第四章气体、溶液、胶体

第四章气体、溶液和胶体24.1气体

4.2溶液4.3溶液的依数性4.4胶体练习34.1.1理想气体状态方程式4.1气体

分子间距离分子间相对位置体积外形气态：大可变不定不定液态：小

可变

固定不定固态：小

固定

固定固定物质的三态变化：4O2分子

理想气体：分子不占体积分子间无相互作用低压高温实际气体：分子有体积分子间有相互作用理想气体与实际气体5

波义尔定律（1662）：17世纪中叶，英国科学家波义尔的实验结果：温度恒定时，一定量气体的压力和它体积的乘积为恒量。

P∝1/V

PV=constant

查尔斯(1787)－盖-吕萨克(1802)定律：压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力学温度成正比。

V∝T

V=bT6

理想气体状态方程：到了19世纪，法国科学家克拉伯龙综合波义尔定律和查尔斯定律,把描述气体状态的3个参量p,V,T归于一个方程式。7R:气体常数标准状况注意单位的一致！84.1.2分压定律分体积：在相同温度下，各组分气体具有与混合气体相同压力时，所具有的体积称为该组分气体的分体积。分压力：在混合气体中，各种组分的气体分子分别占有相同的体积(即容器的总空间)和具有相同的温度。混合气体的总压力是各种分子对器壁产生撞击的共同作用的结果。每一种组分所产生的压力叫分压力，它可看作在该温度下各组分分子单独存在于容器中时所产生的压力Pn。9分压定律：

温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。

某组分气体的分压力等于该气体单独占据总体积时，所表现的压力。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃10xi:

摩尔分数分压定律的另一种表达分压定律的一种表达11分散质分散剂分散分散系（固、液、气态）分散系：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的体系分散质：被分散的物质（分散相）分散剂：把分散质分散开来的物质（分散介质）4.2分散体系12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多相体系（存在界面）13冰和水两相体系14表1

按分散质颗粒大小分类的分散系小于1nm(10–9

m)分子离子粒子能通过滤纸与半

NaCl

分散系透膜，扩散速度快溶液

1~100nm

胶体粒子能通过滤纸但不

Fe(OH)3

分散系

能透过半透膜,扩散慢溶胶

蛋白质溶液颗粒直径大小类型主要特征实例大于100nm粗

粒子不能通过滤纸不

豆浆

分散系

能透过半透膜,不扩散牛奶15表2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16分子分散系(d<1nm)溶液固态液态气态本节讨论的主要内容是以水为溶剂的水溶液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4.3溶液174.3.1溶液浓度的表示法浓度一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度。分类物质的量浓度质量摩尔浓度摩尔分数无纲量质量分数无纲量质量浓度

1L溶液中所含溶质B的物质的量，称为该溶液的物质的量浓度。用符号cB表示，cB＝nB/V。

式中：nB为物质B的物质的量，单位为即mol；V为溶液的体积，单位为m3。浓度的常用单位为mol·L-1。1.物质的量浓度

1Kg溶剂中所含溶质B的物质的量，称为溶质B的质量摩尔浓度，用符号bB，其数学表达式为

bB＝nB/mA

式中：bB为质量摩尔浓度，单位mol·kg-1

；mA为溶剂的质量(Kg)。由于物质的质量不受温度的影响．所以溶液的质量摩尔浓度是一个与温度无关的物理量。

2．质量摩尔浓度（重点）某组分i的物质的量与溶液总物质的量之比，称为该组分i的摩尔分数，其数学表达式为:

xi=ni/n

3．摩尔分数

某组分i的质量与混合物质量之比，称为该组分i的质量分数，其数学表达式为:

Wi=mi/m

4．质量分数

溶质的质量mB与溶液的体积V之比，称为质量浓度，用符号ρB表示，其表达式为：

ρB＝mB/V

单位可用g·L-1、mg·L-1、g·mL-1、ug·L-1等。5．质量浓度

23ppm和ppb浓度(用于极稀的溶液)1ppm：百万分之一1ppb：十亿分之一选择题：质量摩尔浓度的优点是（）准确度高(B)应用广泛(C)计算方便(D)其值不随温度而改变练习：将50g20%的硝酸钾溶液稀释到200g，稀释后所得溶液中溶质的质量分数是（）A.20%B.10%C.5%D.1%【知识点拨】

关于溶液稀释一定要抓住：溶液稀释前后，溶质的质量不变。解：

C配制2mol/L的NaOH溶液2L，需要NaOH多少克？已知：MNaOH=40g/mol。

将60g草酸晶体(H2C2O4·2H2O)溶于水中，配制成1升溶液，求该溶液的物质的量浓度。（M草酸=126g/mol)26在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量分数，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数。(5)NaCl的质量浓度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)解：

（1）NaCl饱和溶液的质量分数为：练习27

(2)NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：(3)NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为：在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量分数，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数。(5)NaCl的质量浓度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)28（4）NaCl饱和溶液中，NaCl和H2O的摩尔分数（5）NaCl的质量浓度在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量分数，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数。(5)NaCl的质量浓度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)29在100mL水中，溶解17.1g蔗糖（分子式为C12H22O11)，溶液的密度为1.0638g·mL-1，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，摩尔分数各是多少？例：解：（1）30（2）（3）题目解：公式=代入数据(包括单位)=单位制的统一(必要时)=中间运算过程(此步骤可不写)=结果(包括单位)注意解题规范31稀溶液的性质如：颜色、导电性、酸碱性1.由溶质的本性决定2.取决于溶液中溶质的自由粒子数目称为溶液的依数性凝固点下降沸点升高渗透压溶液的蒸气压下降4.3.2稀溶液的依数性如：321、溶液的蒸气压下降溶剂的蒸发和蒸气压蒸发：液体表面的气化现象蒸气：液面上的气态分子群33饱和蒸气压：蒸发、冷凝速度相等，气相、液相达到平衡，液相上方气体的压力始：蒸发速率较大，冷凝速率为零，气相分子增多蒸发和冷凝过程中：蒸发速率较大，冷凝速率较小，气相分子增多平衡时：蒸发速率等于冷凝速率，气相分子数目不变34若在纯溶剂中加入少量难挥发非电解质（如葡萄糖)：纯水蒸气压

p*

溶液蒸气压

p＞拉乌尔定律35拉乌尔定律：

在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。=p*xA式中：p

：溶液的蒸气压p*：纯溶剂的蒸气压

nA

溶剂的物质的量nB

：溶质的物质的量

xA：溶剂的摩尔分数对于一个只有两组分的系统来说，xA+xB=1p=p*xA=p*(1-xB)=p*-p*xB可得，△p=p*-p=p*xB所以，在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶质的摩尔分数成正比。36拉乌尔定律使用局限性：若溶液浓度较大，溶质分子对溶剂的作用不可忽略时，不适用溶质为电解质，不适用易挥发溶质时，不适用。注意37沸点:

溶液的蒸气压（p溶液）与外压（p外压）相等时的温度称为该溶液的沸点。纯水：p外压

=101.3kPa，T纯水=100℃.实验证明：难挥发的稀溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点2溶液的沸点上升38溶液的沸点上升示意图Tb*Tbppokpa

蒸气压溶剂溶液温度△p△TbB101.3kpaAB’根本原因：蒸汽压下降p溶液<p纯溶剂,39由拉乌尔定律知：△p与溶液的质量摩尔浓度成正比，因此难挥发、非电解质稀溶液的沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比：△Tb=KbbB式中为bB质量摩尔浓度，Kb为溶的沸点升高常数。应用上式可以测定溶质的摩尔质量Ｍ。40例：将2.67g萘(C10H8)溶于100g苯中，测得该溶液的沸点升高了0.531K（纯苯的沸点为80.2℃），求萘的相对分子质量。（苯的Kb=2.55Kkgmol-1）解：

Tb=KbbB0.531K=2.57KKgmol-1

M(萘)=128.2gmol-141凝固点：液态蒸气压与固态蒸气压相等时对应的温度溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf*△Tf=Tf*-Tf

=Kf·bBKf

：摩尔凝固点下降常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关，K·kg·mol-1。常见溶剂的Kf

值见教材58页。bB：溶质的质量摩尔浓度，mol·kg-1。3.溶液的凝固点降低42冰和盐混合物常用作制冷剂：冰的表面总附有少量水，当撒上盐后，盐溶解在水中形成溶液，由于溶液蒸气压下降，使其低于冰的蒸气压，冰就要融化。随着冰的融化，要吸收大量的热，于是冰盐混合物的温度就降低。采用盐和冰，温度最低可降到-22℃，用CaCl2·2H2O和冰最低可降到-55℃。凝固点下降还可用来鉴定物质的纯度，物质越纯，凝固点降低的越少。溶液凝固点下降的应用43

综合以上，难挥发非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。44扩散：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。扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。半透膜：允许某些物质通过而不允许另一些物质透过的多孔性薄膜，例如动物的肠衣、植物的细胞膜渗透作用:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。基本概念4.溶液的渗透压45溶液的渗透压的产生：蔗糖溶液纯水半透膜

产生渗透压示意图渗透平衡:水分子通过半透膜在纯溶剂和溶液之间的渗透速度相等时，体系建立起动态平衡。渗透压：渗透平衡时纯溶剂和溶液两边产生的压力差46非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度(C)和温度(T)成正比,而与溶质的本性无关。即:Π=nRT/V=CBRTV-溶液体积n-物质的量T-绝对温度c-物质的量浓度R=8.31kPa·L/K·mol产生渗透压的条件：存在半透膜；半透膜两侧溶液浓度不同。

范特霍夫定律：反渗透反渗透：当在溶液一侧施加的静压力大于渗透压时，可以使溶剂分子反方向流动，即溶剂分子从溶液流向纯溶剂，这种现象叫做反渗透。48例：一种蛋白质，摩尔质量约为12000g·mol-1。欲测定其摩尔质量，试通过计算讨论用凝固点下降法、沸点上升法或渗透压法哪种方法较好？

Kf(H2O)=1.86K·kg·mol-1；Kb(H2O)=0.52K·kg·mol-1，49？TheBest50依数性的应用植物细胞液中溶有氨基酸、糖类物质，有一定的抗旱性蒸气压下降植物还有一定的耐寒性

用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂

为何稀饭比水烫伤得厉害？

冬天，人们常往汽车的水箱中加入甘油等物质，以防止水箱因水结冰而胀裂。凝固点下降沸点上升51例：依数性的相互推导

某难挥发、非电解质水溶液的凝固点为272.15K，计算：此溶液的沸点；

解：因Tf=273.15K-272.15K=1.0=Kf

b(B)

所以

b(B)=1.0K/1.86=0.538

又因Tb=Kb

b(B)

所以Tb=0.5120.538=0.27

沸点

T=373.15+0.27=373.42K

注意：稀溶液的依数的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。解：∵△Tf≈Kf×bB

∴（273.0-272.44）=0.56K

bB=0.56/1.86∵π=cRT≈bBRT

∴π≈(0.56/1.86)×8.31×310=776kPa答(略)例.298K,海水的平均π为3.04×103kPa,计算与海水等渗的尿素溶液浓度。例.

人的血浆在272.44K结冰,求在体温310K的渗透压。解：∵π=cRT

∴c=π/RT=3.04×103/(8.31×298)=1.23mol/L答(略)称取某中药提取物结晶0.115g溶于1.36g樟脑中,测得凝固点为442.6K,计算此结晶的摩尔质量。（樟脑的Tf=452.8K,Kf=39.7）解:(1)先计算溶液浓度

bB=(0.115/M)/(1.36×10-3)(2)再计算结晶的摩尔质量∵△Tf=Kf·bB

（452.8-442.6）=39.7×0.115/(M×1.36×10-3)

解之得：M=329g/mol答：此结晶的摩尔质量为329g/mol

。54依数性小结

蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。稀溶液依数性的定量关系只适应于非电解质稀溶液（难挥发），而对于浓溶液或电解质溶液，定量关系不再成立。55胶体溶液：由颗粒大小为1-100nm的分散质高度分散在液态分散剂中形成的系统。分为两类：一是溶胶，由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相系统，如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶二是高分子溶液，由一些高分子化合物所组成的溶液，分子结构较大。561、光学性质：丁达尔效应；2、动力学性质：布朗运动；3、电学性质：电泳现象与电渗现象。57CuSO4溶液Fe(OH)3胶体5859Fe(OH)3溶胶粒子在电场中向负极迁移，溶胶粒子带正电。电渗:若将分散质固定，让分散剂在电场作用下迁移，称为电渗。60611.吸附作用

由于颗粒直径很小，所以具有很大的比表面积和表面能