无机及分析化学市公开课获奖课件

1、/10/101第一章 溶液和胶体1、理解物质量及其单位摩尔概念，掌握物质量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数、质量分数计算。2、理解离子活度概念及强电解质溶液理论。3、理解稀溶液依数性产生原理，掌握利用稀溶液依数性测定溶质摩尔质量，能定性判断各类电解质溶液对稀溶液依数性影响。4、理解分散系概念及分类，理解溶胶性质，掌握胶团结构，理解溶胶稳定性和聚沉及其影响原因。5、理解乳状液特点、类型、稳定性。第1页第1页/10/10211 分 散 系一、分散系概念 一个或几种物质分散成微小粒子分布在另外一个物质中所构成系统称为分散系。分散系中被分散物质称为分散质(或分散相)，容纳分散质物质称为分散剂(或分散介质)

2、。比如，细小小水滴分散在空气中形成云雾、二氧化碳分散在水中形成汽水、各种金属化合物分散在岩石中形成矿石等都是分散系。你能举例阐明吗?第2页第2页/10/103二、分散系分类按照分散质粒子直径大小不同分类第3页第3页/10/104按照物质汇集状态进行分类第4页第4页/10/105 三、分散度和比表面系统分散度常以分散质粒子总表面积与其总体积之比来表示，称为比表面。如：S0=S/VS0愈大，表明系统分散度越高。第5页第5页/10/106【例】：1立方厘米正方体粒子,求比表面？S = 6 （平方厘米）S。= 6/1 = 6厘米-1平均分为1000个小立方体后小立方体边长S = 0.10.161000

3、 = 60（平方厘米）S。= 60/1 = 60厘米-1第6页第6页/10/1071-2 溶液浓度一、物质量及其单位 “物质量”是国际单位制中基本物理量之一。它表示系统中所含基本单元数量。 分子：H2O 离子：H+ 电子：e- 质子：Z 中子：N 原子：C、O 特定组合：1/2NaOH 1/3H3PO4基本单元第7页第7页/10/108比如：M（H3PO4）、M（1/2 H3PO4）、M（1/3 H3PO4 ）、M（2 H3PO4 ）摩尔质量分别为多少？相同质量磷酸物质量之间关系是如何？已知196克磷酸 n（1/2 H3PO4）物质量为多少 ？解：（1） M（H3PO4）=98 M（1/2 H

4、3PO4）=98/2 M（1/3 H3PO4 ）=98/3 M（2 H3PO4 ）=298（2）n（ H3PO4 ）=1/2 n（1/2 H3PO4） =1/3 n（1/3 H3PO4）=2 n（2 H3PO4）（3） n（1/2 H3PO4） =196/49=4(mol)第8页第8页/10/109二、物质量浓度三、质量摩尔浓度定义：溶液上溶质B物质量（n）除以溶剂质量（m，单位为kg）。称为溶质B质量摩尔浓度，用符号bB表示，单位为molkg-1第9页第9页/10/1010比如 ：第10页第10页/10/1011四、摩尔分数摩尔分数（ xi ）：混合系统中，某组分物质量（ni）与混合物（或溶

5、液）总物质量（n）之比。公式：五、质量分数公式：第11页第11页/10/1012（二）五种浓度表示办法及互相关系： 名称 定义 公式 单位1 物质量浓度cB 溶质nB/溶液V cB= nB /V=mB /MBV molL-12 质量摩尔浓度bB 溶质nB/溶剂mA bB= nB /mA = mB /MBmA molkg-1 3 摩尔分数xB 溶质nB/溶液ni 总和 xB = nB /nA+ nB 1 4 质量分数B 溶质mB/溶液m B = mB / m 1 5 质量浓度B 溶质mB/溶液V B = mB / V kgL-1 注： bB 、xB 、B与T无关；xA+xB = 1关系：1、 C

6、B=n B / V=mB/ MBm= B / MB； 2、 c(A) =1/2 c (1/2A) =2 c(2 A); b(A) =1/2 b (1/2A) =2 b(2 A); 3、 较稀水溶液：因V m 、 1, CB bB 第12页第12页/10/101313 稀溶液依数性 通常溶液性质取决于溶质性质，如溶液密度、颜色、气味、导电性等都与溶质性质相关，但是溶液一些性质却与溶质本性无关，只取决于溶质粒子数目，这些只与溶液中溶质粒子数目相关，而与溶质本性无关性质称为溶液依数性。溶液依数性有：溶液蒸气压下降、溶液沸点升高、溶液凝 固点减少和溶液渗入压。溶液依数性只有在溶液浓度很稀时才有规律，并

7、且溶液浓度越稀，其依数性规律性越强。第13页第13页/10/1014一、水相图1、系统：将研究讨论对象称为系统。2、相：系统中化学性质和物理性质完全相同部分称为相。即系统内部是完全均匀，构成和性质完全相同。相与相之间有明显界面。（单相系统和多相系统）如：糖水是一个相。冰水是两相冰为一相，水为一相。相与态之间有什么不同？第14页第14页/10/10153、相变：固、气、液三相之间转化称为相变。4、相平衡：相变达到平衡时称为相平衡。5、相图：相平衡与温度、压力之间关系图称为相图。6、水相图：第15页第15页/10/1016水三相点气相区固相区液相区 沸点临界点第16页第16页/10/1017二、稀

8、溶液依数性 1、溶液蒸气压下降（1）蒸发： 在一定温度下，将一杯纯液体置于一密闭容器中，液体表面高能量分子克服了其它分子吸引力从表面逸出，成为蒸气分子，这种液体表面汽化现象称为蒸发。（2）凝聚：液面上方蒸气分子也能够被液面分子吸引或受到外界压力作用而进入液相，这个过程称为凝聚。（3）饱和蒸气压：当液体蒸发速率和凝聚速率相等时，液体和它蒸气就处于两相平衡状态，此时蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。第17页第17页/10/1018纯水蒸气压示意图第18页第18页/10/1019蒸气压大小表示液体分子向外逸出趋势，它只与液体本性和温度相关，而与液体量无关。通常把蒸气压大

9、物质称为易挥发物质，蒸气压小称为难挥发物质。液体蒸发是吸热过程，因此温度升高，蒸气压增大。 第19页第19页/10/1020纯溶剂正常溶液少第20页第20页/10/1021vapor pressure solute第21页第21页/10/1022第22页第22页/10/1023在一定温度下，纯水蒸气压是一个定值。若在纯水中溶人少许难挥发非电解质(如蔗糖、甘油等)后，则发觉在同一温度下，稀溶液蒸气压总是低于纯水蒸气压(如图12)。由于溶质是难挥发物质，因此溶液蒸气压事实上是溶液中溶剂蒸气压。溶液蒸气压之因此低于纯溶剂蒸气压，是由于难挥发非电解质溶质溶于溶剂后，溶质分子占据了溶液一部分表面，阻碍了

10、溶剂分子蒸发， 使达到平衡时蒸发出来溶剂分子数减少，产生压力减少，因此溶液蒸气压就比相同温度下纯溶剂蒸气压低，显然溶液浓度越大，溶液蒸气压就越低。设某温度下纯溶剂蒸气压为p*，溶液蒸气压为p， p*与 p差值就称为溶液蒸气压下降，用 p表示。 p= p*- p第23页第23页/10/1024 法国物理学家拉乌尔(Raoult)对溶液蒸气压进行了定量研究，得出下列结论：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压(p)等于纯溶剂蒸气p*与溶液中溶剂摩尔分数（xA）剩积即： p=p* xA若是双组分系统则：xA+ xB=1因此p=p*（1-xB）= p*- p* xB p= p*- p=p* xB阐明

11、：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压下降与溶质摩尔分数成正比，而与溶质本性无关。第24页第24页/10/1025在纯溶剂中加入难挥发非电解质物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同 T 下p纯溶剂 ，即溶液蒸气压下降。第25页第25页/10/10262、溶液沸点升高沸点是指液体蒸气压等于外界大气压力时液体相应温度。如当水蒸 气压等于外界大气压力(101325kPa)时，水开始沸腾，此时相应温度就是水沸点(100，该沸点被称为正常沸点)。可见，液体沸点与外界压力相关，外界压力减少，液体沸点将下降。 第26页第26页/10/1027对于水溶液而言，由于溶液蒸气压总是低于溶剂蒸气压，因此当纯溶剂蒸

12、气压达到外界压力而开始沸腾时，溶液蒸气压尚低于外界压力，若要维持溶液蒸气压也等于外界压力，必须使溶液温度进一步升高，因此溶液沸点总是高于纯溶剂沸点(如图 13)。第27页第27页/10/1028纯溶剂溶液第28页第28页/10/1029若纯溶剂沸点为tb*， 溶液沸点为tb， tb- tb*= tb， tb即为溶液沸点升高。依据拉乌尔定律能够推导出： tb =Kbb即难挥发非电解质稀溶液沸点升高值tb与溶质质量摩尔浓度b成正百分比，而与溶质本性无关。Kb是溶剂摩尔沸点升高常数，它只与溶剂性质相关。单位是oCkgmol-1或Kkgmol-1可采用什么办法提升水沸点？第29页第29页/10/103

13、0【例】：将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗糖（C12H22O11)分别溶于g水中,计算此两种溶液沸点(Kb=0.52Kkgmol-1）解：M尿素 = 60 gmol-1 b(B) = 12.0/(60) 1000 = 0.1molkg-1 Tb尿 = 0.52 0.1 = 0.052 (K) Tb尿 = 373.15 + 0.052 373.2 (K) 第30页第30页/10/1031同理，蔗糖M = 342 gmol-1 b(蔗糖) = 34.2/(342) 1000 = 0.05molkg-1 Tb蔗 = 0.52 0.05 = 0.026(K) Tb蔗 = 373.15 +

14、 0.026 373.18 (K)第31页第31页/10/1032【例】：若将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗糖 （C12H22O11)都加于g水中,计算此溶液沸点 (Kb=0.52Kkgmol-1） Tb=0.52 (0.1+0.05)=Tb尿+Tb蔗=0.078K结论：依数性存在加和性第32页第32页/10/10333、溶液凝固点减少 （1）凝固点是指液体蒸气压等于其固体蒸气压时系统相应温度，此时液体凝固和固体熔化处于平衡状态。（2） 例：0时水蒸气压和冰蒸气压相等，水开始凝固，但此时溶液蒸气压低于溶剂蒸气压，也必定低于冰蒸气压，因此此时溶液不能凝固，要使溶液凝固，就必须进一步

15、减少溶液温度，使溶液和冰蒸气压同时下降，由于冰蒸气压下降率比水溶液大，当温度减少到tf时，溶液和冰蒸气压才相等，此时温度就是溶液凝固点。 第33页第33页/10/1034纯溶剂溶液溶液凝固点减少第34页第34页/10/1035第35页第35页/10/1036（3）溶液凝固点tf总是低于纯溶剂凝固点 tf* 。（4）tf*与tf 差值即为溶液凝固点减少tf。 非电解质稀溶液凝固点减少tf与溶质质量摩尔浓度b成正比，而与溶质本性无关。 tf = tf*- tf = Kfb 式中Kf叫溶剂摩尔凝固点减少常数，Kf也只与溶剂性质相关。其单位是kgm ol-1或Kkg mol-1 （5） 应用溶液蒸气压

16、下降、沸点升高和凝固点减少能够测定溶质摩尔质量，为何海水较河水难结冰？第36页第36页/10/1037例： 第37页第37页/10/1038【例】：为了预防汽车水箱中水在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：已知水凝固点为273K，Kf =1.86Tf=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)第38页第38页/10

17、/10394、溶液渗入压 产生这种现象原因是什么？第39页第39页/10/1040Semiper meabie第40页第40页/10/1041（1）产生渗入现象原因是纯溶剂蒸气压不小于溶液蒸气压，因此纯水分子通过半透膜进入溶液速率不小于溶液中水分子通过半透膜进入纯水速率，使溶液中液面升高，产生静水压，而纯水中液面下降，当静水压正好使半透膜两边水分子渗入速率相等，渗入达到平衡。（2）产生渗入现象条件：半透膜；半透膜两侧浓度不等。（3）渗入压：在一定条件下，为了制止渗入作用进行而必须向溶液施加最小压力称为溶液渗入压。用符号表示。你能举出日常生活中产生渗入现象吗？第41页第41页/10/1042 低

18、渗溶液高渗溶液第42页第42页/10/1043 盐水 淡水p p 反渗入法净化水第43页第43页/10/1044（4）渗入压定律：V=nRT =n/v RT=cRT若溶液浓度很稀，则c=b =cRT =bRT（5）在一定温度下，非电解质稀溶液渗入压与溶质质量摩尔浓度成正比，而与溶质本性无关。（6）可用于测定溶质摩尔质量会变换公式吗？第44页第44页/10/1045第45页第45页/10/1046三、强电解质溶液简介难挥发非电解质溶液四个依数性都符合拉乌尔定律。电解质溶液依数性是否符合拉乌尔定律呢？第46页第46页/10/1047拉乌尔定律引入校正系数可用电解质溶液依数性计算：tf=itf=iK

19、fb B =c表观浓度， 为活度系数活度系数与离子浓度和电荷相关。第47页第47页/10/104814胶体溶液胶体：颗粒直径为1100nm分散质分散到分散剂中，构成多相系统称为胶体。如：氢氧化铁胶体；硅酸；空气；合金等 一、表面吸附第48页第48页/10/10492、表面能：假如要增长表面积，必须将部分相内部质点迁移到表面，这样就需要克服相内质点阻力而消耗能量，所消耗能量转变成了表面质点位能，因而表面层质点比相内质点能量高，高出来这部分能量就称为表面自由能，简称表面能。系统分散度越高，比表面越大，表面自由能越高，系统越不稳定。液体和固体都有自动减少表面自由能能力。表面吸附是减少表面自由能有效手

20、段。第49页第49页/10/1050吸附是指物质表面吸住周围介质中分子、离子和原子过程。有吸附能力物质称为吸附剂；被吸附物质称为吸附质，吸附剂吸附能力与比表面相关，比表面越大，吸附能力越强.被吸附粒子由于本身热运动，有些也许脱离固体表面重新回到周围介质中去，此过程叫做解吸。吸附和解吸关系： 动态平衡第50页第50页/10/10511、固体对气体吸附吸附剂+吸附质=吸附剂吸附质+吸附热吸附量：每克吸附剂所能吸附吸附质物质量称为吸附量。放出热称为吸附热。2、固体在溶液中吸附固体在溶液中吸附比较复杂。溶质和溶剂都可能被吸附。依据吸附剂在溶液中吸附对象不同，可分为分子吸附和离于吸附。 (1)分于吸附

21、固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中吸附主要是分子吸附。分子吸附吸附规律是：与吸附剂极性相近物质容易被吸附即“相同相吸”。在溶液中吸附剂对溶剂吸附量越多，对溶质吸附量就会越少，反之亦然。另外吸附剂吸附量还与溶质溶解度相关，通常溶解度小溶液容易被吸附，溶解度大不容易被吸附。第51页第51页/10/1052即极性吸附剂容易吸附极性溶质或溶剂；非极性吸附剂容易吸附非极性溶质或溶剂红墨水+活性炭品红苯溶液 + 活性炭第52页第52页/10/1053（2）离子吸附 固体吸附剂在强电解质溶液中吸附主要是离子吸附。离子吸附又分为离子选择吸附和离子互换吸附。 固体吸附剂有选择地吸附溶液中某种离于，这种吸附称为

22、离子选择吸附。其吸附原则是：吸附剂优先选择吸附与本身构成相关或性质相同且溶液中浓度较大离子。比如，在过量AgNO3溶液中，加入适量KI即可形成AgI沉淀，依据离子选择吸附原理， AgI固体表面必定选择吸附Ag+而使固体表面带正电，同时异号离子NO3-留在溶液中，使溶液保持电中性。第53页第53页/10/1054能使固体表面带电离子称为电位离子， Ag+是电位离子，溶液中与电位离子符号相反离子称为反离子，NO3-是反离子。由于静电吸引力和离子本身热运动，有一部分反离子被电位离子吸引吸附在固体表面附近，这样电位离子和反离子在固体吸附剂表面构成了双电层。双电层结构在解释溶胶稳定性方面有主要应用。 固

23、体吸附剂吸附一个离子同时释放出等电量其它同号离子过程称为离子互换吸附。第54页第54页/10/1055能进行离子互换吸附吸附剂称为离子互换剂。离子互换吸附是个可逆过程。离子互换能力强弱与离子电荷数及离子水合半径相关。离子电荷数越高，互换能力越强。水合离子半径越小，离子互换能力越强。如：Al3+Ca2+Cs+Rb+K+Na+Li+ Cl- Br- NO3- I-阳离子互换树脂阴离子互换树脂：土壤中离子互换第55页第55页/10/1056水合离子半径离子半径+Li+ Na+ K+ Rb+ Rb+ K+ Na+ Li+第56页第56页/10/1057第57页第57页/10/1058第58页第58页/

24、10/1059二、溶胶性质1、溶胶光学性质：丁铎尔效应，用于区别溶液和溶胶。第59页第59页/10/10602、溶胶动力学：布朗运动（热运动、分散剂对胶粒不均匀撞击） 布朗运动液体分子对溶胶粒子撞击 第60页第60页/10/10613、溶胶电学性质：溶胶中分散质与分散剂在外电场作用下发生定向移动现象称为溶胶电动现象。 在电场作用下，胶粒在分散剂定向移动称为电泳。 电泳管示意图直流电第61页第61页/10/1062 电泳时，不但胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒相应带相反电荷离子向另一电极移动。胶体微粒移动阐明胶粒是带电，且有正负之分。胶粒带正电，则向直流电源负极（阴）移动；胶粒带负电，则向直流电

25、源正极（阳）移动；由于胶体溶液是电中性，因此，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。第62页第62页/10/1063胶粒带正电荷称为正溶胶,普通金属氢氧化物溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶。 假如将胶粒固定，分散剂在电场作用下定向移动，这种现象称为电渗。第63页第63页/10/1064正极 +负极 多孔性固体电渗管示意图第64页第64页/10/1065胶粒带电原因：（1）溶胶吸附作用FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFeCl3+2H2O=Fe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2Cl=FeO+Cl-+H2OH3A

26、sO3+3H2S=As2S3+6H2OH2S=HS-+H+（2）溶胶电离作用如：H2SiO3=H+HSiO3-第65页第65页/10/1066FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+分散质Fe(OH)3mFe(OH)3胶核吸附电位离子示意图第66页第66页/10/1067三、胶团结构第67页第67页/10/1068第68页第68页/10/1069第69页第69页/10/1070 （AgI )m n Ag+ ( n -x ) NO3- x+ x NO3- 胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附层 扩散层 胶粒 胶团 第70页第70页/10/1071Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+分散质AgClCl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl- Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散质AgCl第71页第71页/10/1072第72页第72页/10/1073四、溶胶稳定性和聚沉1、溶胶稳定性 动力学稳定性：布朗运动聚结稳定性：胶粒带电和溶剂化膜2、溶胶聚沉加入电解质加入带相反电荷溶胶加