无机及分析化学(第一章课件)

1、第一章 气体和溶液（4学时） 1-1 气体 气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程的气体，称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。1、理想气体定律 理想气体:我们把分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。一种假想的气体。 （1）理想气体状态方程 PV=nRT 真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在压力不太高，温度不太低的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。 pV = nRT R摩尔气体常数在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 Kn=1

2、.0 mol时, Vm=22.414L=22.41410-3 m3R=8.314 kPaLK-1mol-1理想气体状态方程：1. 计算p，V，T，n中的任意物理量2. 确定气体的摩尔质量M = Mr gmol-11.1.2 理想气体状态方程的应用用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT = = m / V3. 确定的气体密度（2）道尔顿（Dalton）分压定律 分压：在相同温度时，某组分气体单独占有混合气体总体积时的压力。 道尔顿（Dalton）分压定律：注：只有理想气体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。分压定律： 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体

3、分压之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB n =n1+ n2+ 分压的求解：x B B的摩尔分数推论：例1 在17，99.3kPa的大气压下，用排水法收集氮气150ml。求在标准状况下气体经干燥后的体积。解 17时水的饱和蒸气压1.93kPa 例题2：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mo

4、lp(N2) = p p(NH3)p(O2) = (133.035.520.0) kPa = 77.5 kPa分压定律的应用 例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L。计算反应中消耗锌的质量。解： T =(273+25)K = 298K p=98.70kPa V=2.50L298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)65.39g 1molm(Zn)=? 0.0964mol n(H2) =m(Zn) =

5、6.30g=0.0964mol分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。*1.2.2 分体积定律V = V1 + V2 + pnRT=称为B的体积分数ppBBj=VVxppBBBBj=, 例题：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4,C2H6,C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10)=47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。解：以CH4的分体积、体积分数为例。解法一：思路，需先求出n(

6、CH4)n(CH4) = x(CH4)n总解法二： 1-2 溶液1、基本概念体系所要研究的对象。 环境体系周围与体系有密切关系的部分。 相 体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀部分。2、分散体系分散体系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（相）被分散的物质。 分散剂（介质）容纳分散质的物质。 分散质分散介质3、分散体系的分类（按分散质颗粒大小分类） （1） 分子离子分散系：d 1 nm性质：粒子扩散速度快、能透过滤纸及半透膜，普通显微镜及超显微镜都不能看见。 举例： 蔗糖水、食盐（2）胶体分散体系： 1 nm d 100nm性质：粒子不扩散，不能透过滤纸及半透膜， 一般

7、显微镜下能看见。 举例：悬浊液、乳浊液。4、基础运算（1）物质的量 物质的量是表示组成物质的基本单元数目的多少的物理量。物系所含的基本单元数与0.12kgC12的原子数目相等(6.0231023 阿伏加德罗常数L)，则为1mol。（2）量度方法名称定义数学表达式单位物质的量浓度moldm-3质量分数量纲为1质量摩尔浓度molkg-1物质的量分数量纲为1(4)浓度之间的相互换算5、稀溶液的依数性 （1）溶液的性质 与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。 与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。（2）依数性定义：只与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依数性，又叫溶液的通性。依数性是

8、指： 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压（3） 溶液的蒸气压下降 纯水的蒸气压示意图蒸发 H2O(l) H2O(g) 凝聚 气液两相平衡 饱和蒸气压 在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示。 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 T 下的p纯溶剂 ，即溶液的蒸气压下降。 蒸汽压下降的原因 纯溶剂 正常 溶液 少 （4）拉乌尔（Raoult）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

9、液中的摩尔分数。p ：溶液的蒸气压 P 0 ：纯溶剂的蒸气压 XA ：溶剂在溶液中的摩尔分数 因为 xAxB 1 则 PP 0（1 xB）P 0P 0 xB所以 PP 0 PP 0 xB 在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔质量浓度m(B)成正比。 （5）溶液的沸点上升 实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。原因：溶液的蒸气压下降。TbKb m(B) Kb 为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。解释:高山上饭煮不熟注：m(B)是溶质的摩尔质量浓度（mol/kg）;溶质物质的量/溶剂的质量。溶液的沸点上升示意图Tb* T b 溶剂 溶液温度 p po kpa 蒸 气

10、 压pTb B101.3kpa AB （6）溶液的凝固点下降 凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）。注：溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf* 。凝固点下降： Kf 为凝固点下降常数解释: 海水不易结冰B溶液 纯水A A B C Tf p p (kPa) p 0.6105 Tf Tf*(273K) 373K T溶剂的凝固点下降示意图 凝固点下降原因：溶液的蒸气压下降几种溶剂的Kb和Kf值（Kkgmol-1）29.8250.25.03349.7四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸CH3COOH5.

11、12278.52.53353.15 苯1.86273.150.512373.15水H2OKfTfKb沸点/K溶剂（7）溶液的渗透压 扩散方向：纯水 糖水 半透膜液面上升 液面下降纯水糖水 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，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。(8) 稀溶液依数性的应用 分子量的测定例题1取0.817g苯丙氨酸，溶于50.0g水中，测得凝固点为-0.184，求苯丙氨酸的摩尔质量。解：Tf= 0.184K=Kfb =1.855(

12、0.817/M)/(510-2)kg =165g/mol1.3 胶体溶液 1、溶胶简介：（1）分散系的分类分子离子分散系：d 1 nm 蔗糖水、食盐 胶体分散体系：1 nm d 100nm 悬浊液、乳浊液 （2）基本特征： 多相性、高分散性和热力学不稳定性（3）制备方法： 分散法；凝聚法2、溶胶的性质（1）光学性质：丁铎尔效应 现象：在垂直方向上看到发光的圆锥体形成原因：溶胶对光的散射Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图 光源凸透镜光锥（2）动力学性质（布朗运动）布朗运动 现象：超显微镜下看到的无规则的运动。 形成原因：分散介质的分子不断地由各个方向同时撞击胶粒。 布朗运动布朗运动产生的原因：

13、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（3）电学性质：电泳 现象：在外电场作用下的定向移动 电泳： 在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。 电泳管示意图 直流电例：Fe(OH)3溶胶向负极移动, As2S3溶胶向正极移动。胶粒带电的原因： 吸附带电：吸附一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上的过程。 吸附剂能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。 吸附质被聚集的物质。注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的吸附某种离子。3、胶团结构（1）Fe(OH)3的胶团结构胶核电位离子 反离子 反离子吸附层 扩散层胶粒胶团（2）Fe

14、(OH)3胶核吸附电位离子的示意图（3）几种常见溶胶的胶团结构注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。如AgCl溶胶： AgCl溶胶的制备： 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。 Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ 分散质AgCl25 九月 2022年5月23日星期二 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。Cl-Cl-Cl

15、-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl- Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散质AgCl若是等物质的量进行反应，则不能形成溶胶。 4、溶胶的稳定性和聚沉（1）溶胶的稳定性热力学不稳定体系 总趋势是稳定的动力学稳定体系溶胶稳定性的原因： 胶粒带有同种电荷，相互排斥 。 胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。 布朗运动。（2）溶胶的聚沉定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。 破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。 促使胶体聚沉的方法有： 加入电解质；（研究最多应用最广）； 加入带相反电荷的胶体； 长时间加热。电解质对溶胶的聚沉聚沉的原因： 加入电解质后，吸附层的反离子增多， 胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。电解质聚沉的规则：