第一章 溶液和胶体

无机及分析化学什么是化学Chemistry

1789年拉瓦锡出版了《化学元素》，将化学定义成“研究元素性质的科学”化学是研究物质的组成、结构、性质、变化和应用的科学Chemistryisthestudyofthecomposition,structure,andpropertiesofmatter,andthechangesthatmatterundergoes化学的核心是合成和制备，这是化学区别于所有其它科学的特色；化学创造了一个人造世界。化学是一门最富于创造性和想象力的科学。化学是研究包括对化学物质的分类、合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的自然科学。

化学研究的内容分离和分析一直以来是化学研究的主要内容和方法之一。

化学研究的目的科技发展的基本考虑人类生存20世纪初、化学提供肥料（合成氨）合成纤维和其它高分子材料，石油化工产品。人类生存质量化学创造了许多饲料和肥料添加剂，食品添加剂，生产更多、更可口食物；创造了许多功能材料；创造了许多药物和诊断方法，战胜和消灭了某些疾病。人类生存安全20世纪末资源问题？环境问题？化学的作用

化学的主要分支学科基础学科化学无机化学分析化学有机化学物理化学高分子化学一级学科二级学科应用学科化学工业化学农业化学环境化学食品化学天体化学交叉学科无机化学无机化学是除碳氢化合物及其衍生物外，对所有元素及其化合物的性质和反应进行实验研究和理论解释的科学

瑞典化学家贝格曼(T.D.Bergman)于1777年将化学分为“无机”和“有机”两大类。TorbernBergman无机物----非生物体或矿物质得到的物质有机物----生物体（植物或动物）中获得的物质1828年，德国Friedrichwohler(伍勒）（1800-1882，柏则里的学生,德国哥廷根大学教授）在蒸发氰酸铵溶液时得尿素F.Wöhler

氰酸铵尿素尿素：来自动物尿液，有机物氰酸铵：已确认为无机物结果：无机物合成有机物无机化学的主要内容

（1）热力学原理及化学平衡原理、反应动力学基础（从宏观的角度学习无机化学理论）

重点：四大平衡（2）物质结构原理及元素周期律（从微观的角度学习无机化学理论）

重点：物质结构原理（微观，分为原子、分子、晶体3个层次）;

（3）元素无机化学(应用无机化学理论，按照“元素周期表”，系统地学习、研究无机物的性质及其变化规律与应用)

重点：重要单质和无机化合物的无机化学

（自学）分析化学的定义

分析化学(AnalyticalChemistry)是人们获得物质化学组成和结构信息的科学分析化学的任务1.定性分析——鉴定物质的化学组成(或成分),如元素,离子,原子团,化合物等,即"解决物质是什么的问题".

2.定量分析——测定物质中有关组分的含量,即"解决物质是多少的问题".

3.结构分析——确定物质的化学结构,如分子结构,晶体结构等.

分析化学的分类

按分析原理分类:化学分析与仪器分析

化学分析

——以物质的化学反应为基础的分析方法,又称经典分析法.包括重量分析和容量分析(滴定分析).

仪器分析——以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法.包括电化学分析,色谱分析,光谱分析,波谱分析,质谱分析

,热分析,放射化学分析等.

分析化学定量分析基础重量分析法四大平衡与定量滴定Schorlemmer（肖莱马，德国）定义1874年，Schorlemmer在化学结构学说的基础上提出：有机化合物：碳氢化合物及其衍生物有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学二维定义：有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论和方法学

的科学。一维定义：有机化学是研究有机化合物的科学。有机化学：为什么有机化学要作为一门独立学科呢？⑴C-C结合力强⑶同分异构体的产生主要原因：1.种类繁多，结构复杂2.性能特点（超过3000万种）

C4H10CH3CH2-OHCH3-O-CH3C2H6O异构体分子式CH3CH2CH2CH3CH3-CH-CH3CH3⑵碳与碳之间可以多种方式结合碳与碳之间可以C-C、C=C、C≡C相互结合，并且可以形成链状或环状。课程主要内容绪论饱和烃不饱和烃环烃旋光异构卤代烃醇酚醚化学预习听课笔记练习复习实验自学讨论课外读物怎样学好基础化学第一章气体和溶液

基本内容：1、理想气体状态方程，混合气体分压定律。2、.稀溶液的依数性及其应用：溶液蒸气压下降、凝固点下降、沸点上升、渗透压。3、溶胶的结构、性质、稳定性及聚沉作用。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式的气体，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。1.1.1理想气体状态方程式pV=nRT

R----

摩尔气体常量在标态下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8.314kPaLK-1mol-1（摩尔气体常数）理想气体状态方程式：1.

计算p，V，T，n四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算(气体相对分子量）M=Mrgmol-1

理想气体状态方程式的应用用于温度不太低，压力不太高（低于数百千帕）的真实气体。pV=nRT==m/V3.气体密度的计算1.1.2分压定律

混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。

p=p1+p2+

或p=

pB

n=n1+n2+

组分气体：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。

例题：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+0.700molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa

分压定律的应用-研究气体混合物第一章气体和溶液§1-2溶液分子分散系(d<1nm)溶液固态液态气态分散质以分子或者比分子更小的质点均匀地分散在分散剂中所得的分散系本节讨论的主要内容是以水为溶剂的水溶液溶液的性质条件：稀溶液、难挥发的非电解质溶质与溶质的本性无关，只与溶液的浓度（粒子数目）有关稀溶液的依数性溶液的蒸气压溶液的沸点溶液的凝固点溶液的渗透压稀溶液的通性1.溶液的蒸气压1）纯水的蒸气压蒸发：水分子从液态气态凝聚：水分子从气态液态开始平衡时：蒸气压不变蒸发速度＝凝聚速度水的饱和蒸气压温度高蒸气压大液体分子间作用力强蒸气压小平衡2）稀溶液的蒸气压

水分子

xA溶质分子

xB纯水蒸气压

p0溶液蒸气压

p大于b:

质量摩尔浓度

拉乌尔定律单位体积稀溶液问题

一封闭箱处于恒温环境中，箱内有两杯液体，A杯为纯水，B杯为蔗糖水溶液。静置足够长时间后，会发生什么变化？水蔗糖2.溶液的沸点和凝固点pT=p外液体沸腾T:液体的沸点(Tb)101.325kPa正常沸点水的正常沸点:100ºC加入溶质溶液的沸点:？100ºC溶液沸点Tb升高p/kPa101.325100Tb纯水溶液t/ºCΔtb=Kb·bB(单位?)物质的凝固点(Tf)该物质的液相蒸气压和固相蒸气压达到平衡时的温度（p液＝p固时的T）p液>p固:液相固相p液<p固:固相液相水的凝固点:0ºC加入溶质海水0ºC时是否冻结？溶液凝固点Tf下降p/Pa611t/ºCTf0ACB纯水溶液Δtf=Kf·bB溶液凝固点降低的应用2、致冷剂1、溶质相对分子量的计算溶液组成的表示方式质量浓度物质的量分数物质的量浓度质量摩尔浓度质量分数表示的方式例将5.50g某纯净试样溶于250g苯中，测得该溶液的凝固点为4.51ºC，求该试样的相对分子质量（纯苯的凝固点为5.53ºC）。例：0.1%葡萄糖溶液（凝固点为Tf1)与0.1%白蛋白溶液（凝固点为Tf2)的凝固点的关系是（）

A.1>2 B.1=2

C.1<2D.无法判断3.渗透压水分子蔗糖分子半透膜蔗糖溶液水溶液半透膜溶剂可以通过，溶质不可以通过（细胞膜，肠衣，牛皮纸，萝卜皮）渗透溶剂分子通过半透膜的自动扩散纯水向红萝卜内渗透渗透原理被用来处理尿毒症.在人工肾里,病人的血液在玻璃软管(用作半透膜)循环,血液里的小分子废物向管外渗透,从而使血液得到净化.例18渗析实验渗透渗透平衡膜两侧水分子的渗透速度相等渗透压维持渗透平衡所施加的压力p<p渗

纯水溶液渗透p＝p渗

平衡p>p渗

纯水溶液反渗

工业上利用反渗透技术进行海水淡化或水的净化盐水淡水pp>反渗透法净化水渗透压在生物学中的意义

水分在动植物体内的循环医学上的等渗溶液溶血胞浆分离测定溶质的相对分子质量问题

海水鱼放在淡水中，会发生什么现象？例：5.8%NaCl溶液产生的渗透压接近于（）。（a）5.8%蔗糖溶液（b）5.8%的HAc溶液（c）2.0molkg-1蔗糖溶液（d）1.0molkg-1葡萄糖溶液

例：在0oC的100gKCl溶液中，加入重量为100g的冰，一段时间后，混合液中冰的质量为（）。（a）大于100g(b)小于100g（c）等于100g(d)不能确定【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百分数？(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：∵π=c(葡)RT∴c=π/RTc(葡)=709.275/8.314×(273.15+37)=0.28mol.L-1AW=c(葡)·M/（1000·ρ）=(0.28×180/1000×1.01)×100%

=5.0%【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1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜，提取100cm3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，海水中盐的浓度增大，当得到100cm3纯水时，最终海水的渗透压π2和初始海水的渗透压π1的比值为c1=nmol／1000cm3c2＝nmol／(1000-100)cm3

因为渗透前后溶质的物质的量未减少，

下列四种同种浓度的稀溶液的渗透压由大到小的次序是：AHAC>NaCl>C6H12O6>CaCl2

BC6H12O6>HAC>NaCl>CaCl2

C

CaCl2>HAC>C6H12O6>NaClDCaCl2>NaCl>HAC>C6H12O6本节小结：

1、浓度：物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数。2、难挥发、非电解质、稀溶液通性的计算公式：△p=K蒸

b(B)△Tb=Kb·b(B)△Tf=Kf·b(B)π=cRT≈b(B)RT使用条件：1、难挥发物质2、非电解质3、稀溶液水溶液的冰点降低的实验值表Kf=1.86非电解质浓度b(B)△Tf

电解质浓度b(B)△Tf甘油乙醇葡萄糖蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖0.1000.1000.1000.1000.2000.2000.3000.1870.1830.1860.1880.3760.3720.558(1:1)HClKNO3

KCl

(1:2)Na2SO4

CaCl2

(2:1)NiCl2

0.1000.1000.100

0.1000.1000.1000.3520.3310.345

0.4340.4940.538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1.00克非电解质溶于20.0克水中，测定冰点是-0.50℃，该非电解质的相对分子量是（）（Kf＝1.86）

(A)1.86/(0.50×0.20)(B)1.86/(0.50×20.0)(C)0.50×20.0/1.86(D)1.86/(0.50×0.020)自测题§1-2胶体

分散质分散介质分散分散系（固、液、气态）表按物质聚集状态分类的分散系气空气气液云、雾固烟、尘气泡沫塑料固液珍珠固有机玻璃气肥皂泡沫液液牛奶固Fe(OH)3溶胶、泥浆水分散剂

分散质实例分散系分类分子分散系

(d<1nm)胶体分散系(d:1-100nm)粗分散系(d>100nm)相体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分单相体系：分子分散系多相体系（存在界面）：胶体分散系，粗分散系特点

各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。

胶体是一种高度分散的多相体系.

分散质为固相(1~100nm)

分散剂为液相憎液溶胶：如金溶胶、氢氧化铁溶胶亲液溶胶：高分子化合物溶液（单相体系）（无相界面）

由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性,当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统,可发生散射现象－丁铎尔现象.透镜溶胶丁铎尔效应光源1.光学性质—丁铎尔效应二、胶体溶液的性质G:\胶体性质.swf布朗(Brown)运动:溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动.这种现象是植物学家(Brown)于1827年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的.用超显微镜可以观察布朗运动.

“布朗运动”动画分散介质分子处于无规则的热运动状态,从各个方向不断撞击分散相粒子.布朗运动是分子热运动的必然结果,是胶体粒子的热运动.2.动力学性质—布朗运动H:\布朗运动.MPG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电泳:(electrophonesis):在外电场作用下,胶体粒子在分散介质中定向移动的现象.电泳现象表明胶体粒子是带电的.NaCl溶液Fe(OH)3溶胶+－电泳示意图

图中Fe(OH)3溶胶在电场作用下向阴极方向移动,证明Fe(OH)3的胶体粒子是带正电荷的.

3.电学性质：外电场的作用下，分散相和分散介质发生相对位移的现象称为胶体的电动现象。电泳和电渗整个胶体溶液是否带电？H:\胶体性质.swf

由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。

电泳是介质不动，胶粒运动三、胶粒带电的原因1.选择性吸附

胶粒总是选择性吸附与它组成相似的离子或能够在固体表面上形成难电离或难溶解物质的离子。胶粒在非电解质或弱电解质溶液中遵循“相似相吸原理”，即极性吸附剂吸附极性分子，非极性吸附剂吸附非极性分子

例如：Fe(OH)3胶体粒子很容易吸附与它结构相似的FeO+离子，而带正电荷。

[Fe(OH)3]m·nFeO+FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl-2.表面分子的解离一些胶体粒子带电是由于表面上的一部分分子发生电离作用

如:硅胶粒子为SiO2的多分子聚集体，表面上的SiO2

生成H2SiO3，H2SiO3是弱酸，部分电离出SiO32-离子。NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－NO3－(AgI)mAg+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+AgI胶团示意图四、胶团的结构各部分的电荷分布？双电层结构制备AgCl溶胶：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AgCl由于溶液中存在的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：注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。

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--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。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋—————————————ζδdENBMAC电势距离胶粒固相表面到液体内部的电势MN:

固相界面AB:

滑动面MA:

吸附层AC:

扩散层(1)

双电层(2)

E(3)

ζ电场中，滑移面到液体内部的电势吸附正离子

ζ>0

吸附负离子

ζ<0

五、电动电势热力学电势电动电势(4)

ζ的大小吸附层扩散层0电势ζ1ζ2ζ3反离