气体溶液和胶体

无机及分析化学化学学科的分类1.无机化学2.分析化学3.有机化学4.物理化学5.高分子化学

化学学科与其它学科的相互渗透，形成新的学科，如配位化学、放射化学、生物化学、环境化学、环境分析化学、食品化学、农药化学、土壤化学、植物化学等。农业院校的“无机及分析化学”是一门十分重要的基础课。学习方法1234课前预习，找出难点。课间认真听讲，做好课堂笔记。课后做适当练习，巩固所学知识。做好阶段性总结，对所学知识点进行归纳。参考书目1.无机及分析化学.呼世斌主编.高等教育出版社.2005年.2.无机及分析化学.浙江大学编.高等教育出版社.2003年.3.无机及分析化学.南京大学《无机及分析化学》编写组.高教出版社.2006年（第四版）.4.无机化学(上册).武汉大学等校编.高等教育出版社，1996年（第三版）.5.分析化学.武汉大学等校编.高等教育出版社.2002年（第五版）.6.《无机及分析化学》习题解答(书后习题和补充习题)。理论教学内容及学时安排第一章气体、溶液和胶体（8学时）第二章化学热力学基础（10学时）第三章化学反应速率（4学时）第四章物质结构简介（9学时）第五章分析化学概论（6学时）第六章酸碱平衡与酸碱滴定法（11学时）第七章沉淀溶解平衡与沉淀滴定法（3学时）第八章配位化合物与配位滴定法（9学时）第九章氧化还原反应与氧化还原滴定法（9学时）约共69节课第一节气体一、理想气体状态方程式理想气体：分子本身不占体积，分子间无作用力。低压力、高温度条件下的实际气体视为理想气体。方程式：pV=nRT标准状况：p=101.325kPa,T=273.15K,V=22.4L

R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1=8.314kPa·L·mol-1·K-1=8.314J·mol-1·K-1(Pa·m3=N·m-2·m3=N·m=J)

注意：运用时单位一定要一致。第一章气体、溶液和胶体第一节气体二、道尔顿（Dalton)分压定律1、分压定律：混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。

p=p1+p2

+p3+······=pi2、某组分气体分压力：是指该组分在同一温度下单独占有混合气体的容积时所产生的压力。

设有一混合气体，有

i个组分，pi和ni分别表示各组分的分压力和物质的量，V为混合气体的总体积,则

pi=（ni

/V)·RT

p=pi=(ni/V)·RT=(n/V)·RT

pi

/p=ni/n

pi=(ni/n)·p

第一章排水集气法中的应用！第二节溶液一、分散系分散系：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。例如糖水溶液，泥浆等。分散质（或分散相）：被分散的物质。分散剂（或分散介质）：把分散质分散开来的物质。相：混合体系中物理和化学性质完全相同的一部分。单相体系：只有一个相的体系。多相体系：有两个或以上相的体系（两相间有界面）。第一章冰和水两相体系第一章按分散质颗粒大小分类的分散系<1nm(10–9m)分子、离子粒子能通过滤纸与半NaCl溶液分散系透膜，扩散速度快

1~100nm

胶体粒子能通过滤纸但不Fe(OH)3溶液分散系能透过半透膜,扩散慢蛋白质溶液颗粒直径大小类型主要特征实例

>100nm粗分粒子不能通过滤纸不豆浆散系能透过半透膜,不扩散乳汁第二节溶液

溶液是指分散质以分子、原子或离子状态均匀地分散在分散剂中所得的分散体系。溶液由溶质和溶剂组成，被溶解的物质叫溶质，溶解溶质的物质叫溶剂。有固体溶液、气体溶液和水溶液，一般溶液指后者。第一章第二节溶液二、溶液浓度的表示法

1.物质的量浓度

单位体积溶液中所含溶质B的物质的量称为溶质B的物质的量浓度。用符号c(B)表示。

c(B)

=

2.质量摩尔浓度

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b(B)表示。单位是mol·kg-1。

b(B)=

对于溶剂是水的稀溶液b(B)与c(B)的数值相差很小。第一章第二节溶液3、ppm和ppb浓度

主要用于极稀的溶液（环境分析、食品分析中）。

ppm(百万分浓度）：表示溶质的质量占溶液质量的百万分之几，即每kg溶液所含溶质的mg数。如：

1ppm：1g/1,000,000g溶液

=1mg溶质/1kg溶液。8ppm：8g/1,000,000g溶液

=8mg溶质/1kg溶液。

第一章第二节溶液ppb（十亿分浓度）：表示溶质的质量占溶液质量的十亿分之几，即每kg溶液中所含溶质的

g数。如：

1ppb:1g/1000,000,000溶液=1g溶质/1kg溶液.8ppb:8g/1,000,000,000g溶液=8g溶质/1kg溶液.4、摩尔分数：若某一混合物为两组分A和B，物质的量分别为nA

和nB，则：

xA=nA/(nA+nB)=nA/n

xB=nB/(nA+nB)=nB/n

xA+xB=1第一章第二节溶液

例1

在100mL水中，溶解17.1g蔗糖(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？第一章解：（1）V=

n(C12H22O11)=mol

ｃ(C12H22O11)=mol·L-1

第二节溶液第一章(2)b(C12H22O11)=mol·kg-1(3)n(H2O)=molx(C12H22O11)=第二节溶液第一章三、电解质溶液简介

在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物称为电解质，不能导电的化合物称为非电解质。酸、碱等无机化合物都是电解质，其中强酸、强碱都是强电解质，弱酸、弱碱是弱电解质。

第二节溶液第一章1．解离度

解离度是指溶液中已解离的电解质的物质的量占溶液中初始电解质物质的量的百分数，用α表示。

α＝％

弱电解质在水中只有部分解离，解离度较小，在水溶液中存在解离平衡；而强电解质在水中解离完全，在水溶液中不存在解离平衡。第二节溶液第一章2．强电解质溶液（1）表观解离度

强电解质在水溶液中是全部解离的，其解离度应是100%，但在实际测定时，强电解质的“解离度”都小于100%，如下表所示。

第一章第二节溶液

几种强电解质的实测解离度（298.15K,0.1mol·L-1）

电解质KClZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2实测解离度

(%)86409292619181“离子氛”示意图第二节溶液第一章

弱电解质的解离度表示解离了的分子百分数；强电解质的解离度仅反映溶液中离子间相互牵制作用的强弱程度。第二节溶液第一章

（2）活度和活度系数

离子活度是离子在反应中发挥作用的有效浓度。若以c表示离子的浓度，f

表示活度系数，则离子活度a与浓度的关系为

a=f·c

f反映了电解质溶液中离子间相互牵制作用的大小。当溶液极稀时，f→1，活度和浓度基本一致。对弱电解质溶液，当浓度不大时，可认为f=1,即a=c。这是今后讨论弱电解质时用浓度表示的依据。第二节溶液第一章溶液的性质有两类：

第一类：如颜色、导电性、酸碱性等，这些性质由溶质的本性决定，溶质不同则性质各异；

第二类：如溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等则与溶质的本性无关，取决于溶液中溶质的自由粒子（可以是分子、离子、原子等微粒）数目，即浓度。

后一类性质常称为溶液的依数性，也称为溶液的通性。在难挥发非电解质的稀溶液中，这些性质就表现得更有规律。第三节溶液的依数性第一章一、溶液的蒸气压下降

一定温度下，将纯溶剂放入密闭容器中，当溶剂蒸发为气态溶剂的速度与气态溶剂凝聚成液态的速度相等时，液体上方的蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压(简称蒸气压)。

若在纯溶剂中加入少量难挥发非电解质(如葡萄糖)时，此时会有什么结果产生呢？

纯溶剂和溶液蒸发示意图●代表溶剂分子

●代表溶质分子溶液蒸气压下降！第三节溶液的依数性第一章

拉乌尔（

F.M.Raoult）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摩尔分数的乘积。数学表达式为：

p=p*xA

两组分的系统：

xA+xB=1，

xA=1–xB

p=p*（1–xB）=p*–p*xB

p=p*–p=p*xB

第三节溶液的依数性第一章对于稀溶液：

nA+nB

nA

，

p·p*=·p*=p*·MA·b(B)

p=KP·b(B)，Kp

为蒸气压下降常数第一章第三节溶液的依数性二、溶液的沸点升高当某一液体的蒸气压等于外界压力时液体即沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。若在纯水中加入少量难挥发的非电解质后，会产生什么现象呢？第一章第三节溶液的依数性溶液凝固点下降溶液沸点升高！

Tb=Kb·b(B)Tb=Tb―，Tb为溶液的沸点，为纯溶剂的沸点；

Kb为溶剂沸点升高常数。

三、溶液的凝固点下降

Tf=K

f·

b(B)

Tf是溶液的凝固点下降值，Tf=-Tf

，为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点；Kf是溶剂的凝固点降低常数。

测定溶液沸点升高和凝固点降低计算溶质的摩尔质量。

凝固点是指在一定的外压下，该物质的液相和固相达到平衡共存时的温度。从蒸气压的角度而言，某物质的凝固点就是固相蒸气压和液相蒸气压相等时的温度。

第三节溶液的依数性第一章例：在20.40g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖0.40g，测得溶液的凝固点为-0.207℃，试计算葡萄糖的相对分子量。解：水(g)葡萄糖(mol)20.40-0.40=20.000.40/M(M为相对分子量）

1000b(B)

b(B)=(10000.40)/(20.00M)=20/M

因Tf=Kf

b(B)即0.207=1.86(20/M)

所以M=180.0

第三节溶液的依数性第一章

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）和耐寒性（凝固点下降）。用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂。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。第一章第三节溶液的依数性一杯纯水和一杯溶液放入一个密闭的容器中会产生下面的现象！第一章第三节溶液的依数性四、溶液的渗透压1、渗透产生渗透的两个条件：（1）有半透膜；（2）有浓度差第三节溶液的依数性第一章2、渗透压糖水液面比纯水液面高出h，液面高度差所产生的静压力称为该溶液的渗透压。换句话说，为阻止渗透作用发生所需施加于液面上的最小压力叫做该溶液的渗透压。第三节溶液的依数性第一章

是渗透压，单位为

kPa。

1885年，van’tHoff

把实验数据归纳、比较，发现稀溶液的渗透压与理想气体定律相似，可表述为：

两溶液渗透压相等，称为等渗溶液；不等，则渗透压高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。

由上式看出，非电解质稀溶液的渗透压与溶液中所含溶质的物质的量浓度成正比，而与溶质的本性无关。第三节溶液的依数性第一章渗透作用的意义：口渴时一般不宜饮用含糖等成分过高的饮料。速溶咖啡和速溶茶的制造。将稀溶液首先用反渗透方法变浓，再用蒸发法蒸干，生产成本会大大降低。反渗透的另一应用是海水淡化，像沙特阿拉伯等海湾国家，由于国土大部分为沙漠，极其缺乏淡水，不得不大规模地发展海水淡化工业，反渗透成为一种有效的手段。

渗透压可用来测定溶质的分子量（主要用于大分子物质，因c，Kf小，但RT值较大；另外，易获得相应的膜）。第三节溶液的依数性第一章

由于依数性都与溶液的浓度有关，因此，只要知道其中的一种性质，便可推算出其它的性质。但是：稀溶液的依数的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。

例：某难挥发、非电解质水溶液的凝固点为272.15K，计算：（1）此溶液的沸点；（2）298.15K时此溶液的蒸气压；（3）在273.15K时此溶液的渗透压。

第三节溶液的依数性第一章解：（1）因Tf=273.15-272.15=1.0=Kf

b(B)

∴

b(B)=1.0/1.86=0.538

又∵Tb=Kb

b(B)，∴

Tb=0.5120.538=0.27

沸点

T=373.15+0.27=373.42K

（2）因p*=3.17kPa，xA=55.6/(55.6+0.538)=0.99

所以，p=p*xA=3.170.99=3.14kPa

（3）

=b(B)RT=0.5388.314273.15=1220kPa第三节溶液的依数性第一章

几种电解质质量摩尔浓度为0.100mol·kg-1时在水溶液中的i值电解质△T

f(K)（实验值）△T

f(K)（计算值）

NaCl0.3480.1861.87HCl0.3550.1861.91K2SO40.4580.1862.46

CH3COOH0.1880.1861.01

由表可看出，强电解质，如NaCl、HCl（AB型）的i值接近于2，K2SO4（A2B型）的i在2～3之间；弱电解质，如CH3COOH的i略大于1。因此，对同浓度的溶液来说，其沸点高低或渗透压大小的顺序为：

A2B(或AB2)型强电解质溶液＞AB型强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液，而其蒸气压或凝固点的顺序则相反。第三节溶液的依数性第一章

胶体分散系是由颗粒大小在1~100nm的分散质组成的体系。它可分为两类：

胶体溶液，又称溶胶。它是由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶等。

高分子溶液，它是由一些高分子化合物组成的溶液。如胶水。

第四节胶体第一章一、溶胶的制备

两个条件：一、分散质粒子大小在适合的范围内；

二、必需加入适量的稳定剂。制备方法大致可分为两大类：

1、分散法

（1）研磨法（2）超声波法（3）电弧法（4）胶溶法

Fe(OH)3

(加FeCl3稳定剂）Fe(OH)3

（溶胶）

第四节胶体第一章2、凝聚法（1）物理凝聚法：S溶于有机溶剂（如丙酮、苯等）加入水中（溶解度改变）

S溶胶。（2）化学凝聚法

FeCl3+3H2OFe(OH)3(溶胶）

+3HCl

AgNO3+KIAgI(溶胶）

+KNO3

必须严格控制反应条件，否则沉淀析出。第四节胶体第一章二、溶胶的性质

1、动力学性质--布朗（Brown）运动布朗运动示意图第四节胶体第一章2、光学性质

丁达尔效应(a)和超显微镜(b)1.光源2.显微镜3.样品池4.聚光镜5.溶胶第一章第四节胶体当光线射入分散体系时，可能发生两种情况：（1）粒子大于入射光的波长，主要发生光的反射。（2）粒子小于入射光的波长，主要发生光的散射。此时每个粒子变成一个新的小光源（发光点，波长相同）。可见光波长为400--700nm，溶胶粒子的直径在1--100nm之间，所以发生光的散射。

第四节胶体第一章

散射强度与入射光的波长的四次方成反比。兰光的波长小，故散射强度大；红光的波长大，散射强度弱（散射弱，透射强）。散射光的强度还与粒子的体积有关。因真溶液的粒子体积太小，散射光的强度太弱，观察不到丁铎尔现象。第四节胶体第一章+-+Fe(OH)3胶体电泳现象通电前通电后3、电学性质

（1）电泳：在电场中分散质粒子在分散剂中的定向移动现象称为电泳。+--+（2）电渗：在外电场下，使溶胶粒子不动，分散剂定向移动的现象称为电渗。半透膜溶胶电渗示意图溶剂

4、吸附作用

（1）分散度与比表面分散体系的分散度常用比表面来衡量。比表面是指单位体积物质所具有的表面积。V代表物质的总体积，A表示物质的总表面积，S0代表比表面，则：Ｓ0＝

第四节胶体第一章

若分散质粒子是一个立方体，边长为l，体积为l3，总表面积为6l2，则：Ｓ0＝

l愈小，比表面愈大，分散度愈大。如，将边长为1cm的立方体分割成1～100nm的小立方体时，比表面增加到原来的105～107倍。大比表面，对胶体性质产生影响。第四节胶体第一章（2）固体在溶液中的吸附一种物质的分子自动聚集到另一种物质的界面上的过程，称为吸附。具有吸附能力的物质称为吸附剂，而被吸附的物质称为吸附质。固体在溶液中的吸附分为两类：分子吸附和离子吸附。

a.分子吸附

固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中对溶质分子的吸附，称为分子吸附。极性的吸附剂较易吸附极性的物质，非极性的吸附剂较易吸附非极性的物质。第四节胶体第一章

b.离子吸附固体吸附剂在强电解质溶液中对溶质离子的吸附称为离子吸附。离子吸附又可分为两种：离子选择吸附和离子交换吸附。离子选择吸附

一般规律是：优先吸附与它组成有关的离子。如：AgBr固体在AgNO3溶液中，由于Ag＋是AgBr的组成部分，因而被AgBr优先吸附。第一章第四节胶体

离子交换吸附

吸附某种离子的同时，将原来已存在于吸附剂表面的电荷符号相同的另一种离子等量地释放到溶液中去，这种吸附称为离子交换吸附或离子交换。交换能力与溶液中离子的浓度和价数有关。浓度越大，交换能力越强。离子价数越高，交换能力越强。例如，交换能力Na＋＜Mg2＋＜Al3＋

价数相同时，与水化离子半径有关。例如：水化离子半径：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋交换能力：Li＋＜

Na＋＜

K＋＜

Rb＋＜

Cs＋第四节胶体第一章（3）溶胶粒子带电原因

a：吸附作用

FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HClFeCl3+2H2OFe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2ClFeO++Cl-+H2O

mFe(OH)3(Fe(OH)3)m(Fe(OH)3)m·nFeO+

AgNO3+KI（过量）（AgI)m

nI-

(K+，NO3-，I-)AgNO3（过量）+KI（AgI)m

nAg+

(K+，NO3-，Ag+)

b：电离作用

硅酸溶胶表面上H2SiO3分子可以电离，如:H2SiO3=HSiO3-+H+

或

SiO32-

+2H+

HSiO3-或

SiO32-

留在表面而使粒子带负电荷，H+进入溶液。第四节胶体第一章三、胶团结构和电动电势

1.胶团结构[(AgI)m·nI－·(n－x)K+]x－

xK+胶团结构示意图（AgI)mKI过量时第一章例如：[(H2SiO3)m·nHSiO3－·(n－x)H+]x－·xH+

[(AgI)m

·nAg+·(n－x)NO3－]x+·xNO3－

(AgNO3过量){[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n－x)Cl－}x+·xCl－第四节胶体第一章双电层结构及电势差示意图

电解质对ζ电势的影响2.电动电势第四节胶体第一章四、溶胶的稳定性与聚沉溶胶之所以具有相对的稳定性，主要原因有：（1）布朗运动；（2）胶粒带电（双电层结构）；（3）溶剂化作用。溶胶的稳定性可用的绝对值大小来衡量。其值越大，胶粒带电量越多，扩散层厚度大，溶剂化层也大，溶胶也越稳定。

第四节胶体第一章

如果溶胶失去稳定因素，胶粒相互碰撞，将导致颗粒合并、变大，最后以沉淀形式析出。这个过程称为聚沉。

1、电解质的聚沉作用

聚沉值：能使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度，单位为mmol·L-1。

第四节胶体第一章

规律：（1）主要考虑与胶粒带相反电荷的离子的作用，且价数愈高，作用愈大（价态的影响远大于浓度的影响），聚沉能力愈大。注意：聚沉能力与聚沉值的不同。如对于带负电性的As2S3溶胶，AlCl3、MgCl2、NaCl三种电解质的聚沉值之比为1︰8︰548。

第四节胶体第一章

（2）对负溶胶来说，一价金属离子的聚沉能力是Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+

。这是因为水合离子半径依次增大的缘故。

2、溶胶的相互聚沉

天然水中胶态的悬浮物大多数带负电荷（如土壤胶体、有机质胶体），而明矾在水中水解而得Al(OH)3为正溶胶，它们相互聚沉而使水净化。第四节胶体第一章五、大分子溶液及凝胶高分子溶液:相对分子质量高达数千，甚至数百万的有机化合物(如橡胶、动物胶和蛋白质等)溶于水和其他溶剂中所得的溶液。因某些性质上与胶体溶液相似，如扩散慢和颗粒不能通过半透膜等，所以，高分子溶液可以纳入胶体化学研究范围。

第四节胶体第一章第四节胶体第一章高分子溶液与溶胶不同之处：溶胶是多相体系，分散质和分散剂间有界面存在。而高分子溶液是均相体系在溶液中都是以单分子存在的，它与小分子溶液一样，是单相的热力学稳定体系。溶解是可逆的，与小分子溶液不同的一个特点是具有粘度（如胶水）。

大分子溶液很稳定，不像溶胶那样容易聚沉。主要原因是大分子往往有大量的COOH，OH，NH2

和SH等基团。这些基团在水中易电离，从而带有大量的电荷，且是极性基团，与水分子有很强的亲合力。所以欲使大分子物质从溶液中析出，除中和电荷外，更重要的是去掉其水化膜。这种加入大量电解而使高分子物质从溶液中析出的过程称盐析作用。

第四节胶体第一章

保护作用：在容易聚沉的溶胶中加入适量的大分子物质溶液，可以大大地增加溶胶的稳定性。

敏化作用：在溶胶体系中加入极少量的大分子物质溶液，反而促使溶胶体系产生聚沉。保护作用转动敏化作用第四节胶体第一章