无机及分析化学课件 全 南京大学第五版

1、林,政,第一章,分散系,1.5,高分子溶液,1.3,溶液,1.2,分散系,1.4,胶体溶液,1.1,物质的量及其单位,1.1.1,物质的量及其单位,物质的量是国际单位制中,7,个基本物理,量之一，其符号为,n,单位为摩尔,mol,简称摩。物质的量是表示物质所含微粒数,N,与阿伏加德罗常数,NA,之比,即,n=N/NA,它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起,来的一种物理量。其表示物质所含粒子数,目的多少,物质的量的单位是,摩（尔）、符号,mol,物质的量,n,粒子数,N,阿伏加德罗常数,NA,物质的量,mol),物质的质量,g),物质的摩,尔质量,g/mol,阿伏加德罗常数,NA,以,0.012

2、kg,12,C,所含的碳原子数作基准，其,近似值为,6.02,10,23,mol,1,1.1.2,物质的量及其单位,满足上述关系的粒子是构成物质的基,本粒子,如分子、原子、离子、质子、中子,电子数,或它们的特定组合,如,1molCaCl,2,与阿伏加德罗常数相,等的粒子是,CaCl,2,粒子，其中,Ca,2,为,1mol,Cl,为,2mol,阴阳离子之和为,3mol,或原子数,为,3mol,在使用摩尔表示物质的量时，应该用,化学式指明粒子的种类，而不使用该粒子,的中文名称,1.1.3,物质的量及其单位,摩尔,mol,毫摩尔,mmol,微摩尔,mol,纳摩尔,nmol,皮摩尔,pmol,1mol

3、,1,10,3,mmol,1,10,6,mol,1,10,9,nmol,1,10,12,pmol,1.1.4,物质的量及其单位,以单位体积溶液里所含溶质,B,的物质的,量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质,B,的,物质的量浓度。一般使用单位,mol / L,物质的量浓度,mol/L),溶质的物质的量,mol),溶液的体积,L,c,B,n,B,V,注意,体积是指溶液的体积，而不是,溶剂的体积,1.1.5,物质的量浓度,1.1.6,物质的量浓度,浓度只是物质的量浓度的简称，其它,溶液组分含量的表示法中，若使用浓度二,字时，前面应有特定的定语。如质量浓度,质量摩尔浓度,1.1.7,质量摩尔浓度,溶液中

4、某溶质,B,的物质的量除以溶剂的,质量，称为该溶质的质量摩尔浓度。单位,为,mol?kg,1,符号为,b,B,b,B,n,B,W,式中,W,为该溶剂的质量，以千克,kg,作单位,nB,是溶质,B,的物质的量，以摩尔,mol,作单位,1.1.8,质量浓度,单位体积混合物中某组分的质量称为,该组分的质量浓度，以符号,表示，单位,为,kg/m,3,组分,B,的质量浓度定义式为,m,B,V,式中,m,B,混合物中组分,B,的质量,kg,V,混合物的体积,m,3,常用单位是,g/L,1.1.9,质量分数,溶液中溶质,B,的质量分数是溶质,B,的质量,m,B,与溶液质量,m,之比,符号是,B,量纲为一,B

5、,m,B,m,如,100gNaCl,溶液中含,10gNaCl,可,表示为,NaCl,10,1.1.10,体积分数,纯物质,B,在某温度和压力下的体积，除,以在相同温度和压力下的溶液的总体积,符号为,量纲为一。体积分数常用于溶质,为液体的溶液，如果混合过程中产生的体,积变化很小，可近似地认为等于溶质的体,积溶液的总体积,例,已,知,浓,硫,酸,的,密,度,为,1.84g/ml,其质量分数为,95.6,一升,浓,硫,酸,中,含,有,的,n(H,2,SO,4,n(1/2H,2,SO,4,c(H,2,SO,4,c(1/2,H,2,SO,4,各为多少,解,n(H,2,SO,4,= 1.84,1000,0

6、.956/98.08,17.9 mol,n(1/2H,2,SO,4,= 1.84,1000,0.956/49.04,35.9 mol,c(H,2,SO,4,17.9/1 = 17.9 mol/L,c(1/2 H,2,SO,4,= 35.9/1 = 35.9 mol/L,例,250,克溶液中含有,40,克,NaCl,计算此,溶液的质量摩尔浓度,解,水的质量,250-40 = 210,克,b(NaCl) = 40/(58.5,210,1000,3.26 mol/kg,例】：在,100ml,水中溶解,17.1g,蔗糖,C,12,H,22,O,11,溶液的密度为,1.0638g/ml,求蔗糖的物质的量

7、浓度，质量摩尔浓度,解,M,蔗糖,342(g/mol,n,蔗糖,17.1/342=0.05(mol,V = (100+17.1)/1.0638,110.0 (ml)=0.11(L,1,c,蔗糖,= 0.05/0.11 = 0.454 (mol/L,2,b,蔗糖,= 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg,分散系分散质,分散剂,1.2,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,如：糖水和泥水等等,按聚集状态分,气气（空气,气液（汽水,气固（浮石,液气（云、雾,液液（酒精,液固（肉冻,固气（烟、尘,固液（溶液,固固（合金,1.2.1,分散系的分类,按分散质粒

8、子的大小分,1 nm,分子分散系（溶液,1-100 nm,胶体分散系（溶胶、高分子溶液,100 nm,粗分散系（悬浊液、乳状液,1.2.1,分散系的分类,1.2.2,相,1,相,体系中具有相同化学性质和物,理性质的均匀部分,2,相的特点,A,任何部分的物理性质和化学性质相同,B,一个相并不一定是一种单质，如食盐溶,液,NaCl,和,H,2,O,C,单相体系,分子分散系,如饱和食盐水,糖水等。溶质与溶剂已成一体，组分间没有,界面,D,多相体系,胶体分散系和粗分散系,如,溶胶；悬浊液等。各组分的物理性质和化学,性质不同，并具有明显的界面,1.2.3,理想气体,pV,nRT,R,摩尔气体常量,理想气

9、体状态方程式,在,STP,下,p,101.325kPa,T,273.15K,n,1.0,mol,时,V,m,22.414L=22.414,10,3,m,3,nT,pV,R,R,8.314 kPa,L,K,1,mol,1,1,1,8,3,1,4,Jm,o,l,K,3,3,1,0,1,3,2,5,P,a,2,2,4,1,41,0m,1,0,m,o,l,2,7,3,1,5,K,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,B,B,n,RT,p,V,1.2.4,分压定律,分压定律,混合气体的总压等于混合气体

10、中各组分气,体分压之和,p,p,1,p,2,p,i,或,p,p,B,V,nRT,p,2,2,1,1,V,RT,n,p,V,RT,n,p,1,2,1,2,i,i,n,R,T,n,R,T,n,R,T,R,T,p,n,n,n,V,V,V,V,L,L,n,n,1,n,2,n,i,分散质以分子或者比分子更小的质,点（如原子或离子）均匀地分散在分散,剂中的分散系称为溶液,溶,液,气态溶液,空气,液态溶液,水溶液,固态溶液,合金,溶质,溶剂,1. 3,溶液,通性：只与浓度,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,通性，又叫溶液的依数性,1. 3.1,溶液的通性,蒸气压下降,沸点上升,凝固点下降

11、,具有渗透压,初始,V,蒸发,V,凝聚,平衡,V,蒸发,V,凝聚,纯水的蒸气压示意图,气液两相平衡,蒸发,H,2,O,l,H,2,O,g,凝聚,1.3.1.1,溶液的蒸气压下降,在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时,p,溶液,总是小于同温度下的,p,纯溶剂,即溶液的蒸气压下降,p=p,纯,p,液,蒸汽压下降的原因,纯溶剂,正常,溶液,少,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,溶液的蒸气压,p,纯溶剂的蒸气压,n,A,溶剂的物质的量,n,B,溶质的物质的量,n,A,p= p,n,A,n,B,p,液,p,纯剂,c,液越

12、大,p,液越小,p,纯,p,液,的差值也越大,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,1.3.1.2,溶液的沸点上升,p,溶液,p,纯溶剂,而且,p = K,蒸,b(B,溶,液,的,沸,点,上,升,示,意,图,T,b,T,b,溶,剂,溶,液,温度,p,p,o,kpa,蒸,气,压,p,T,b,B,101.3kpa,A,B,溶液的沸点上升的原因：溶液的蒸气压下降,凝固点,某物质的固、液两相平衡时的温,度。液相蒸气压与固相蒸气压相同时的温度,若固相蒸气压小于液相蒸气压时，

13、液相向固,相转化。反之亦然,1.3.3.3,溶液的凝固点下降,溶液的凝固点,T,f,总是低于纯溶剂的凝固点,T,f,原因：溶液的蒸气压下降,溶,剂,的,凝,固,点,下,降,示,意,图,B,溶液,纯水,A,A,B,T,f,p,po,kPa,p,0.6105,T,f,T,f,273K) 373K T,溶液的凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降,溶液的沸点上升和凝固点下降的原因都,是溶液的蒸气压下降。而溶液的蒸气压下降,服从,拉乌尔定律,那么这两种特性也服从,拉,乌尔定律,与溶液的质量摩尔浓度成正比,T,b,K,b,b(B,T,f,K,f,b(B,小结,1.3.1.4,溶液的渗透压,渗透作用产生的条件

14、,半透膜存在,膜两侧溶液的浓度不相等,半透膜的作用,只许溶剂分子通过，溶质分,子不能通过,初始：溶剂分子扩散速度,V,纯水,V,糖水,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,糖水渗透停止,糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水,溶液的,渗透压,渗透压,在一定的温度下，在半透膜两边维,持渗透平衡所需施加的外压力，称为该溶液,的渗透压。用符号,表示,纯水,糖水,h,纯水,糖水,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,4,求算溶质的分子量,渗透现象在生命过程中的重要作用,低渗溶液,高渗溶液,1,同一温度下，溶液的渗透压与浓

15、度成正比,2,相同浓度时，渗透压与热力学温度成正比,V,n(B)RT,c(B)RT,b(B)RT,溶液很稀时,c(B,b(B,R,气体常数,8.314,kPa,L,mol-1.K-1,T,热力学温度（绝对温度,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质,量分数是多少,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,A,W,c,葡,M/1000,(0.28,180/1000,1.01,1

16、00,5.0,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,反渗透,盐水,淡水,p,p,反渗透法净化水,反渗透膜孔径小至纳米级，在一定的压力下,H,2,O,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,1000cm,3,的海水通,过只能使水透过的半透膜，提取,100cm,3,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

17、增大,当得到,100cm,3,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,2,2,2,1,1,1,c,RT,c,c,RT,c,2,2,1,1,c,c,c,1,n mol,1000cm,3,c,2,n mol,1000,100)cm,3,2,1,1000,10,900,9,c,c,2,1,0,1,4,7,9,1,6,4,3,9,k,P,a,因为渗透前后溶质的物质的量未减少,高浓度溶液和强电解质溶,液也有依数性，但不遵守拉乌,尔定律，故不可用稀溶液依数,性的公式进行计算,RT,K,K,T,K,p,b,b,f,f,蒸,B,b,T,对于难挥发、非电解质稀溶液,cb(B,几种,通性

18、可以互相联系起来，可以互相换算,胶体是一种高度分散的多相体系,分散质为固相,1100nm,分散剂为液相,1.4,胶体溶液,1,动力学性质,布朗运动,布朗运动,1.4,1,胶体溶液的性质,胶粒因,布朗运动,而具有一定的扩散作用,布朗运动产生的原因,分散质粒子本身处于不断的热运动中,分散剂分子对分散质粒子的不断撞击,液体分子对溶,胶粒子的撞击,粗分散系,2,光学性质：丁铎尔效应,光学原理：强光照到分散质粒子上，若粒子直,径大于入射光,波长，则发生反射或折射，如粗分,散系。若粒子直径与入,射光波长相比拟，则发生,散射,散射光称为乳光,Fe(OH,3,胶体,丁铎尔效应示意图,光源,凸透镜,光锥,溶胶中

19、分散质粒子直径,1,100 nm,可见光波长,400,700 nm,在真溶液中，溶质颗粒太小,10,9,m,光的散射极弱，看不到丁铎尔效应。阳光从,狭缝射进室内形成光柱也是丁铎尔效应,3,溶胶的电学性质,电泳,在电场中，分散质粒子作定向移动,电泳管示意图,电泳管中,Fe(OH,3,溶胶向负极,移动，说明,Fe(OH,3,溶胶,中分散质粒子带正电荷,胶体粒子带电的主要原因,1,电离作用,H,2,SiO,3,SiO,2,H,2,O,H,HSiO,3,2,吸附作用,固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的,离子，或者能够在固体表面上形成难电离或难,溶解物质的离子,例如,Fe(OH,3,胶体粒子很容易吸附

20、与,它结构相似的,FeO,离子，而带正电荷,Fe(OH,3,m,nFeO,FeCl,3,3H,2,O,Fe(OH,3,3HCl,Fe(OH,3,HCl,FeOCl,2H,2,O,FeOCl,FeO,Cl,1.4.2,胶团结构,以,AgI,为例,AgNO,3,KI = AgI +KNO,3,当,AgNO,3,过量时,分散质带正电荷，胶团结,构如下,AgI,m, n Ag, ( n,x ) NO,3,x, x NO,3,胶核,电位离子,反离子,反离子,吸附层,扩散层,胶粒,胶团,当,KI,过量时，胶粒带负电荷,胶团结构如下,AgI,m, n I, (n,x ) K,x, x K,FeO,FeO,F

21、eO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,FeO,分散质,Fe(OH,3,m,Fe(OH,3,胶核吸附电位离子的示意图,若是等物质的量进行反应，则不能形成溶胶,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,AgNO,3,KCl = AgCl +KNO,3,当,AgNO,3,过量,时，溶液中有,Ag,NO,3,K,分散质,AgCl,优先吸附,Ag,而,带正电荷,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,Ag,分散质,AgCl,由于溶液中存在的,

22、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,NO,3,溶胶粒子优先吸附,Cl,而带负电荷,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,分散质,AgCl,1.4.3,电动电势,_,_,_,_,_,_,_,_,电,势,M,N,A,B,胶粒与介质之间的双电层及电势差,在电场的作用下，胶粒和介质作相对移动时表现,出来的胶粒固相表面与液体内部之间的电势差,1.4.4,溶胶的稳定性,1,动力学稳定性：布朗运动使胶粒不沉降,2,溶剂化作用：使胶粒和反离子周围形成溶剂,化膜,3,电势稳定性：溶胶能稳定存在的最重要的原,因是胶粒之间存在静电排斥力，而阻止胶粒的,聚沉,电势越大，静电排斥力越大，所以,电势的数值可以衡量溶胶的稳定性,越大,表明溶胶越稳定,胶粒表面积大，表面能大，体系可,自动聚集降,低表面能，溶胶是热力学的,不稳定体系,1.4.5,溶胶的不稳定性,表面能,液体或固体表面粒子比内部粒子能,量高，多出的这部分能量称为体系的表面能,1.4.5,溶胶的不稳定性,1g,水滴分散成直径,2nm,的小水滴，总,面积为原来的,625,万倍，增加的能量可将这,1g,水的温度升高