无机及分析化学——分散体系

1、材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry分散体系分散体系 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry由一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。 分散质被分散的物质 分散剂起分散作用的物质 一 分散系分类1.分散系的定义分散系在自然界中广为存在:细小水滴 + 空气 云雾二氧化碳 + 水 汽水金属化合物 + 岩石 矿石材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一

2、页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry相气相液相固相宏观体系内部具有相同的物理及化学性质的均匀部分(有明确的界面)单相单相，两相（水与苯），三相固溶体，多相单相系统和多相系统材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry1) 按物质的聚集状态分类：分散质分散质分散剂分散剂实实 例例气气 空气液气 云 、雾固气 烟 、尘气液 汽水、泡沫液液 牛奶、豆浆固液 泥浆、溶液气固 泡沫塑料、馒头液固 珍珠、肉冻固固 合金、有色玻璃2.分散系的

3、分类材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry2) 按分散质粒子直径大小分类：分分 散散 系系直径直径/nm实实 例例特征特征相系相系溶 液1蔗 糖 水食 盐 水最稳定,不沉降、能透过滤纸单胶 体1 100AgI 溶 胶微浑浊，半透明或不浑浊透明, 有Tyndall现象多粗100泥 浆不透明、不稳定不透过滤纸多材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry 物质的量及其单位：物质的

4、量物质的量n： 分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散在分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散在分散剂中所形成的分散系分散剂中所形成的分散系。MB = mB /nBmol摩尔质量摩尔质量：二 溶液材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical ChemistryV/ )B(n)B( c 1. 溶液浓度的表示方法 物质的量浓度物质的量浓度 c(B)mol dm-3 (molL-1)质量摩尔浓度质量摩尔浓度 b(B)( 1)()(kgBnBb Mol kg-1 与温度无关与温度无关。在极稀的水溶液中在极稀

5、的水溶液中c(B) b(B) 在数值上材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical ChemistryBABBBAAAnnnxnnnx 摩尔分数摩尔分数 xi 量纲： 1（与单位的联系与区别）质量分数%100)()()( 液液mBmB 浓度的相互换算（见教材例题）浓度的相互换算（见教材例题）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry2 稀溶液的依数性蒸气压下降 Decrease of vapor p

6、ressure沸点升高 Boiling point elevation 凝固点下降 Freezing point lowering渗透压 Osmotic pressure1. 依数性： 难挥发非电解质稀溶液，具有一些共同性质，难挥发非电解质稀溶液，具有一些共同性质，这些性质仅与溶液中这些性质仅与溶液中溶质的粒子数溶质的粒子数有关，而与溶有关，而与溶质的本性无关。质的本性无关。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry2. 溶液的蒸气压下降1)1) 蒸气压蒸气压H2O(l) H2O(g)

7、蒸发蒸发凝聚凝聚蒸发蒸发 =凝聚凝聚P(H2O)蒸气分子蒸气分子液体分子液体分子材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry ppp *2) 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 在一定温度下在一定温度下, ,溶液的蒸气溶液的蒸气压总压总是是低于纯溶剂低于纯溶剂的蒸气压，的蒸气压，称为溶液的蒸气压下降。称为溶液的蒸气压下降。溶液蒸气压下降的原因：溶液蒸气压下降的原因：A.A.溶液表面溶剂分子数减少；溶液表面溶剂分子数减少；B.B.形成溶剂化分子；形成溶剂化分子；蒸气分子蒸气分子液体分子液体分

8、子溶质分子溶质分子材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical ChemistrypT0.1molkg-10.2molkg-1纯水纯水3) Raoult (拉乌尔拉乌尔) 定理定理 在一定温度下在一定温度下，稀溶液的蒸气压与溶稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂液中溶剂的的摩尔分数摩尔分数成正比成正比. .Axpp* 经验定律，只适用于难挥发非电解质的稀溶液材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry1 BAx

9、x对于两组分溶液对于两组分溶液BBxppxpp *)1 (*Bxpppp *)(*)()(BbKmnMPPABA Raoult 定律又可表述为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降,近似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry3. 溶液的沸点升高TbpTTb*P外纯水纯水蔗糖蔗糖沸点:液体的沸点是该液体的蒸气压等于外界大气压时的温度Tb材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022

10、Inorganic & Analytical Chemistry Kb 为沸点升高常数 2) 溶液的沸点升高：溶液的沸点升高：3)3)沸点升高的应用沸点升高的应用*(B)bbbbTTTK b溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差 它只它只与溶质的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。(1) 计算溶液的沸点计算溶液的沸点(2) 测定难挥发非电解质的摩尔质量测定难挥发非电解质的摩尔质量材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemis

11、try4. 溶液的凝固点下降凝固点：液体的蒸气压与固体蒸气压相等，两相平衡共存时的温度。TfTfpT *纯水纯水蔗糖蔗糖冰冰溶质的加入使溶液的蒸气压力下降溶质溶于水，不溶于冰，冰的蒸气压力无变化材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical ChemistryK Kf f为凝固点下降常数为凝固点下降常数. .Cryoscopic constant Tf =Tf*- Tf = Kfb(B)(2) (2) 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降：纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差它只它只与溶质

12、的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。凝固点下降的应用：凝固点下降的应用：(1)解释植物的抗旱性与耐寒性等现象解释植物的抗旱性与耐寒性等现象；(2)向汽车水箱中加入乙二醇防冻液；向汽车水箱中加入乙二醇防冻液；(3)计算溶液的凝固点；计算溶液的凝固点；(4)测定难挥发非电解质的摩尔质量；测定难挥发非电解质的摩尔质量；材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry1. 0的水溶液中加入一小块的水溶液中加入一小块0的冰，有何现象？的冰，有何现

13、象？2. 蒸气压下降蒸气压下降，沸点升高，凝固点降低均可用来测，沸点升高，凝固点降低均可用来测分子量，哪一种方法最好？分子量，哪一种方法最好？思 考 题：沸点沸点升升高和凝固点下降的原因高和凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry半透膜半透膜溶液溶液纯水纯水 由渗透压形由渗透压形成的液面差成的液面差渗透现象：溶剂分渗透现象：溶剂分子通过半透膜进入子通过半透膜进入溶液的单方向自动溶液的单方向自动扩散过程。扩散过程。渗透压：为维持被渗透压：为维持被半透

14、膜所隔开的溶半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的渗透平衡而需要的额外压力额外压力 5.溶液的渗透压材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry半透膜半透膜溶液溶液纯水纯水 F渗透压：为维持被渗透压：为维持被半透膜所隔开的溶半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的渗透平衡而需要的额外压力额外压力渗透平衡：在溶液渗透平衡：在溶液上方施加一外压上方施加一外压P, P, 使半透膜两边溶剂使半透膜两边溶剂分子进出的速率相分子进出的速率相等时，体系

15、所处的等时，体系所处的状态。状态。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry反渗透：如果外加在溶液反渗透：如果外加在溶液上的压力超过了渗透压，上的压力超过了渗透压，则会使溶液中的溶剂向纯则会使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动，使纯溶剂溶剂方向流动，使纯溶剂的体积增加。的体积增加。应用：海水淡化应用：海水淡化半透膜半透膜溶液溶液纯水纯水 F产生渗透和反渗透现象的条件：产生渗透和反渗透现象的条件： 有半透膜的存在；有半透膜的存在； 膜两边的溶液存在浓度差；膜两边的溶液存在浓度差；材料科学与化学

16、工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry113113molKdm8.314kPamolKm8.314PaR)()(BbBc 稀水溶液中稀水溶液中RTBbRTBc)()(Vant Hoff 定律定律V = nRT = nRT/V = cRT18861886年范霍夫年范霍夫(vant Hoff)(vant Hoff)指出指出: :难挥发的非电解难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度及绝对温度成正比：质稀溶液的渗透压与溶液的浓度及绝对温度成正比：“稀”的程度原则上要求溶质粒子之间的相互作用可以忽略不

17、计，类似于理想气体的要求，一般在0.2M以下，但无确切的界限！材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry 例. 含有5gL-1某可溶性多糖的水溶液,在278 K时渗透压为3.24kPa.求该多糖的摩尔质量。渗透压的应用渗透压的应用 解释动植物的生命现象解释动植物的生命现象. . 计算高分子化合物的摩尔质量计算高分子化合物的摩尔质量. . 生理盐水的浓度生理盐水的浓度海水与淡水鱼类不能互换海水与淡水鱼类不能互换在淡水中游泳眼睛涩痛在淡水中游泳眼睛涩痛一般植物细胞的渗透压：一般植物细胞的渗

18、透压：=2000KPa材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry1B113B1mol3568g278KmolKm8.314PaL5g3.24kPaMM解解: :C0.026Lmol101.43567513BffBcKtc渗透压法测大分子的摩尔质量比凝固下降法更灵敏渗透压法测大分子的摩尔质量比凝固下降法更灵敏材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry )(*)()(BbKmnMP

19、PABA *(B)bbbbTTTK b小结 Tf =Tf*- Tf = Kfb(B)RTBbRTBc)()( 难挥发非电解质的稀溶液才能使用上述公式。如果不能同时满足上述前提条件又该如何呢？满足上述前提条件又该如何呢？! ! ! !材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry三 电解质溶液 强电解质、弱电解质强电解质、弱电解质 离解度（解离度、电解度）离解度（解离度、电解度） 电解质稀溶液的依数性电解质稀溶液的依数性材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3

20、/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry电解质溶液，或者浓度较大的溶液也与非电解质稀溶液一样具电解质溶液，或者浓度较大的溶液也与非电解质稀溶液一样具有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质。有溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质。但是但是稀溶液定律所表达的一些依数性与溶液浓度的定量关稀溶液定律所表达的一些依数性与溶液浓度的定量关系不适用与系不适用与浓溶液浓溶液和和电解质电解质溶液。溶液。思考题：排出下列溶液凝固点由高到低的顺序思考题：排出下列溶液凝固点由高到低的顺序1. c(C1. c(C6 6H H6 6O O6 6)=0.1

21、0mol.dm)=0.10mol.dm-3-32. c(CaCl2. c(CaCl2 2)=0.05 mol.dm)=0.05 mol.dm-3-33. c(Na3. c(Na3 3POPO4 4)=0.033 mol.dm)=0.033 mol.dm-3-34. c(KNO4. c(KNO3 3)=0.10 mol.dm)=0.10 mol.dm-3-3材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry参考答案；参考答案； 1. C1. C粒子粒子(C(C6 6H H6 6O O6 6)=0

22、.10mol.dm)=0.10mol.dm-3-3 2. c 2. c粒子粒子(CaCl(CaCl2 2)=0.15 mol.dm)=0.15 mol.dm-3-3 3. c 3. c粒子粒子(Na(Na3 3POPO4 4)=0.13 mol.dm)=0.13 mol.dm-3-3 4. c 4. c粒子粒子(KNO(KNO3 3)=0.20 mol.dm)=0.20 mol.dm-3-3 凝固点下降高低顺序为凝固点下降高低顺序为4 42 23 31 1 凝固点由高到低顺序为凝固点由高到低顺序为1 1、3 3、2 2、4 4材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一

23、页3/16/2022Inorganic & Analytical Chemistry1、了解分散体系的分类、了解分散体系的分类；本章学习要求4、理解电解质稀溶液的依数性、理解电解质稀溶液的依数性；3、掌握稀溶液的依数性及其计算掌握稀溶液的依数性及其计算；2、掌握溶液浓度的定义及其相互换算、掌握溶液浓度的定义及其相互换算；材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页 从广义上讲，能使体系表面张力降低的溶质均从广义上讲，能使体系表面张力降低的溶质均可称为表面活性物质；但习惯上只将可称为表面活性物质；但习惯上只将显著降低表面显著降低表面张力张力的这类化合物称为表面活性剂。的

24、这类化合物称为表面活性剂。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页非极性基团。非极性基团。 表面活性剂由结构上不对称的表面活性剂由结构上不对称的 两部分组成，两部分组成，为双亲化合物。为双亲化合物。极性基团。极性基团。常见的亲水基有羧基、磺酸基、醚基和羟基等。常见的亲水基有羧基、磺酸基、醚基和羟基等。一般为长链烃基。一般为长链烃基。易溶于水，具有亲水性质。易溶于水，具有亲水性质。易溶于油，具有亲油性质。易溶于油，具有亲油性质。( (憎水基憎水基) )材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页气气 相相表面层表面层液液 相相物质的表面具有

25、特殊的性质，这是由于表面层分子与内物质的表面具有特殊的性质，这是由于表面层分子与内部分子所处的力学状态不同引起的。部分子所处的力学状态不同引起的。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页润润 湿湿 液体在固体上的铺展。液体在固体上的铺展。润湿剂润湿剂 使某物体润湿或加速润湿的表面活性剂。使某物体润湿或加速润湿的表面活性剂。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页 S-S-l ll-gl-gS-S-g g润湿剂可使润湿角润湿剂可使润湿角降低，降低， 越小，表示越小，表示润湿越好。润湿越好。=0 =0 完全润湿完全润湿90 90 90 不

26、润湿不润湿=180 =180 完全不润湿完全不润湿材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页乳化作用乳化作用( (乳乳 化化 剂剂) )乳化作用：乳化作用：一种微粒均匀的分散于另一种液体一种微粒均匀的分散于另一种液体中的现象中的现象使非水溶性物质在水中呈均匀乳化或使非水溶性物质在水中呈均匀乳化或分散状态的现象。分散状态的现象。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页强烈振荡强烈振荡油油水水水包油型水包油型(O/W)(O/W)油包水型油包水型(W/O)(W/O)油与水乳化形式油与水乳化形式少量油分散在大量水中少量油分散在大量水中连续相：水

27、分散相：油连续相：水分散相：油少量水分散在大量油中少量水分散在大量油中连续相：油连续相：油 分散相：水分散相：水材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页油包水型油包水型(W/O)(W/O)内燃机的油水混合燃料内燃机的油水混合燃料: :节省燃料节省燃料油与水乳化形式油与水乳化形式水包油型水包油型(O/W)(O/W)高速切削的冷却液高速切削的冷却液: :散热快散热快, ,不沾工具不沾工具杀虫剂杀虫剂: :便于喷雾便于喷雾, ,使少量农药均匀分布在作物表面使少量农药均匀分布在作物表面. .化妆品化妆品: :易于吸收易于吸收破乳剂破乳剂材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院