如食盐水 NaCl和H2O 单相 均相 分散系 只含有一个相的分散系 如食盐水 葡萄糖水等 特点 单相分散系中的分散相是以单个的分子 原子或离子分散在分散剂中 体系中各个部分的物理性质和化学性质完全相同 体系内部不存在界面 多相 非均相 分散系 含有二个或二个以上相的分散系 如冰水 氢氧化铁溶胶 泥浆 牛奶等 特点 多相分散系中的分散相是以分子 原子或离子的聚集体分散在分散剂中 体系中相与相之间的性质不完全相同 体系内部存在界面 2根据分散相粒子的直径大小进行分类100nm粗分散系 悬浊液 乳状液 2 3稀溶液的依数性依数性 稀溶液的性质只与溶质 溶剂微粒数的比值有关 而与溶质的本性无关 它包括溶液的蒸汽压下降 沸点升高 凝固点下降和渗透压等 初始 V蒸发 V凝聚平衡 V蒸发 V凝聚 气液两相平衡 蒸发H2O l H2O g 凝聚 2 3 1溶液蒸汽压下降 蒸汽压下降的原因 p液 p纯剂 c液越大 p液越小 P PA XAP 稀溶液的蒸气压PA 纯溶剂的蒸气压XA 溶液中溶剂的摩尔分数 拉乌尔定律 在一定的温度下 难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压 等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数 P PA P PA 1 XA P XB KbBK 与温度有关的常数 它取决于P 和MA 沸点 溶液的蒸气压 p溶液 与外压 p外压 相等时的温度称为该溶液的沸点 纯水 p外 101 3kPa t纯水 100 难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点 2 3 2溶液沸点升高和凝固点下降2 3 2 1溶液沸点升高 溶液的沸点上升示意图 溶液的沸点上升的原因 溶液的蒸气压下降p溶液 p纯溶剂 Tb KbbB式中 Tb 溶液的沸点升高Kb 溶剂的摩尔沸点升高常数 K kg mol 1bB 溶液的质量摩尔浓度 凝固点 固相纯溶剂的蒸汽压与它的液相蒸汽压相等时的温度 当固液两相共存时 若固相蒸气压小于液相蒸气压时 液相向固相转化 反之亦然 2 3 2 2溶液凝固点下降 溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf 原因 溶液的蒸气压下降 溶剂的凝固点下降示意图 Tf Tf Tf Tf KfbB式中 Tf 溶液的凝固点降低值Kf 溶剂的摩尔凝固点降低常数 K kg mol 1bB 溶液的质量摩尔浓度 例 为了防止汽车水箱中的水在266K时凝固 以无水乙醇 0 803g ml 做防冻剂 问每升水至少要加多少ml乙醇 解 已知水的凝固点为273K Kf 1 86 Tf 273 266 7 K Tf Kf bBbB 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 76 46 0 803 215 6 ml 2 3 3渗透压一 渗透现象和渗透压1 渗透现象 溶剂 水 分子通过半透膜 由纯溶剂进入溶液 或由稀溶液进入浓溶液 的自发过程 2 渗透现象的原因膜内外溶液浓度不等初始 溶剂分子扩散速度V纯水 V糖水溶剂分子通过半透膜自动地由纯水向糖水扩散渗透平衡 当V纯水 V糖水 渗透停止 3 产生渗透现象的条件要有半透膜 膜两侧溶液的浓度不等 4 渗透压在一定的温度下当溶液与纯溶剂用半透膜隔开时 为使纯溶剂不进入溶液必须施加于溶液液面上的压力 称为该溶液的渗透压 二 渗透压力与浓度 温度的关系 范特荷甫公式 cRT式中 溶液的渗透压kPac 溶液浓度mol LT 绝对温度K 273 15 t0C R 气体常数8 31kPa L mol 1 K 1 a 在一定温度下 溶液的渗透压与它的浓度成正比 Cb 在一定浓度下 溶液的渗透压与绝对温度成正比 T 由上式可知 稀溶液的渗透压与溶液的物质的量浓度及绝对温度成正比 而与溶质及溶剂的种类无关 cRT适用范围 特别指出 cRT只适用于非电解质稀溶液如 0 3mol L葡萄糖溶液与0 3mol L蔗糖溶液 其 相同 当两种非电解质溶液的c不同时 c大 它的 就大 由于电解质分子在溶液中发生电离产生离子 使溶液中粒子的数目成倍增加 用 cRT计算电解质溶液的渗透压将会产生较大的误差 为了消除误差 必需引入一个校正系数i即渗透压公式改写为 icRT 计算电解质溶液的渗透压 式中i 校正因子i是溶质的一个分子在溶液中能产生的粒子数例如 0 3mol LNaCl 1 i 2 0 3mol LC6H12O6 2 i 1 则 1 2 2 例 在37 时 人体血液渗透压约为780kPa 现需要配制与人体血液渗透压相等的葡萄糖盐水溶液供静脉注射 若已知上述1L葡萄糖盐水溶液含22g葡萄糖 问其中应含食盐多少克 解 设食盐含量为W克 cRT 葡萄糖 盐水 葡萄糖 盐水 780 8 314 273 37 W 5 3克 三渗透现象在生命过程中的重要作用1 医学上输液必需输等渗溶液 2 动物体内水份的输送 3 植物从土壤中吸收水份和营养 以血浆的渗透压为标准 规定 低渗 等渗 高渗 问 为什么用9 00g LNaCl溶液作为补液 780KPa 780KPa 780KPa 低渗溶液 高渗溶液 当施加在膜溶液侧的压力大于渗透压力时 水的流向就会逆转 此时 溶液中的水将流入纯水侧 上述现象就是水的反渗透 四反渗透 反渗透膜孔径小至纳米级 在一定的压力下 H2O分子可以通过膜 水中的无机盐 重金属离子 有机物 胶体 细菌 病毒等杂质无法通过膜 从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来 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 nmol 1000cm3c2 nmol 1000 100 cm3 因为渗透前后溶质的物质的量未减少 3 1表面能1表面张力 表面上存在的抵抗表面扩张的力称为表面张力 作用于表面的边界线上 垂直于边界线向着表面的内部 单位 N m 1 牛顿 米 1 第三节胶体溶液 2表面能Es Es A 3 2溶胶3 2 1溶胶组成 溶胶 是一种高度分散的多相体系 分散质为固体难溶粒子 1 100nm 分散剂为液相溶胶特点 高度分散 多相 聚结不稳定性 溶胶组成 以制备水溶胶为例 溶液中部分 与HCl作用 FeOCl FeO Cl 胶团结构示意图 胶团的结构式 注意 因制备溶胶的条件不同 可使胶体粒子带不同的电荷 制备AgCl溶胶 AgNO3 KCl AgCl KNO3 当AgNO3过量时 溶液中有Ag NO3 K 分散质AgCl优先吸附Ag 而带正电荷 由于溶液中存在的Ag 和Cl 都是胶体的组成离子 它们都有可能被吸附 若制备过程中 KCl过量时 溶液中有过量的K Cl NO3 溶胶粒子优先吸附Cl 而带负电荷 4电动电势 在电场的作用下 胶粒和介质作相对移动时表现出来的胶粒的滑动面与液体内部之间的电势差 胶粒与介质之间的双电层及电势差 3 2 2溶胶性质1 光学性质 丁达尔现象 散射光强度与入射光波长的4次方成反比 入射光的波长越短 溶胶对光的散射作用越强 散射光强度随分散相分子浓度的增大而增强 分散相与分散介质的折光率相差越大 则散射作用越强 散射光强度与分散相粒子体积的平方成正比 在胶体分散系范围内 随着分散相粒子的增大 对光的散射作用增强 2 动力学性质 布朗运动胶粒各自独立地做既不规则又不断改变方向的剧烈运动 布朗运动产生的原因 周围分散介质的分子从各个方向以不等的力撞击这些胶粒 在每一瞬间粒子所受到的合力方向不断改变 分散介质的分子对溶胶粒子的撞击 3电学性质 电泳现象 电泳 electrophonesis 在外电场的作用下 分散相粒子在分散介质中作定向移动的现象 胶体粒子带电的主要原因 1 电离作用 H2SiO3SiO2 H2OH HSiO3 2 吸附作用 胶核的比表面很大 很容易吸附溶液中与它组成相关的离子 3 2 3溶胶的稳定性和聚沉溶胶稳定的主要因素 1 Brown运动 Brown运动剧烈 能克服重力引起的沉降作用 2 胶粒带电 同一种溶胶的胶粒带有相同电荷 当彼此接近时 由于静电作用相互排斥而分开 电势越大 胶粒所带的净电荷就越多 胶粒之间静电斥力就越大 溶胶就越稳定 胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因 3 溶剂化作用 溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水合离子 使胶粒和反离子周围形成了一层水化膜 2 溶胶聚沉的方法聚沉 使胶粒聚集成较大颗粒而沉淀的过程 1 加入电解质 研究最多应用最广 2 加入带相反电荷的胶体 3 长时间加热