无机及分析化学四学习教案

1、会计学1无机无机(wj)及分析化学四及分析化学四第一页，共55页。物质的聚集状态(zhungti)及特征：气气态态充满整个空间，分子间空隙大，具有可压缩充满整个空间，分子间空隙大，具有可压缩性与扩散性。性与扩散性。液液态态可以流动，无一定外形。压缩性小。可以流动，无一定外形。压缩性小。固固态态有固定外形，分子间空隙很小，不易压缩。有固定外形，分子间空隙很小，不易压缩。第1页/共55页第二页，共55页。1.1 气体气体(qt) 1.2 溶液溶液(rngy)（重点）（重点） 1.3 胶体溶液胶体溶液 第2页/共55页第三页，共55页。1.1.1 理想气体理想气体(l xin q t)状态方程式状态

2、方程式 1.1.2 道尔顿理想气体道尔顿理想气体(l xin q t)分压定律分压定律气气 体体第3页/共55页第四页，共55页。 理想气体理想气体(l xin q t)(l xin q t)状态方程式状态方程式 1 1、理想气体、理想气体(l xin(l xin q t) q t)理想气体，一种假想理想气体，一种假想(jixing)的气体。的气体。 两点假设：两点假设： 忽略分子自身占有的体积忽略分子自身占有的体积 忽略分子之间的相互作用力忽略分子之间的相互作用力 真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在，在低压高温低压高温的情况下，若能较好地服从

3、理想气体状态方的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。程，则可视为理想气体。第4页/共55页第五页，共55页。pVnRT2 2、理想气体、理想气体(l xin(l xin q t) q t)状态方程式状态方程式 式中：式中： p: p:气体的压力气体的压力(yl)(yl)，单位是，单位是 Pa Pa或或 kPa; kPa; V : V :气体体积，气体体积， 单位单位 L (m3); L (m3); n : n :是气体物质的量，单位是气体物质的量，单位 mol mol； T : T :气体温度，单位气体温度，单位 K; K; R : R :摩尔气体常数，摩尔气体常数，第5

4、页/共55页第六页，共55页。几种变化几种变化(binhu)情况：情况：波义耳波义耳(Boyle) 定律：定律：PV = 衡量衡量 （T, n 恒定）恒定）查理查理-盖盖吕萨克吕萨克(Charles-GayLussac) 定律：定律： V/T =衡量衡量 （P, n 恒定恒定）阿伏加德罗阿伏加德罗(Avogadro) 定律：定律：V/n = 衡量衡量 （T, P 恒定）恒定） 第6页/共55页第七页，共55页。R = 8.314 Pam3mol-1K-1 = 8.314 Jmol-1K-1这部分中学计算，训练这部分中学计算，训练(xnlin)较多，在此不再赘述。较多，在此不再赘述。= 8.31

5、4 kPaLmol-1K-1第7页/共55页第八页，共55页。1.1.2 1.1.2 道尔顿理想气体道尔顿理想气体(l xin q t)(l xin q t)分压定律分压定律 组分气体：组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做理想气体混合物中每一种气体叫做(jiozu)组组分气体。分气体。分压：分压： 组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做体积时所产生的压力，叫做(jiozu)组分气体组分气体B的的分压。分压。1 1 分压的概念分压的概念(ginin)(ginin)第8页/共55页第九页，共55页。N2，O2 2L容器容器(rn

6、gq)内盛内盛1L O2，1L N2 PN2，PO2: 组分组分(zfn)气体单独占据容器时所产生的压力。气体单独占据容器时所产生的压力。 第9页/共55页第十页，共55页。1801年，英国物理学家和年，英国物理学家和化学家，道尔顿经过实验化学家，道尔顿经过实验(shyn)发现：发现：理想气体理想气体(l xin q t)混合物的总压力混合物的总压力P等于混合气体中各组分气体分压力之和。等于混合气体中各组分气体分压力之和。2 2 道尔顿理想气体道尔顿理想气体(l xin q t)(l xin q t)分压定律分压定律理想气体无化学反应发生第10页/共55页第十一页，共55页。VnRTp ,22

7、11VRTnpVRTnp n =n1+ n2+ VRTnnVRTnVRTnp2121p = p1 + p2 + 或或 p = pB第11页/共55页第十二页，共55页。 只有理想气体(l xin q t)的混合物才严格遵守此定律，在高温、低压下的真实气体近似服从。推论推论(tuln)：BBBxnnppVRTnpBBVnRTp x B B的摩尔分数pxpnnpBBB第12页/共55页第十三页，共55页。分压定律(dngl)的实际应用计算计算(j sun)(j sun)气体混合物中各组分气体分压气体混合物中各组分气体分压第13页/共55页第十四页，共55页。例例1.1.在在2525、下，以排水集气

8、法在水面上收集到的氢气体积、下，以排水集气法在水面上收集到的氢气体积(tj)(tj)为，计算：在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气为，计算：在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V V和和n n。（已知。（已知 25 25时水的饱和蒸气压为）时水的饱和蒸气压为）解：解： T =(273+25)K = 298K p=99.43kPa V 298K 时，时，p(H2 P（H2）= P（总）（总）- P（H2O）=96.26 kPa第14页/共55页第十五页，共55页。例例2.2.某温度某温度(wnd)(wnd)下下, ,将将2 2105 Pa105 Pa的的O2(3dm3

9、)O2(3dm3)和和3 3105105的的N2 (6dm3)N2 (6dm3)充入充入6dm36dm3的真空中的真空中, ,求混合求混合气体的个组分的分压及总压气体的个组分的分压及总压. .解解:由分压定义由分压定义(dngy): O2: P1= 2105 Pa V1= 3dm3 PO2=? V2= 6dm3 PO2=P1V1/V2= 21053/6 = 1105 (Pa) 同理同理:PN2 = 31056/6 = 3105 (Pa) P总总 = PO2 + PN2 = 4105 (Pa)第15页/共55页第十六页，共55页。一、基本概念一、基本概念1.1.分散分散(fnsn)(fnsn)系

10、：分散系：分散(fnsn)(fnsn)质质+ +分散分散(fnsn)(fnsn)剂（定义见教材剂（定义见教材P5P5）2.2.分散分散(fnsn)(fnsn)系分类：分子分散系分类：分子分散(fnsn)(fnsn)系、胶体分散系、胶体分散(fnsn)(fnsn)系、粗分散系、粗分散(fnsn)(fnsn)系系3.3.溶液溶液: : 即分子分散即分子分散(fnsn)(fnsn)系，物质以分子、离子或原子状态分散系，物质以分子、离子或原子状态分散(fnsn)(fnsn)于另一种物质中所构成的均匀而稳定的分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的分散(fnsn)(fnsn)系。系。1.2 1.2 溶溶

11、液液第16页/共55页第十七页，共55页。溶液：是高度分散溶液：是高度分散(fnsn)的分子分散的分子分散(fnsn)系。系。固体溶液（固溶体、合金）、固体溶液（固溶体、合金）、 气态溶液（空气）气态溶液（空气）液体溶液（重点讨论）。液体溶液（重点讨论）。固体溶液（固溶体、合金）、固体溶液（固溶体、合金）、 气态溶液（空气）气态溶液（空气）液体溶液（重点讨论）。液体溶液（重点讨论）。第17页/共55页第十八页，共55页。相（相（phasephase） ： 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。 相与相之间在指定条件下有明显相与相之间在指定条件下

12、有明显(mngxin)(mngxin)的界面，的界面， 体系中相的总数称为相数，用体系中相的总数称为相数，用 F F 表示。表示。气体：不论有多少气体：不论有多少(dusho)种气体混合，只有一个气相。种气体混合，只有一个气相。液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相(sn xin)共存。共存。固体：固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。第18页/共55页第十九页，共55页。第19页/共55页

13、第二十页，共55页。1. 稀溶液蒸气稀溶液蒸气(zhn q)压降低压降低 稀溶液稀溶液(rngy)(rngy)的通性的通性3. 溶液溶液(rngy)的渗透压的渗透压2. 稀溶液沸点升高和稀溶液沸点升高和凝固点下降凝固点下降第20页/共55页第二十一页，共55页。稀溶液的依数性稀溶液的依数性 (Colligative properties of dilute solutions)一、什么是一、什么是“稀溶液的依数性稀溶液的依数性 ”？与溶液有关的性质分为两类：与溶液有关的性质分为两类： 溶液的颜色、比重、导电性等性质，与溶质的本性有关；溶液的颜色、比重、导电性等性质，与溶质的本性有关；溶液的蒸气

14、压、沸点、凝固点等性质，与溶质的本性无关。溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质，与溶质的本性无关。 只与溶质的数量（摩尔分数只与溶质的数量（摩尔分数(fnsh)）有关，而与溶质的本性无关的性质，称为）有关，而与溶质的本性无关的性质，称为“依数性依数性”。 只有溶质的浓度低，即所谓只有溶质的浓度低，即所谓“稀溶液稀溶液”才具有依数性才具有依数性 依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小 第21页/共55页第二十二页，共55页。依数性是指：依数性是指： 溶液的蒸气溶液的蒸气(zhn(zhn q) q)压下降压下降 溶液的沸点上升、凝固点下降溶液的沸点上升、凝固点下降

15、 溶液具有渗透压溶液具有渗透压粒子：溶液中实际存在粒子：溶液中实际存在(cnzi)的分子、离子等。的分子、离子等。第22页/共55页第二十三页，共55页。溶液溶液(rngy)的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压1 稀溶液稀溶液(rngy)蒸气压下蒸气压下降降 纯溶剂纯溶剂(rngj) 溶液溶液第23页/共55页第二十四页，共55页。结果结果(ji gu)(ji gu)：稀溶：稀溶液溶剂蒸发的速率比纯液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中溶剂蒸发得慢，体系中气相分子数目少，故稀气相分子数目少，故稀溶液蒸汽压总是低于纯溶液蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压：溶剂的蒸汽压： 对溶液来讲对溶液来讲, , 蒸气蒸气压大

16、于压大于P, P, 液化；蒸气压液化；蒸气压小于小于P, P, 汽化。汽化。 P PP0P = P = P0 xAP 表示表示(biosh)溶液的蒸汽压下降。溶液的蒸汽压下降。第27页/共55页第二十八页，共55页。1 1、沸点升高、沸点升高沸点沸点(fidin)：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点(fidin)。液体的正常液体的正常(zhngchng)沸点：外压为时的沸点。沸点：外压为时的沸点。2 稀溶液稀溶液(rngy)沸点升高和凝固点沸点升高和凝固点下降下降第28页/共55页第二十九页，共55页。实验表明，难挥发实验表明，难挥发

17、(huf)非电解质溶液的非电解质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。这一现象称沸点总是高于纯溶剂的沸点。这一现象称为溶液的沸点升高为溶液的沸点升高(boiling point elevation)。 难挥发性非电解质稀溶液难挥发性非电解质稀溶液(rngy)的沸点的沸点升高的原因是溶液升高的原因是溶液(rngy)的蒸汽压低于纯溶的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压。剂的蒸汽压。 溶液的沸点溶液的沸点(fidin)升高升高(Tb) =溶液的沸点溶液的沸点(fidin)(Tb) 纯溶剂的沸点纯溶剂的沸点(fidin)(Tb0) 即即: Tb=Tb Tb0 第29页/共55页第三十页，共55页。2 2、凝固点降低、

18、凝固点降低(jingd) (jingd) 凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等(xingdng)时的温度。时的温度。 纯水的凝固点（纯水的凝固点（273K）又称为）又称为(chn wi)冰点。冰点。溶液的凝固点：溶液的凝固点：指刚有指刚有溶剂溶剂固体析出时的温度。固体析出时的温度。 第30页/共55页第三十一页，共55页。Tf=Tf0- Tf 和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解质和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解质溶液，凝固点降低亦正比于溶液的质量溶液，凝固点降低亦正比于溶液的质量(zhling)摩尔浓度，而与溶质的本性无关。摩尔浓度，而与溶质的本性无关。

19、式中式中Tf 为溶液的凝固点降低为溶液的凝固点降低(jingd)值，值， Tf0为为溶剂的凝固点，溶剂的凝固点， Tf 为溶液的凝固点。为溶液的凝固点。第31页/共55页第三十二页，共55页。 凝固点降低法具有凝固点降低法具有(jyu)灵敏度高、实验误差小灵敏度高、实验误差小、重复测定溶液浓度不变等优点。、重复测定溶液浓度不变等优点。a.可以可以(ky)测定溶质的相对分子量。测定溶质的相对分子量。 b.利用凝固点降低利用凝固点降低(jingd)的性质，用盐和冰的的性质，用盐和冰的混合物作冷却剂。混合物作冷却剂。 例如采用例如采用NaCl和冰，温度可以降到和冰，温度可以降到22oC，用，用CaC

20、l22H2O和冰，温度可以降到和冰，温度可以降到55oC。第32页/共55页第三十三页，共55页。扩散和渗透扩散和渗透(shntu)现象现象 1）扩散：指物质分子从高浓度区域向低浓度区域）扩散：指物质分子从高浓度区域向低浓度区域 转移直到均匀分布的现象转移直到均匀分布的现象 不同不同(b tn)浓度气体，溶液等均可发生扩散现象。浓度气体，溶液等均可发生扩散现象。2）渗透：若在两种不同浓度的溶液）渗透：若在两种不同浓度的溶液(rngy)之间，之间，加上一种薄膜（半透膜）这种通过半透膜进行的扩加上一种薄膜（半透膜）这种通过半透膜进行的扩散称渗透现象。散称渗透现象。 可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣

21、、人工可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣、人工制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。3 溶液的渗透压溶液的渗透压第33页/共55页第三十四页，共55页。可以可以(ky)允许小分子自由通过允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。而不允许大分子通过的薄膜。第34页/共55页第三十五页，共55页。第35页/共55页第三十六页，共55页。渗透压：将纯溶剂渗透压：将纯溶剂(rngj)与溶液以半透膜隔开时，与溶液以半透膜隔开时，为维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。为维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。 符号符号: 单位单位(dnwi)：常用：常用Pa或或kPa渗透压渗透压

22、 第36页/共55页第三十七页，共55页。实验实验(shyn)证明证明:当当T 一定时一定时 c ，当当c 一定时一定时 T 1886年荷兰物理化学年荷兰物理化学(w l hu xu)家范托家范托夫（夫（Vant Hoff）通过实验得出稀溶液的渗透）通过实验得出稀溶液的渗透压力与溶液的浓度、绝对温度的关系：压力与溶液的浓度、绝对温度的关系：V = n RT 式中式中:为溶液的渗透压力为溶液的渗透压力,V为溶液的体积为溶液的体积(tj),n为该体积为该体积(tj)中所含溶质的物质的量中所含溶质的物质的量,T为绝对为绝对温温度度,c为溶液的物质的量浓度为溶液的物质的量浓度,R为气体常数。为气体常数

23、。 = c RT第37页/共55页第三十八页，共55页。（透析;洗肾) 第38页/共55页第三十九页，共55页。 海水海水 淡水淡水p P 反渗透法海水淡化反渗透法海水淡化半透膜半透膜第39页/共55页第四十页，共55页。v 小结小结(xioji)性性 质质 定定 义义关关 系系 式式蒸气压下降蒸气压下降p = pBo - pBp = pBo xA =K b沸点升高沸点升高Tb = Tb - TboTb = Kb b凝固点降低凝固点降低Tf = Tfo - TfTf = Kf b渗透压力渗透压力 = cRT第40页/共55页第四十一页，共55页。胶体胶体(jio t)(jio t)：是一种物质

24、以一定的分散程度：是一种物质以一定的分散程度存在的状态。存在的状态。胶体溶液（溶胶胶体溶液（溶胶(rngjio)）是由小）是由小分子、原子或离子聚集成分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体较大颗粒而形成的多相体系。系。高分子溶液高分子溶液(rngy):是由一些高分子是由一些高分子化合物所组成的溶液化合物所组成的溶液(rngy)。、胶体溶液、胶体溶液第41页/共55页第四十二页，共55页。分子或离子分散系分子或离子分散系（粒子直径小于（粒子直径小于1nm1nm）胶体分散系胶体分散系（粒子直径在（粒子直径在1-100nm1-100nm之间）之间）粗分散系粗分散系（粒子直径大于（粒子直径大于1

25、00nm100nm）低分子溶液低分子溶液（分散质是小分子）（分散质是小分子）高分子溶高分子溶液液( (分散质分散质是大分子是大分子) )胶体溶液胶体溶液( (分散质是分散质是分子的小集分子的小集合体合体) )浊液（分散质是分子的大浊液（分散质是分子的大集合体）集合体）最稳定最稳定很稳定很稳定稳定稳定不稳定不稳定电子显微镜不可见电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在超显微镜可观察其存在一般显微镜可见一般显微镜可见能透过半透膜能透过半透膜能透过滤纸能透过滤纸, ,不能透过半不能透过半透膜透膜不能透过滤纸不能透过滤纸单相体系单相体系多相体系多相体系第42页/共55页第四十三页，共55页。溶胶溶胶(rn

26、gjio)的制备的制备 分散分散(fnsn)法法 胶体磨研磨胶体磨研磨(ynm)法；法；超声波分散法；超声波分散法； 电弧分散法；电弧分散法； 胶溶法：胶溶法：凝聚法凝聚法 物理法物理法化学法化学法第43页/共55页第四十四页，共55页。溶胶溶胶(rngjio)的性质的性质 1 动力学性质动力学性质(xngzh)Brown运动运动利用超显微镜，可以观察到溶胶粒子的布朗运动，利用超显微镜，可以观察到溶胶粒子的布朗运动，即不断即不断(bdun)地作不规则运动。地作不规则运动。第44页/共55页第四十五页，共55页。2 光学性质光学性质(xngzh) 丁泽尔现象丁泽尔现象 1869 年，英国物理学家

27、(w l xu ji) Tyndall发现： 在暗室中让一束聚光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为 Tyndall 现象。 第45页/共55页第四十六页，共55页。1 1、当入射光波长、当入射光波长 粒子直径粒子直径d d时，发生光散射，每个时，发生光散射，每个粒子成为一个小光源。可见光波长粒子成为一个小光源。可见光波长=400-760nm=400-760nm，胶体，胶体粒子直径粒子直径d=1-100nmd=1-100nm，会发生散射，可观察，会发生散射，可观察(gunch)(gunch)到上现象。到上现象。Tyndall 现象产生现象产生(chnshng)原

28、因：原因： 第46页/共55页第四十七页，共55页。3 电学性质电学性质(xngzh)电泳和电渗电泳和电渗电泳电泳(din yn)管中管中: Fe(OH)3溶胶向负极溶胶向负极移动，说明移动，说明 Fe(OH)3溶胶溶胶中分散质粒子带正电荷。中分散质粒子带正电荷。电泳电泳(din (din ynyn) )：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。电泳。第47页/共55页第四十八页，共55页。电渗：电渗：胶粒设法胶粒设法(shf)固定不动，固定不动，分散剂在电场中作定向移动分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。的现象称为电渗。电泳电泳(din yn)和电渗

29、合称为电动现象。和电渗合称为电动现象。第48页/共55页第四十九页，共55页。第49页/共55页第五十页，共55页。自测题：解释下列现象自测题：解释下列现象(xinxing)： 1.海鱼在淡水中会死亡。海鱼在淡水中会死亡。【要点】与海水相适应，海鱼体内细胞液的渗透压高【要点】与海水相适应，海鱼体内细胞液的渗透压高于淡水，将海鱼置于淡水中后，淡水就会向海鱼的细于淡水，将海鱼置于淡水中后，淡水就会向海鱼的细胞内渗透，致使细胞肿胀甚至破裂胞内渗透，致使细胞肿胀甚至破裂(溶血现象溶血现象)。当然。当然水压力等环境的变化，亦应是海鱼难以在淡水中存活水压力等环境的变化，亦应是海鱼难以在淡水中存活(cn hu)的原因。的原因。第50页/共55页第五十一页，共55页。【要点】盐碱地中水溶液的渗透压高于植物体内细胞【要点】盐碱地中水溶液的渗